阀控缸耦合控制仿真研究

本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：阀控缸耦合控制仿真研究学生姓名：胡 文 龙学 号：1304010107专业班级：机械设计制造及其自动化 13-1班指导教师：姜 浩2017年 5 月 11日中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)阀控缸耦合控制仿真研究摘 要近几年来，在液压技术不断发展与电液比例技术日趋完善的前提下，电液比例阀因其相对低廉的成本和出色的工作性能，逐渐取代电液伺服阀成为众多液压工作场合的首选控制阀。在控制流量、方向的基础上，电液比例阀还可以根据输入信号的变化对阀的开口大小进行控制，通过设置输入阀的信号源、调整比例阀的参数，可使阀控部件的达到特定工作要求。本次毕业设计主要研究内容为仿真研究电液比例方向阀控制不对称液压缸的控制方法，并且研究在阀控缸精度不足的情况下添加高压阀进行耦合补偿的控制方法。本次研究选定AMESim 作为仿真工具，信号源选用正弦曲线，经过多次仿真实验，最终实现了活塞杆位移- 时间曲线与作为信号源的正弦曲线相吻合，且稳定后误差小于 3%证明本次研究的控制方法有效。关键词：电液比例技术；阀控缸；AMESim 仿真中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)Simulation Study on Coupled Control of Valve - controlled CylinderAbstractIn recent years, the continuous development of hydraulic technology and electro-hydraulic ratio technology is becoming increasingly perfect under the premise of electro-hydraulic proportional valve because of its relatively low cost and excellent work performance, gradually replace the electro-hydraulic servo valve to become the preferred control of many hydraulic workplace valve. On the basis of controlling the flow and direction, the electro-hydraulic proportional valve can also control the opening size of the valve according to the change of the input signal. By setting the signal source of the input valve and adjusting the parameters of the proportional valve, the valve control part can reach the specific Work requirements. The main research content of this graduation design is to simulate the control method of electro-hydraulic proportional directional valve control asymmetric hydraulic cylinder, and to study the control method of coupling compensation with high pressure valve in the case of insufficient valve control cylinder. In this study, AMESim was selected as the simulation tool. The sinusoidal curve was selected by the signal source. After several simulation experiments, the piston rod displacement-time curve was consistent with the sinusoidal curve as the signal source, and the error was less than 3% The control method of this study is effective.Keywords：Electrohydraulic Proportional Technology；Valve control cylinder；AMESim simulation中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)目 录第 1 章 绪论.11.1 课题的研究背景和意义.11.2 国内外研究现状.11.3 本次论文主要研究内容.2第 2 章 控制系统原理与仿真软件选择.32.1 电液比例位置控制系统基本控制原理.32.1.1 控制原理与基本元件组成.32.1.2 研究方法与步骤.42.2 AMESim 仿真软件介绍 .52.2.1 基本介绍.52.2.2 AMESim 优缺点 .52.3 本章小结.6第 3 章 仿真系统设计与选型.73.1 比例阀控缸系统设计.73.1.1 仿真模型分析与建立.73.1.2 元件子模型选择.83.2 高压阀耦合控制系统设计.113.3 本章小结.12第 4 章 数学模型建立与 AMESim 仿真分析 .13中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)4.1 数学模型建立.134.1.1 海浪升沉运动数学模型.134.1.2 电液比例方向阀数学模型.134.2 AMESim 仿真分析 .174.2.1 仿真连接图改进.174.2.1 低压阀支路控制特性研究.174.2.3 高压阀支路控制特性研究.194.2.4 PID 控制的引入 .204.3 本章小结.23中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)第 5 章 结论.24致 谢.25参考文献.26第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 课题的研究背景和意义在液压控制系统中，以模拟信号或数字信号作为输入，使系统输出的压力或者流量连续且成比例地得到控制，即可称作电液比例控制系统。从广义上说，液压传动与气压传动的控制系统中，但凡输出量可以被控制信号成比例且连续地控制，就可以称作比例控制系统。在现当代工业发展迅速的前提下，在机械装备制造、金属冶炼和零件加工等行业高精度行业，电液比例技术得到越来越广泛的运用。现代的很多液压工作设备要求达到很高的位置控制精度，从而实现精密零件的加工以及完成各类精细的工作。在传统的以伺服器件为主的控制系统中，由于电液伺服器件普遍价格高昂，对液压油有着严苛的要求同时阀口压降损失较严重，导致伺服技术无法更加广泛地应用于液压工作当中。现代的液压工作场合，人们往往对控制手段要求较高，但对于控制精确度和系统的响应特性并没有太严格的要求。因此相比伺服控制系统，人们更加愿意选择价格低廉，同时也能够满足液压工作场合的精度要求和响应要求的电液比例控制系统。而现代电子测试技术也为液压工程提供了方便快捷的检测条件。因此研究电液比例技术在液压系统中的应用，对于现代工业的发展具有重要意义。本次研究的电液比例阀控制非对称液压缸，对应的液压工作场景为浮式钻井平台因海浪波动而导致对工作精度不足，因而通过控制液压缸的动作对平台进行的升沉补偿，抵消或减弱海浪波动造成的误差。1.2 国内外研究现状二十世纪七十年代，比例技术诞生初期，阀的结构设计尚不完善，几乎无法实现受控的闭环反馈，比例技术大多应用于开环系统控制。1975 至 1980 年第 1 章 绪论2间，带有内反馈机理的比例元件的生产，使得比例技术能够跳脱出开环控制的禁锢，可以应用于闭环控制。此后比例元件的结构设计日趋完善，利用流体压力、流体流量和位移进行的内反馈调节以及误差校正，使比例阀获得了较高的精确度与稳定性。经过近三十年的研究发展，到二十世纪九十年代，比例技术已经可以广泛应用于各类机械领域。各类以比例技术为原理设计的节能器件和系统越来越多。然而由于受到制造成本的限制，目前生产比例阀扔存在中位死区的问题，这就导致在液压传动或气压传动控制系统中，需要对输入信号、控制元件、传动比例和检测反馈等部分进行有效的参数设置或调整，以减少死区造成的误差。国内比例技术起步略晚，目前电液比例技术的关键元件：电液比例阀，相比电液伺服阀，电液比例阀的价格更加便宜，也更加节能，并且抗污染能力高，除了控制的精度和响应速度略逊，其余性能基本与伺服阀相当，其动态特性与静态特性能够满足绝大多数工业控制系统。目前电液比例阀发展趋势为：（1）为满足机、电、液一体化的发展，电液比例阀的控制性能不断提高，更加适应野外环境；并且为实现生产低成本化，比例阀的重要零件可与普通标准阀互换通用。（2）比例插装