现役火箭游动发动机配套的电液伺服机构具有结构高集成化、大摆角行程的特点,其与发动机组成的推力矢量控制系统具有较大非线性,传统的控制方法容易出现大摆角下发散抖动现象。为解决上述问题,同时满足火箭对推力矢量系统的快速性要求,提高系统可靠性,建立其推力矢量伺服控制模型,分析出易抖动的原因,并提出了变增益PID与陷波函数补偿的复合数字控制方法。仿真与试验结果均表明,该控制方法有效地抑制了电液伺服机构的非线性因素对系统稳定性的影响,最小稳定裕度提高5~7 dB。

掘进机在非均匀土壤工况下运行会使得其液压驱动系统受到较强的冲击负载,易导致其核心动力源液压泵发生故障。针对轴向柱塞泵内的典型磨损故障的特征分离提取与辨识分类,提出了一种基于CEEMDAN方法的故障振动信号时频域特征提取方法,对泵壳体采集的振动信号进行时频域分解,并构建70维度特征空间对状态特征进行表征描述;通过特征降维融合的策略,采用t-SNE对高维特征进行解析融合,将70维的特征空间降维至2维空间,并显著提升了分类器的训练效率和分类准确性;采用SVM方法训练3类典型磨损故障的分类器模型,并通过测试集验证,模型的辨识准确性达到96.7%,显著优于不进行降维处理的高维分类器辨识模型。

针对机器人液压旋转关节的死区和低速爬行,研究其产生机理并进行了实验分析。首先,论述了密封摩擦的机理,计算摆动缸各种密封机构的摩擦力矩,构建低速状态下的摩擦模型;然后,利用数值分析方法对电液位置伺服系统建模,对低速爬行现象进行仿真分析;最后,通过实验对死区和爬行现象进行验证和分析,并观察PID控制对爬行现象的改善作用。仿真和实验结果表明在密封元件的摩擦下,液压摆动缸存在较大死区,且低速运行时,液压摆动缸出现明显爬行现象,在PID控制器下可良好的改善跟踪响应。

针对机载电静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)的典型故障,详细分析了故障原理并在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。为了高效准确识别故障类型,提出一种用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)混合优化支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的故障诊断算法。GA鲁棒性好且全局搜索能力强但收敛速度慢,PSO对样本规模不敏感且具有记忆功能但易陷入局部最优,故融合两种算法寻找SVM的最优参数。另外,为了解决传统SVM多分类方法“一对多”和“一对一”易出现不可分的问题,建立一种偏二叉树结构的SVM多分类模型。对于采集的原始数据高度重合的情况,引入时域特征统计量进一步提升模型的分类性能。实验结果表明,提出的混合优化算法寻优速度更快、所寻参数更佳,同时用该算法优化的SVM分类模型相比于其他5类常用的机器学习模型...

三臂凿岩台车在隧道作业时,路面平整度低、负载波动大,导致牵引性能输出不稳定。在三臂凿岩台车动力总成的基础上,建立了液力机械系统的功率平衡理论与力学平衡方程。进一步,开展了三臂凿岩台车的发动机外特性和液力变矩器原始特性实验,研究了共同工作的输入特性和输出特性。建立了三臂凿岩台车的动力传动系统仿真模型,同时开展了整机牵引性能实验。整车实验与仿真计算对比结果表明一挡、二挡、三挡最大牵引力误差分别为1.8%,2.4%,1.7%,最大车速误差分别为2.1%,1.9%,2.3%,验证了三臂凿岩台车的牵引性能理论,对复杂工况下工程车辆牵引性能研究具有一定的指导意义。

针对矿井提升系统钢丝绳弹性特性以及外部扰动导致的系统纵向振动,设计基于精确模型的线性二次型调节器抑制振动。基于广义Hamilton原理,建立扰动激励下摩擦提升系统纵向振动方程,并利用实验数据对模型正确性进行验证,为线性二次型调节器设计奠定了基础。仿真表明,线性二次型调节器控制算法对于外部扰动引起的系统振动有很好抑制效果,且对于驻车制动引起的振动也可以快速衰减,振动加速度减少了59.87%,收敛仅需1.37 s。为提升系统的振动控制提供了可行且有效的理论基础,为相关工程实践提供了有力的支持。

为提高执行器的响应速度、鲁棒性和控制精度,提出了一种新型控制技术,将扩张状态观测器与反步积分终端滑模预设性能控制器相结合。首先,将非线性干扰观测器与扩张状态观测器融合,实现对状态量、外部干扰和匹配干扰的观测。然后,在控制器中引入积分终端滑模和规定性能约束,以加快执行器在位移误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度,并确保瞬态和稳态位置响应在要求的有界范围内。最后,基于李雅普诺夫方法对控制器进行稳定性分析。结果表明在跟踪具有外负载干扰的复合轨迹情况下,设计的控制器能保证瞬态性能和规定的跟踪精度,与反步滑模控制器和PID相比,所提出的控制器具有更佳的控制性能。

文氏管调节阀作为流量控制系统的核心组件,其流量特性对系统控制精度及稳定性具有决定性影响。研究了文氏管调节阀的流量特性,采用包络线法对阀芯型面进行了优化设计,并对优化设计结果进行了CFD仿真分析和试验验证。结果表明抛物面型阀芯可实现调节阀通流面积与阀芯位移之间的线性变化;在出入口压比为0.5的工况下,CFD仿真模拟和调节阀水介质流量特性试验均验证了调节阀位移-流量曲线具有极高线性度,进一步说明了抛物面型阀芯设计准确有效。同时,通过可视化试验图像可知,由于空化流动状态发生改变,调节阀阀芯位移较小时流量系数曲线会出现剧烈波动。

先导阀是阻尼连续可调减振器电磁阀中的关键结构,主要调节主溢流阀的开启压力,其性能的优劣直接影响阻尼连续可调减振器阻尼特性。以一种双复位结构的阻尼连续可调减振器先导阀为研究对象,首先对比先导阀Maxwell、Femm仿真和试验数据,验证仿真模型的正确性;然后通过参数化仿真和温升试验,分析漆包线线径、漆包线耐温等级、软磁材料、结构尺寸对先导阀性能的影响。结果表明,电磁力与线径呈正相关,线径增大到0.45 mm临界点后先导阀稳恒力特性逐渐恶化,漆包线耐温等级240℃限制先导阀工作最大电流为2 A,软磁材料的膝点位置影响先导阀稳恒力特性,尽量减小侧向间隙有利于提高先导阀性能,导磁环高度对先导阀性能影响最为显著。研究旨在为阻尼连续可调减振器先导阀设计提供有益的理论参考。

液压调平系统平台回落过程中存在超越负载,且随着负载重心偏移和平台倾角变化,作用于支腿液压缸的负载力也会随之变化。传统液压系统中负载控制阀或平衡阀在平衡变超越负载时速度控制效果差,容易发生速度抖动。为解决这一问题,采用负载口独立控制技术,针对平台回落时液压缸存在的变超越负载工况,提出对液压调平系统中液压缸有杆腔进行压力控制,无杆腔进行流量控制的压力-流量复合控制方法,建立其数学模型,并进行AMESim和Simulink联合仿真验证。结果表明,在负载力发生突变时,液压缸有杆腔压力和无杆腔流量均可在0.2 s内恢复至控制值,平衡掉系统变超越负载的同时,能够满足系统的速度控制需求。