WNC500挖泥船台车液压系统设计.doc

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1、机电工程学院毕业论文外文资料翻译论文题目:WNC500挖泥船台车液压系统设计 译文题目: Effect of bulk modulus on performance of a hydrostatictransmission control system 学生姓名： 学 号： 200948050227 专业班级： 机制F0902 指导教师： 正文：外文资料译文 附 件：外文资料原文 指导教师评语： 签名： 年 月 日体积模量对液压传动控制系统静力性能的影响阿里沃尔坎阿卡亚耶尔德兹技术大学，机械工程系，伊斯坦布尔，土耳其。电子邮件：sakkarayili.edu.trMS写于2005年9月；修订于

2、2006年2月。摘要：在本文中，我们通过Matlab的Simulink工具传输系统来检查PID（比例积分衍生物）和一个静角速度模糊控制器的性能。一个新的方面是，它包括体积模量对系统控制的影响分析。模拟结果表明，体积模量应被视为一个为了获得一个更现实的模型的可变参数。此外，PID控制器不足以表明变体积模量的存在。反之，模糊控制器提供了强大的角速度控制。关键词 ： 液压传动 体积弹性模量 PID（比例积分衍生物） 模糊控制器1. 简介当可变输出速度在工程应用中需要时，静液压传动（HST）系统被广泛公认为优秀的电力传输手段，特别是在制造，自动化和重型车辆领域。他们提供快速的响应，在负载变化时保持精确

3、的速度，并允许提高能源利用效率和功率的变量 （达斯古普塔2000；广吉2000）。一个基本的静液压传动装置是一个完整的液压系统。一般来说，它包含一个由感应电动机驱动的可变排量泵，一个固定或可变位移运动的电机和一个包含所有必要控制的集成包。通过调节泵或马达的位移，连续可变速度可以达到（Wu 2004）。制造商和研究人员继续提高静液压系统的性能并降低其成本。特别是，近几十年来静液压传动系统的建模与控制研究引起了相当的关注。一些可以发现的关于这个主题研究的文献（Huhtala1996年 Manring鲁科1998年 达斯古普塔2000 Kugi 2000; Dasgupta 2005年）。不同的旋转

4、速度控制算法用于静液压系统的开发和应用Lennevi和Palmberg（1995年），李武（1996），Piotrowska（2003年）。所有这些设计中使用的体积模量都作为固定值通过一个较宽的压力范围。然而，体积模量实际上是液压系统动态行为的必要组成部分（麦克洛伊和马丁1980年；Watton 1989年）。由于温度变化和大气压，体积模量可能会在液压系统的操作期间发生变化（Eryilmaz和Wilson，2001）。一个小的截留的空气足以显著降低体积弹性模量（梅里特1967年，谭Sepehri2002年）。此外，系统压力的体积模量值（Wu等人，2004年）起着重要的作用（Wu等人，2004年

5、）。某些影响的不稳定性引起的压力波的形式中的压力振荡，如体积模量非线性的液压系统的操作，可能是有害的，并可能导致减少元件寿命，使其性能降低，增强控制系统中的干扰，降低效率和增加噪音。 尽管这些不利影响，仍然很少有关于静液压传动系统内体积弹性模量的研究。 Yu等人（1994）开发了一个在线参数识别方法，通过测量传播的压力波通过长管内的油体积弹性模量来确定有效的实际的液压系统 Marning（1997）和油的体积模量与压力之间的线性关系的HST系统。然而，到目前为止，并没有出现在文献中，解决纳入HST系统控制设计过程中的流体静力的传输模型的效果的体积模量动力学。事实上，可变体积弹性模量，静液压传动

6、的系统模型有更复杂的动态行为，而不是正常的。此外，因为闭环系统本身引起的稳定性问题，该系统的伺服控制，体积弹性模量的动力学研究变得更加重要。体积弹性模量不能直接测定，因此需要估算。基于这种估计，在HST系统的控制应用中常采取纠正措施。使用的建模与仿真分析来研究体积模量和控制之间复杂的动态相互作用。当做一个真正的模型系统是复杂和耗时的时候，模拟试验是特别有益的。伺服液压静力传动控制系统是解决这个问题的一个很好的例子。确定的静态和动态模拟试验的行为不需要昂贵的模型。仿真还能缩短产品设计周期。本文的研究重点是一个典型的液压传动控制系统。非线性系统的模型，通过MATLAB软件的Simulink的方法研

7、究。该系统模型由包括各部件模型的泵，阀，液压软管和液压马达组合而成。此外，变体积模量是用来描述这种现象对系统动力学及控制算法的影响。为了这个目的，两个不同的液压软管仿真模型被分别为系统模型。此外，该模型是用于控制设计过程。对液压马达角速度的控制是通过PID（ 比例积分衍生物）和模糊控制器实现的。在第一个模型中，体积模量被假定为一个固定值和液压系统的角速度控制与经典的PID控制算法进行的。在第二个模型，体积弹性模量的定义是根据气压和系统压力的变参数进行的。在PID控制参数相同的条件下，这种新的模型应用于液压系统的速度控制。在下面的，模糊控制器通过这个新模型的实现来判断体积模量的非线性。通过对这两

