外文翻译--PWM控制液压设备稳定性分析的研究 中文版

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1页 二卷 ， 11册， 第 4期 ， 397407页 ， 1997 制液压设备稳定性分析 的 研究 G. (16 1996) 制， 实际上是 非线性数字控制技术，因为系统 要求 低价高速开关阀 的 稳定性和可用性 ，所以被 用于液压设备的控制 中。 由于此阀可以在没有任何 D /A 转换器 时直接控制， 所以很 容易实现 的液压设备与微机 的一体化 。本研究 的目的 是分析通常出现在采用高速开关阀 时 位置控制系统 的 限制周期，并提供 了 一个 判定 系统稳定 性的 标准。 非线性特性和缸摩擦 都是通过 线性描述的 ，并且在理论上分析了 参数变化对系统的 影响 。实验结果 也证 明 了提 议方法 的可行性。 关键词 ： 电液伺服系统，高速开关电磁阀，脉宽调制方法，稳定性分析，极限环 参数名称： 传递函数的阀控缸系统 流量 压力系数 活塞面积的 比例增益 量系数 2：缸 的入口 和 出口 压力 D ： 行程 (= 工作 时间 / 周期 ) 供 油 压力 库仑摩擦力 容器 压力 负载 q ：脉宽调制 的 输入信号 塞摩擦力 q ： 入信号 的 振幅 性阻尼 系数 2：入口和出口流量 流 量 增益 行程 幅 =1 T： 期 M：活塞 质量 宽调制输入信号波 的 周期 锥最大位移 样时间 间隔 K：系统增益 (=kf 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2页 u ： 振幅 阀的材料系数 u：活塞 的 速度 摩擦力 v ：活塞速度 波 振幅 ：阀口 区域 梯度 道 ，阀和缸 的总体积 界 速度启动 粘性 减振器 摩擦 述函数 x：活塞位移 ：同步程度 ： 角频率 e :液体和管道 的 有效体积弹性模量 x 锥位移 (i： a， b， c， d) ：气门延迟时间 (q)： 宽度 闭合 位移时间 迟 断开 断开 位移 时间 迟 闭合 脉冲宽度调制 ( 控制方法是一种非线性控制 方案 。在 工作的 液压设备通常使用高速开关阀 作为 控制阀。使用此阀 有多方面的 优势 ， 此阀结构简单， 抗油 渍能力强并且 其价格低廉 ； 它 还 可以 通过微机 很容易地实 现和 系统 的连接 ，因为该阀可以 在 没有 D / 情况下进行数字化控制 (1992， a， b； 994;1988)。由于 有 高度非线性特性，如 阀锥的相位延迟 液压 缸内 的 摩擦 ，因此 在分析该系统的稳定性性 时 应考虑非线性特性。 988)认为 这个系统 是 线性 时 不变离散系统 并 使用 后 在 每一个采样时间 内的 阻尼比 都 显示 了 稳定的限制增益。 983)把化为 饱和功能，并认为它 伴随着 阀锥相位 的 滞后和 在 气缸速度控制 上的缸体摩擦 。但是 ， 脉宽调制信号生成 的 非线性 考虑得并不是很充分。 986)利用 在 谐波线性的基础上 的描绘函数 描绘 出 考虑 了气缸摩擦， 但 不包括阀锥 的 相位滞后。本研究的目的是要提出一个预测液压伺服系统的稳定性方法。电液位置控制系统 已在 理论上 被定为 蓝本，这种 系统具有 这一过程中，系统 的 高度非线性特 性 ，如动态脉宽调制，锥阀相位滞后和气缸的摩擦 都是依辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3页 据 数学 建模的 。尤其是 线性特性和气缸的摩擦 都是通过 谐波线性 用 描述函数表达 的 。 因为 理论上和实验 中 系统参数的 变化，现有方法的正确性需通过审查 。 2 液压伺服系统描述与分 析 态模型 图 1显示 了 采用本研究中液压伺服系统 的 示意图 。该系统由 4个 高速开关阀和液压驱动器（双杆双作用油缸）主要部分 组成 。 系统的输出 x )是 反馈 给比较仪 ，比较仪是通过软件安装 在计算机内， 用以 与参考输入值 进行比较的 。为 实现使用 高速开关阀 的 由于 阀锥 的 开关特性 对系统的动作有很大的影响， 阀锥运动 的滞后应 被 考虑 到 动态模型 中 。图 压系统 图 。