基于lugre摩擦模型的液压阀件的pid控制 1.docx

基于lugre摩擦模型的液压阀件的pid控制 1.docx

《基于lugre摩擦模型的液压阀件的pid控制 1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于lugre摩擦模型的液压阀件的pid控制 1.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于lugre摩擦模型的液压阀件的pid控制1

大连海事大学

┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊

毕业论文

二○一○年六月

基于Lugre摩擦模型的液压阀件的PID控制

专业班级：

电子商务3班

姓名：

李国臻

指导教师：

王春立

信息科学技术学院

摘要

液压阀是重要的液压系统控制元件，液压阀的功能是负责完成整个液压系统的控制。

液压传动具有功率密度比大、输出载荷比较大，主要适合完成直线运动等特点，所以，在工业液压和工程机械等领域都有很广泛的应用。

为了提高电磁液压阀瓣阀的运动控制性能，提高了非线性摩擦连接对运动控制性能的影响，采用摩擦补偿控制策略，对系统中的摩擦力进行补偿，提高了运动和位置的精确控制。

那首先，结合最新的研究结果，从摩擦的物理特性，到详细阐述摩擦产生的原因。

通过对简化的物理模型的分析，得到了爬行的条件和影响爬行的因素。

本文介绍了近年来提出的各种摩擦模型，并对各模型的优缺点进行了分析。

最后，利用Lugre摩擦模型作为研究对象。

建立了电磁阀的动力学模型，并进行了数值模拟。

通过数值模拟，得到了阻尼、刚度和电磁力的不同值，得到了阀体的位移曲线。

摘要从线轴位移曲线上分析了参数对轴流整流的影响，得出了参数配置对电磁阀的重要性。

在此基础上，采用PID控制算法对摩擦补偿控制器进行了设计，并对摩擦补偿控制器进行了设计。

用数学方法确定了摩擦参数和电磁阀的参数。

最后，对控制系统的硬件选择和软件进行了分析、编程和代码编写。

关键字：

摩擦模型；液压阀芯；控制补偿

ABSTRACT

Thehydraulicvalveisanimportanthydraulicsystemcontrolelement,thefunctionofthehydraulicvalveisresponsibleforthecompletionoftheentirehydraulicsystemcontrol.Hydraulictransmissionwithalargepowerdensityratio,theoutputloadisrelativelylarge,mainlysuitableforthecompletionoflinearmotionandothercharacteristics,sointheindustrialhydraulicandengineeringmachineryandotherfieldshaveawiderangeofapplications.

Inordertoimprovetheinfluenceofthenonlinearfrictionlinkonthemotioncontrolperformanceoftheelectromagnetichydraulicvalvevalvespool,thefrictioncompensationcontrolstrategyisusedtocompensatethefrictionforceinthesystemtoimprovetheprecisioncontrolofmotionandposition.TheFirstofall,combinedwiththelatestresearchresultsinthefieldoffriction,fromthephysicalcharacteristicsoffrictiontoelaborateonthecausesoffriction.Throughtheanalysisofthesimplifiedphysicalmodel,theconditionsofcrawlingandthefactorsthataffectthecrawlingareobtained.Inthispaper,thevariousfrictionmodelsproposedinrecentyearsareintroduced,andtheadvantagesanddisadvantagesofeachmodelareanalyzed.Finally,theLugrefrictionmodelisusedastheresearchobject.Thedynamicmodeloftheelectromagneticvalveisestablished,andthenumericalsimulationiscarriedout.Throughthenumericalsimulationofthedifferentvaluesofdamping,stiffnessandelectromagneticforce,thedisplacementcurveofthevalvebodyisobtained.Fromthespooldisplacementcurve,theinfluenceoftheparametersonthespoolcommutationisanalyzed,andtheimportanceoftheparameterconfigurationtotheelectromagneticvalveisobtained.Then,basedontheLugrefrictionmodel,thedesignofthefrictioncompensationcontrolleriscarriedoutbyusingthePIDcontrolalgorithm.Theparametersofthefrictionparametersandtheelectromagneticvalveareidentifiedbymathematicalmethod.Finally,thehardwareselectionandsoftwareofthecontrolsystemarecarriedout.Programmingandcodewriting.

