一种液压伺服系统中阀门死区的控制方法.pdf

务l 匐 化 一 种液压伺服系统中阀门死区的控制方法 A val v e dead band co nt r oI m e t h od of hydr au l i c ser v o cont r o_s ys t em 张兴友 ZHANG Xi n g ． y o u 重庆三峡职业学院 。重庆 4 0 4 1 5 5 摘要液压伺服系统中比例方向阀的死区非线性特征严重P Il a U 了系统的动态性能及其控制精度。本文 采用一种阀门死区非线性模型辨识方法 ， 确定阀门的死区参数；然后提出了一种将传统P I D 与 阀门死区控制补偿相结合 阀门死区参数作为控制补偿依据的控制方法 ，从而提高系统的 动态性能。仿真结果表明本文所采用的控制策略有效。 关键词液压伺服系统； 控制补偿；死区非线性；P ID ；动态性能 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 1 0 下 一 0 1 3 5 0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 1 0 下 ． 4 1 0 引言 目前 ，在液压伺服 系统 中，执行元件的死 区 非线性 特征 普遍存 在，其很大程度上 限制 了伺 服 系统 的控制性能 u 。如从 液压 元件的制造过程 中 去 消除死区，不仅对制造 工艺 要求苛 刻 ，同时 加 工 费用也大大提升；而且 在一些特定场合 ，执 行 元件 死区的存在是有益的。例 如，在一些汽车 的 悬挂 系统中，其汽车上 的液压元件 的死区可以有 效 的防止汽 车驻车问题 ；当汽车 的悬挂 系统工 作 时 ，其死 区又是不 利的。因此，对执行 元件 的死 区特性分析以及合理应用具有重要意义。本 文采 用一种 液压 元件死 区非线性模型辨别方法 ，确 定 其 死区参数，并提 出了一种将 P I D与阀门死区控 制补 偿相结合的控制策略 ，液压 元件 的死区参 数 作 为控制依据 ，经过仿 真分 析 ，该控制 方法 有效 提高 了系统的控制性能 。 1 比例方向阀的死区模型 比例方 向阀的中位 一般都有重叠 ，因而 ，当 阀芯通过 中位时 ，在一定范围内，阀门对输 入信 号无相应的输 出，即为阀门死区非线性特征 。如 图 l 所示。 b _ 、 图 1 阀门中位死区非线性 通 常情况 下，a≠ b ， v 与 v 的斜率 也不 相等。其 阀门死区非线性的解析式为 f ／ V if V f ≥ b u t 厂 v f {0 if 一 口 0 ， b ，若 鼍 C m i ， 0 2 一 M 一 口e0 一 “ ． 日 P 一 e m i n ， 0 其中， 为符号函数，a ， b 为比例阀死区的 左右范围。其系统的控制输出 为 3 3 ． 2 仿真 某伺服控制 系统 ，其执 行元件 比例 阀死区参 数 a 2 ， b l；其中，整个被控对象简化为一二阶 系统模型 ． ；按照图5的控制结构，控 7 8 ． 9 制 器 由式 2 、 3 得到。系统采用 ma t l a b 7 ． 0进 行仿真。其仿真结果如图 6 、7所示。 T／ s 图6 传统P I D控制 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 訇 化 图7 P I D 死区补偿控制 从 图 6可以看 出，由于 比例 阀存在 一定的死 区非线性特征 ，采用传统的 P I D控制方法 ，将产 生 比较严重的迟滞 ，控制误差较大 ；若采用死 区 补偿控 制策略 ，系统可快 速过 渡控制 死区 区域 ， 从而提高 了系统的动态性能 ，同时具备 良好的控 制精度。 4 结束语 在液压伺服 系统 中，执行元件 阀 门、液压 缸等 的死区非线性特性严重限制了伺服系统 的动 态性 能 以及控制精度 ，更为严重时 ，系统将不稳 定。