8、种控制方法的仿真结果进行了比较，来分析体积模量动态方面在液压系统中性能上的差异。2。数学模型考虑用于本研究的HST系统的物理模型如图1所示。由感应电动机驱动的可变排量泵的液压动力供给到一个固定容量型液压马达用于驱动负载。为保护系统免于产生过大压力，使用一个卸压阀。体积模量对传动控制系统性能的影响图1。液压传动系统。从研究的客观角度来看，一个系统的数学模型的描述应该尽可能的简单。同时，它必须包括真实事件的重要的特性。分离系统组件建模是理解系统的一个方法。使用一个基本的物理知识，例如力矩平衡和连续性方程，可以推导出在组件水平上表示每个组件的动力学行为的一个模型，在了解每个单独组件之后，我们可以将整

9、个系统的组件互连在一起，以了解一个整体的系统模型（Prasetiawan2001年）。在本文中，用于HST系统的每个组件模型的开发都使用了较早的方法（Jedrzykiewicz，1997年）。2.1可变排量泵可以假定原动机的角速度（感应电机）是恒定的。因此，泵轴的角速度是恒定的。泵的流量可以通过斜盘位移角变位移调整，可以考虑通过公式：QP =KPVP来表达，公式中，QP是泵的流量（立方米/秒），是斜盘位移角（），KP泵系数（立方米/秒），VP是泵的容积效率（）这是假定不取决于泵的旋转角度。2.2泄压阀为了简化，不考虑泄压阀动态因素的影响。因此，以下两个方程给出了在开启和关闭的状态下通过减压阀的

10、流量（立方米/秒）。QV =千伏（P，IFP PV，PV）（2） QV = 0，如果PPV （3）公式中，kV是阀的静态特性斜率（M5 / NS），P系统压力（PA），PV阀开启压力（Pa）。2.3液压软管在传统的造型中，连接泵的电机的高压管是仿照在这段固定的体积弹性模量体积。变体积模量下面的小节中讨论。流体的可压缩性关系可被指定为（4）。公式（5）提供了一个给定的流率的压力值。据推测，在液压软管的压力降可忽略不计。Qc = (V /)(dP/dt), (4)(dP/dt) = (/V )Qc (5)QC流量处理流体的可压缩性（立方米/秒），V是流体的体积（m3）受到压力影响。为固定的体积弹性

11、模量（Pa）。2.3A变体弹性模量是流体静液压系统的一个重要组成部分，它使动力传递，因此，它可以影响该系统的动态行为和控制系统。非充气液压油的体积模量取决于温度和压力。如矿物油的添加剂，其值的范围从1200至2000MPa。此外，系统的压力和它所夹带的空气也影响体积模量的值。如果使用的是液压软管而不是钢管，本节的体积模量可以大大减少。由于这些原因，为了得到更精确的系统动力学模型。体积弹性模量的值的影响必须在HST系统参数中考虑到。方程给出了气 - 液混合物在一个灵活容器中的可变体积弹性模量（麦克洛伊和马丁1980）。1 v = 1 f + 1 + Va Vt 1 （6）其中，a，f和h是指空气

12、，流体，和软管。它是假定的初始总体积Vt= Vf+ Va，因此比任何F，H，或VT /Va的体积弹性模量都会少。从制造商的数据中得到的流体的体积模量F。空气的绝热体积模量为（Cp/ Cv值），P =1.4 根据这些假设，（6）式可改写为：1 v = 1 f + 1 h + s 14 P , （7）其中，s是被截留的空气占总体积的百分比2.4液压电机和负载（8）中使用的液压马达（米/秒）的流量，可以写为Qm =km/vm其中，km为液压马达系数（立方米），为液压马达的角速度，和马达的容积效率vm。据推测，液压马达效率不依赖于它的轴旋转角度。液压马达扭矩（Nm）可以写为：Mm = kmt_Pmm

13、（9）公式中，kmt是电机的转矩系数（立方米），P是液压马达的压力降（PA）mm是液压马达的机械效率。液压马达产生的转矩等于电机负载的力矩的总和，可被指定为：Mm = MI +MB +Mo （10）公式中，MI，MB 和Mo分别是惯性，摩擦力和机器操作产生的瞬时负载。这些时刻可以表示为：Mm = Im(d/dt) + B +Mo （11）其中，Im为惯性轴（NMS2）的液压马达，B是电机和它的轴（Ns个/米）的粘性摩擦系数，是电机轴的角速度。可以使用等式（11）来确定所述液压马达轴的角速度。这个方程是角速度的重新排列：d/dt = (Mm B Mo)/Im （12）2.5液压传动系统把静液压系

14、统发生的现象和系统部件的基本数学模型相结合可以方便获得HST系统模型。因此，液压传动是作为仿照的一个集总系统。在系统的动态模型的发展过程中，它是在假定传动的静态和动态特性不依赖于液压马达的旋转方向和传输，处于一个热平衡状态。液压系统的数学模型包括两个方程如下：平等的流量：Qp = Qm + Qc + Qv, （13）时刻：Mm = MI +MB +Mo.（14）利用式（5）和（12），然后获得dP/dt = (/V )(Qp Qm Qv), (15)d/dt = (Mm B Mo)/Im. (16)通常我们使用通用的仿真软件包Matlab / Simulink来解决非线性方程组。基于HST系统组件上的Simulink模型的数学模型在图2中给出。针对特定结构的宽度，组件模型可以被很容易地修改。因此，当根据式（7）重建体积模量时，第二模型可以被生成。图2。静液压传动系统仿真模型。