Keywords:

frictionmodel;hydraulicspool;controlcompensation

基于Lugre摩擦模型的液压阀件的PID控制

引言

液压阀是重要的液压系统控制元件，液压阀的功能是负责完成整个液压系统的控制。

液压传动具有功率密度比大、输出载荷比较大，主要适合完成直线运动等特点，所以，在工业液压和工程机械等领域都有很广泛的应用。

从1648年帕斯卡提出静止液体之间压力的基本传递规律开始，已经发展了400多年。

20世纪初，控制理论和机械工程飞快速发展，为液压控制技术的发展提供了理论基础和技术支持。

随着微电子的不断发展进步，微处理器、电子P放大器、传感器与液压阀控制机构的组合技术，开发出机——电——液一体化的新型产品，不仅仅提高了控制系统的静态特性和动态控制的准确度，还大大的增加了系统对负载、环境以及自身变化的自适应能力。

进入二十一世纪以来，人力与能源的成本不断提升，工业生产过程中对制造、加工等工序的智能现代化程度的要求越来越高。

然而，液压元件的生产成本比机械传动机构的生产成本要高出很多，据不完全统计，液压传动件的生产成本高达400到800元每千克，而机械结构的加工成本约为每千克150元。

现在液压元件存在一个严重的缺点就是效率比较低，尽管液压泵和液压马达的效率能够达到97%，而在负责端口的传动效率却比较低，大量的能量在通过液压阀的过程中大量消耗。

比如在挖掘机的系统中，有80%的能量消耗在液压阀的控制过程中。

受此影响，市场上的竞争和需求表明，液压传动如果想要继续发展，必须开发推广更加优秀的液压元件。

作为最重要的液压系统的控制元件，液压阀是负责液压油流向及力的传递的关键元件，是最敏感的、精密的也是最贵的液压元件。

在数值仿真计算、动态响应分析、线性或非线性等建模分析计算的应用使得液压阀的设计方法和生产技术得到极大的进步。

数字阀的出现是液压阀技术的最典型最先进的代表。

极大地提高了控制的灵活度，可以直接和计算机端口进行互联，无需D/A转换元件，机械加工相对容易，成本比较低、功耗小。

目前，对于数字液压的定义国内外比较主流的观点有如下几种。

坦佩雷理工大学的MattiLinjianma多年致力于数字液压元件的研究，他认为数字液压阀就是用数字技术控制机械系统完成整个系统的控制输出。

国内学者从上个世界八十年代开始研究数字液压元件和系统，一些研究人员认为，数字液压技术是将液压终端执行元件直接数字化，通过数字控制器发出的脉冲信号和计算机发出的脉冲信号，实现可靠的液压阀的控制技术，将控制还回给电子、数字。

从以上的主流观点可以将数字液压阀归结为狭义的液压阀与广义的液压阀。

第1章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1研究背景

液压阀是液压控制系统中的重要元件，其中阀芯的运动和位置直接影响着控制系统的效果，而液压阀芯属于精密元件，但也难免会受到摩擦力的影响出现一些偏差，而这细微的偏差就有可能造成系统控制效果的优劣，因此对液压阀的反馈补偿控制的研究开始被受关注[1]。

1.1.2研究意义

本文从液压传动领域面临的机遇与挑战出发，说明研发数字液压阀的重要性。

从国内外主流观点中总结对数字液压阀的定义并归纳总结目前液压控制阀面临的问题，运用PID技术应用到液压阀的控制中去，基于阀芯的运动的动力学模型和Lugre摩擦模型进行综合研究。

1.2国内外研究现状

如图1-1所示，通过对现有的数字液压阀产品分类研究可以发现，狭义的现有的液压阀元件是指通过数字信号控制的开关阀及由开关集成的阀件及由开关集成的阀件元件。

广义的数字阀则是包含由数字信号或者数字先导控制的具有参数的反馈和参数控制功能的液压阀。

图1-1液压阀的产品分类

从数字液压阀的发展历程可以将数字液压阀的研究分为两个发展方向增量式和开关式。

增量式数字阀是将步进电机与液压阀想结合，再转换成液压阀芯的位移[2]。

上个世纪末期是增量式数字液压阀的发展春天，以日本东京计数器公司生产的数字调速阀为代表，国内外许多科研机构与工业界都相继推出了增量式数字阀产品。

然而，受限制于步进电机的低频、失步等局限性，一直全开或者全闭的工作状态下，因此压力损失比较小，能耗低，不会受到油液污染的影响，相较于传统的数字液压阀相比，高速开关阀能直接将“开”或“关”数字信号转化为流量信号，使得数字信号直接与液压系统结合[3]。

今年来，高速开关式数字阀一直是本行业的研究重点课题，主要集中在电—机执行器、高速开关阀阀体机构优化及创新、高速开关阀以及高速开关阀的应用等方面。

上个世纪50年代，对于高速开关电磁铁的研究就一直是高速开关阀研究的重点。

英国LUSCA公司，美国伏特公司，日本DK公司，加拿大多伦多大学等对传统E型电磁铁进行改进，提高了电磁铁与响应速度[4]。

浙江大学研发了一种并联电磁铁线圈提高磁力。

实验显示电磁铁的开关转换时间与延迟都得到了明显的缩短[5]。

芬兰Aalto工程大学研究了5种软磁材料用于电磁铁线圈的效果以及不同的匝数及尺寸对驱动力的影响。

奥地利林茨大学对因价格误差、摩擦力和装配倾斜造成的电磁铁性能差异进行了详细的分析[6]。

超磁滞伸缩材料和压电晶体材料的应用为高速开关液压阀的研发提供了新的思路。

瑞典用超