针对该 问题，本文首先采用 比例阀死区非线 性 区间辨别 的方法 ，确定其死区区 间；然后提出 了一种 将传统 P I D与 阀门死区控制补偿相结合的 控制方法 ，同时将比例 阀死区区间作为控制参数 ， 有效地 提高 了系统 的动态性 能。仿真 结果表 明， 本文所采用的控制策略有效。 参考文献 【 1 】刘大华． 液压比例方向阀死区辨识的新方法[ J 】 ． 矿山机 械． 2 0 0 8 ， 3 8 2 4 6 3 6 6 ． [ 2 】董刚， 杜京义， 贾涛， 区新华． 液压比例伺服系统中死区 的控制 [ J ] ． 机床 与液压． 2 0 0 8 ， 3 6 1 1 6 2 6 3 ． 【 3 ]华森， 张天平， 朱秋琴， 周树杰． 带有未知死区的机器人 自适应滑模控制[ J ] ． 中南大学学报 自然科学版 ． 2 0 0 9 ， 4 0 1 1 0 2 1 0 7 ． 【 4 】朱胜， 孙明轩． 具有未知死区输入非线性系统的迭代学 习控制 【 J 】 ． 控制 与决 策． 2 0 0 9 ， l 1 9 6 1 0 0 ． [ 5 】王帆， 高文 元． 液压马达流量阀的死区控制 [ J 1 ． 兰州石化 职业技术 学院 学报 ． 2 0 0 6 ， 3 8 5 8 7 ． 蠡‘ {矗‘ 岛● j矗‘ j岛‘ 生‘ 蠡I ＆‘ ● 重● 生● 蠡● 蠡I 蠡● {国‘ 国‘{重● 蠡● {矗‘ 岛‘ 盘‘ j岛‘ 岛I 蠡‘ 【 上接第1 3 4 页】 轴承摩擦转矩 的公式 1 Mc Q c d F ／ t c 厶 公 式 中， 为 轴 承 的 径 向 作 用 力， r e ／ 4 d i P 固定球球阀，预紧力和阀座摩擦力对 轴承的总推力相互抵消。 3 主要零部件的校核 校核 的范围包括牙嵌式 离合器的强度、阀杆 的强度、键的强度 、中法兰用双头螺栓的强度。 4 选择球 阀材料 选择球 阀的材料要考虑到球 阀的具体 用途 和 使用所需 的条 件。主要考虑 介质的温度、介质的 腐蚀性 、输送介质 的性质 等方面。本文 中选择球 体 A1 0 5 ，侧 阀体和 中阀体为 WC B，阀杆 、蜗 杆 轴 、蜗轮轴选择 4 0 C r ，蜗轮的轮毂型号为 T H2 0 0 、 轮 芯型 号 为 Z C u S n l 0 P 1 ，轴承 端 盖 采用 HT1 5 0 ， 减速器的箱体选用 H T 2 5 0 。 4 未来发展趋势 管线球 阀今 后的发展趋势呈现 为 1 大型化 管线球 阀的大型化将带去更大的经济效益。2 高 耐腐蚀材料阀 门技术的发展 ，要求高强度 的耐腐 蚀材料与之适应 。3 多重密封结构阀 门想要更长 的使用寿命 ，需要多重复合材料。4 快速关 闭及 高可靠性。 5 高自动化能够预知事故的发生，紧 急关断球阀。 5 结束语 本 文设 计的对象为管线球 阀，球 阀由于开关 迅 速、阻力 小、密 封性 好等 特点而被 广泛 采用。 对于球 阀的球体 支撑结构、密封形 式、减速器 等 进行 了详细设计 ，确定 了结构较好 的固定式软 密 封球 阀，并给 出了结构 图；又详细给 出了零件所 用材料 和强度校核 的计算。最后指 出了球 阀今 后 的发展趋势 。这种球 阀结构 合理 ，性能较 好，能 够满足长输管线的要求。 参考文献 [ 1 】陆培 文． 实 用阀门设计手册[ M】 ． 北京 机械工业 出版社， 20 07． 【 2 】高惠， 侯晓辉． 管道球阀密封原理及泄漏分析【 J ] ． 油气储 运， 2 0 0 6 ， 2 5 3 5 7 6 0 ． [ 3 】章华友， 陈元芳． 球阀设计与选用[ M】 ． 北京 北京科学技 术出版社， 1 9 9 4 ． 【 4 】标准GB ／ T 2 1 4 6 5 2 0 0 8 [ Z ] ． 阀 门术语， 2 0 0 8 ． 第3 4 卷第1 0 期2 0 1 2 1 0 下 [ 1 3 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m