二次调节惯性负载系统节能特性的理论与实验研究

【摘要】： 随着世界经济的飞速发展,能源消耗量的不断增大,能源危机日益加剧,液压系统不仅要满足控制性能的要求,而且还要充分考虑能源的有效利用。二次调节静液传动技术不但具有系统效率高、可控性好的优点,而且可以实现对负载制动动能和重力势能的回收和再利用,达到节能的目的。因此将二次调节技术应用于负载质量大或频繁启停的惯性负载系统中,能够节约大量的能量,具有重要的研究意义。 在查阅大量国内外资料的基础上,本文总结了二次调节静液传动技术的研究和应用现状,分析了二次调节系统的组成、工作原理和特点,重点分析了二次调节惯性负载系统的节能原理。采用机理建模的方法分别对二次调节惯性负载系统的斜盘变量油缸系统、二次元件和能量回收环节建立了数学模型。采用最小二乘法对系统模型进行了辨识研究,通过仿真验证了数学模型的正确性。 基于Matlab/Simulink?工具箱,在数学模型的基础上对二次调节惯性负载系统建立了仿真模型。通过对负载转动惯量、制动加速度、设定转速、系统压力和蓄能器初始状态等影响因素的仿真分析,得到各因素对系统的控制性能和能量回收效率的影响。 设计并搭建了二次调节惯性负载实验台,采用dSPACE半实物仿真系统进行计算机控制和数据采集。在实验过程中针对影响系统能量回收效率的各因素进行实验研究并采集了大量的实验数据,实验结果进一步验证了理论分析和仿真分析的正确性,为二次调节技术在实际工程中的应用提供了理论与技术支撑。 【关键词】：二次调节 惯性负载 节能 转速控制 系统辨识
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH137.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 二次调节静液传动技术的发展概况11-14
• 1.1.1 二次调节静液传动技术的提出11
• 1.1.2 国外研究成果11-13
• 1.1.3 国内研究成果13-14
• 1.2 液压系统节能技术的研究现状14-16
• 1.3 二次调节静液传动系统的特点16-18
• 1.3.1 二次调节静液传动技术的优点17
• 1.3.2 二次调节静液传动技术的缺点17-18
• 1.4 二次调节技术在惯性负载系统中的主要应用18-19
• 1.5 课题来源和主要研究内容19-21
• 1.5.1 课题来源19
• 1.5.2 课题研究的主要内容19-21
• 第2章 二次调节系统原理与理论模型研究21-37
• 2.1 二次调节系统的组成及工作原理21-23
• 2.1.1 二次调节系统的组成21
• 2.1.2 二次调节系统的工作原理21-23
• 2.2 二次调节惯性负载系统的节能原理23-24
• 2.3 二次调节惯性负载系统数学模型的建立24-31
• 2.3.1 数字控制器环节25-27
• 2.3.2 伺服阀数学模型的建立27
• 2.3.3 阀控缸数学模型的建立27-29
• 2.3.4 二次元件斜盘倾角数学模型的建立29-31
• 2.4 能量回收环节数学模型的建立31-36
• 2.4.1 蓄能器的力平衡方程31-32
• 2.4.2 蓄能器的流量连续性方程32
• 2.4.3 气体状态方程32
• 2.4.4 蓄能器模型的整理32-33
• 2.4.5 改进型管道集中参数模型的建立33-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 二次调节惯性负载系统节能特性仿真分析37-54
• 3.1 引言37-38
• 3.2 二次调节惯性负载系统仿真模型38-40
• 3.2.1 液压缸流量位移仿真子模型38
• 3.2.2 二次调节转速控制系统仿真模型38-39
• 3.2.3 能量回收环节仿真模型39
• 3.2.4 二次调节惯性负载系统节能特性仿真模型39-40
• 3.3 仿真参数的确定40-41
• 3.4 节能特性的计算41-42
• 3.5 仿真结果与分析42-53
• 3.5.1 负载转动惯量对节能特性的影响43-45
• 3.5.2 启动制动加速度对节能特性的影响45-47
• 3.5.3 设定转速对节能特性的影响47-49
• 3.5.4 系统压力对节能特性的影响49-51
• 3.5.5 蓄能器容积对节能特性的影响51-52
• 3.5.6 蓄能器充气压力对节能特性的影响52-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 二次调节惯性负载系统节能特性实验研究54-80
• 4.1 引言54
• 4.2 二次调节惯性负载系统实验台简介54-58
• 4.2.1 实验原理54-56
• 4.2.2 实验系统的组成56-58
• 4.3 二次调节惯性负载系统节能特性实验58-60
• 4.3.1 实验系统控制方案58-59
• 4.3.2 实验步骤59-60
• 4.4 实验结果分析60-72
• 4.4.1 不同负载的节能实验60-63
• 4.4.2 不同启动制动加速度的节能实验63-65
• 4.4.3 不同设定转速的节能实验65-67
• 4.4.4 不同系统压力的节能实验67-69
• 4.4.5 不同蓄能器参数的节能实验69-72
• 4.5 二次调节惯性负载系统模型辨识72-78
• 4.5.1 基于ARX 模型的最小二乘法辨识原理72-74
• 4.5.2 二次调节惯性负载系统模型辨识的实现74-78
• 4.6 实验出现的问题及进一步设想78-79
• 4.7 本章小结79-80
• 结论80-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果86-87
• 致谢87-88
• 作者简介88

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