当 开启 信号应用于阀 ，因为阀门 收到 关闭信号， 所以入口 油流 量 (通过阀门 产生的 ，这 会导致 活塞 产生正向 位移。 图 1 液压伺服系统的示意图 图 2 液压系统模型图 在 假定供 油 压力 (常数 的情况下 ，阀锥之间和其所在地和气缸 的 泄漏流量可以忽略不计， 并且 阀门同时运作， 则 通过高速开关阀 孔的 流 量 比率 (下式所示： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4页 112 （ 1） 222（ 2） 式中 负载压力 ( 负载 流 量 ( 定义 为 ： 21 （ 3） 2 21 （ 4） 负载流量方程 源于： （ 5） 式中： 1dq 阀控缸系统的连续性方程 如下： 4（ 6） 活塞 压力 平衡方程 是： 22 （ 7） 式中 活塞 的 粘性阻尼摩擦 力 被 概括为 气缸 的 总摩擦力 (外部负载 (略。 在 模型中 外力被忽 略不计 ，因为它 基本上不重要 ， 并且在系统设计中基本上没影响，也 不会影响系统的稳定性。 要获得 系统 的 传递函数， 非线性方程（ 5）式中的负载流量被 泰勒 展开式中工作点 ( 近值线性化 。可以写为 (1967) 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5页 1 （ 8） 描述函数 当 在 关阀 时 ，根据 度，从 强加给 阀门 的 输入信号是一种具有恒定的脉冲幅度 的 脉冲列但 具有 不同的脉冲宽度 和符号 。 并且 脉冲 列在 脉冲起点 之间有相同的时间间隔 。 为了 分析调查系统的稳定性 ， 应该 分析 地 描述脉宽调制 发生信号的 特征。 在 这样的假设 下， 阀 的 开关 操 作 都是均衡的， 液压系统 的 线性部分 又 有足够的低通滤波功能 (1991)，我们得出 了 具有高度非线性特性的脉宽调制 发生信号的 描述函数。 捕获到 在每一个时间间隔输入信号 (q)， 并且能提前 知道 最后的 脉冲宽度。 q(t)可 以通过以下的 谐波振动的平衡状态 式表达： )s ( （ 9） 式中 同步程度代表在简谐振动的平衡状态 中 如， 如图 3所示在 = 90的情况下，被描述为 9)的 输入信号 q(t)是一个具有一段时间的周期信号 (如果 周期 和 期 (间的比例期为 2n（例 1， 2， 3 .)时 ,就可以用 傅里叶级数方法计算 描述函数。 ： 0)(s ( 式中 0)( u (t) 是 脉宽调制输出信号的 函数， q（ 脉宽调制模块 输入信号的 第 程 ， 由( 迟 工作 时间 相适应的行程值 。 以恒定 振幅和频率)10( 1()( )( 011辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6页 持 续稳 定的 振动称为极限环。特别是，当比率（ Tq/t）为 2时，如 图 3所示 ，我们称之为单位 脉冲 ： 图 3 单位脉冲信号响应 图 4 基础振动的 傅立叶系数 )(s 21 （ 11） 1)(co s (21 （ 12） 然后给出 了在单位 脉冲极限环 下 脉宽调制 发生 信号 的 描述函数 ： 1)( co s ()(s i n (22,1, W M （ 13） 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7页 同时， 如 图 4所示 在一个极限环周期内 冲 极限环会连续产生 脉冲。这种情况下 的 描述 函数 导出如下 ： 10)(2, M （ 14） 如方程 (14)所示 ， ),( 是 限环 的 脉冲数和同步程度 三者之间的函数 ，但它 对 角频 率 又 是独立的。 擦特性 的 描述函数 液压缸 的 摩擦特性图 如图 5所示。 图中 包括静摩擦力，库仑摩擦 力 和取决于活塞速度 的 粘性阻尼摩擦。假设的磁滞摩擦的 特性 可以忽略不计， 如 图 5所示 摩擦特性 可表示为 ： (1992) )s g n (1)( 4 （ 15） 为了 得出描述函数，上述方程可近似为 (1986) )s g n ()(1)(2 （ 16） 其中 证方程 (150和方程 (16)近似相等的必要常量 。 在 谐波平衡 中 ，活塞速度v(t)如下： )( （ 17） 摩擦特性 的描述方程为 )()(