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液压系统振动噪声产生原因分析李建宇ANALYSISFORTHEREASONOFPRODUCINGVIBRATIONNOISEOFHYDRAULICSYSTEMLIJIAN2YU湖南华菱湘钢钢铁有限公司,湖南省湘潭市岳堂区411101摘要对液压系统产生振动噪声原因分析,提出衰减、阻尼及消除方法。关键词液压系统振动噪声消除方法中图分类号TH137文献标识码B文章编号10002485820060520076203液压系统的振动与噪声是一个相当普遍的问题。机器设备愈向高速、高压和大功率的方向发展,相应的技术跟不上,振动与噪声也相应增大,长期处于异常振动的液压设备必然会出现各种故障,造成振动与液压装置难以正常工作,影响设备的性能和液压元件的寿命,也影响人的身心健康。因此分析振动噪声产生原因有助于采取有效的消除方法。1振动与噪声噪声是一种振动波,它通过不同的传播媒体,可分为流体噪声、结构噪声和电磁噪声。在液压传动或自动控制系统中,上述3种噪声同时存在,其产生的成因和组成是多方面的。1液压泵的噪声在液压系统中主要的噪声源是液压泵。即使它不辐射出大量的声功率,其压力波动和结构振动也能间接地引起机器设备的噪声。液压泵的噪声随液压功率的增加而加大。液压功率是由液压泵的输出压力P、每转的排量Q和转速N这3个参数决定的。这3个参数对液压泵的噪声影响程度是不同的。转速的提高使泵的噪声增大比输出压力提高的作用要大得多每转排量对噪声的影响基本与输出的压力相同。为了使噪声最低,一般在选用液压泵时,在保证所需的功率和流量的前提下,尽量选择转速低的液压泵10001200R/MIN,在实际应用中也可使用复合泵并联和串联液压泵和卸荷回路来降低噪声。1液压泵的流量脉动,由此引起的出口及管路压力脉动。这种固有的流量与压力脉动必然产生流体噪声。2液压泵困油区的压力冲击及倒灌流量产生噪声。如斜盘式轴向柱塞泵,其缸体在旋转过程中位于上死点时,柱塞腔内的液体压力在与排油腔接通的瞬间,吸油压力突然上升到排油压力产生了较高压力冲击。同理,位于下死点时,柱塞腔内的液体压力在与吸油腔接通的瞬间突然由排油压力下降到吸油压力,同样也产生压力冲击。与此同时,在上死点排油腔内的液体向柱塞腔内倒灌,便产生了所谓“倒灌流量”,使液压泵原来固有的流量脉动更加剧烈。由此产生较大的流体噪声,它是液压泵的主要声源。3液压泵的困油现象也是产生振动和噪声的重要原因。如齿轮泵在实际使用中因困油产生较大的噪声时,应检查其卸荷槽的尺寸是否与设计图纸相符。在修磨端盖时要保证原卸荷槽的尺寸不变。4由于泄漏的原因,增加了液压泵的压力和流量脉动也是产生噪声的原因之一。因此,在维修中消除液压装置的外泄漏,是降低噪声的有效措施。收稿日期2006204205作者简介李建宇1971,男,湖南湘潭人,工程师,硕士,主要从事设备管理工作。2控制阀的噪声控制阀是液压系统中的另一个噪声源。1控制阀的气穴作用发出的嘘嘘声高速喷流声。这是由于油液通过阀口时产生的节流作用,在节流口处产生很高的流速,有时可达100150M/S通常称喷流现象。在节流口下游通道截面处流速极不67液压与气动2006年第5期19942008CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP/WWWCNKINET均匀的情况下,当压力低于大气压时,溶解于油中的空气便分离出来产生大量的气泡。这些气泡由于油流压力回升而消失,此时的振动频率将达到200HZ以上。另外,在喷流状态下,油流速度不均匀而发生涡流或由于液流被剪切也产生噪声。解决这类噪声的办法是提高节流口下游背压,使其高于空气分离压力的临界值。可用二级或三级减压的办法,以防止气穴现象的发生。一般油液通过控制阀的节流口时,要求上游压力P1与下游压力P2之比,不大于36锐边阀口取小值,圆弧阀口取大值。2控制阀的自激振动产生的噪声。如溢流阀一类的控制阀,其阀芯是支承在弹簧包括油液的弹性上,与质量,阻尼系统与管路以及与负载相匹配的有关参数超过临界值时,阀芯就会因其他部位的扰动如压力脉动或其他振源产生持续的自激振动和异常噪声。又如滑阀、转阀和伺服阀等由液动力引起的自激振动也发生一种呈“嗡嗡叫”的高频声响。在一般情况下,压力、温度愈高,这种现象就愈容易发生。3液压泵压力脉动的激励作用,使阀件产生共振,因而增大噪声控制阀中特别是节流阀,其节流开口小,流速高易产生涡流,有时将会引起阀芯拍击阀座,产生很大的蜂鸣声。发生这种现象时,可选用小规格的控制阀来替换或将节流口开大。4在液压系统中,由于方向控制阀突然关闭或突然打开造成液压冲击而引起振动和噪声。如电磁换向阀快速切换时,油路突然关闭或使油流突然改向以及电磁阀突然打开使液压泵卸载都会产生液压冲击。一般电磁阀的动作时间为008012S,由于快速切换引起管内压力剧烈波动,并以声速沿着管道方向传播,当传至液压缸、液压泵或其他较大的容腔时,就会引起这些环节产生撞击振动和噪声。如磨床工作台在换向过程中换向阀未调好,就会产生冲击而使管道发出“嗡嗡”的噪声又如液压机的液压缸,在承压状态时,若控制阀突然打开而液压缸急速卸载,则液压缸和其连接的机构也会由于冲击而发出噪声。这种噪声可以通过阀的合理设置如设置缓冲机构等或采用分级卸载的办法,使液压冲击尽可能的减小。5控制阀的工作部位磨损、滑阀与阀体孔配合间隙过大、高低压油互通、调压弹簧永久变形或损坏等原因、而发出一种“哨”声或“尖叫”声。这种噪声的消除方法是更换阀座、阀芯或弹簧。3液压泵吸入系统的气穴现象产生振动和噪声此处略。4液压泵的吸空现象产生的噪声液压泵的吸空,是指液压泵吸进的油液中混有空气。这种现象的产生不仅容易发生气蚀、增高噪声,而且还影响液压泵的容积效率、油液变质等不良后果。因此,在液压传动与控制系统中,这种现象是不允许存在的。出现这类问题的主要原因是油箱和油管设置、安装不合理如油箱内液面剧烈地搅动,空气便混入油内吸油管吸进带有气泡的油液吸油管接头密封不严、吸入空气。油液中的空气泡在低压处膨胀,进入高压区后被压缩,产生上述的气穴现象,因而使噪声增大。产生吸空现象的其他原因还有因泄漏等原因造成油箱中油液不足吸油管浸入油液液面部分太少液压泵吸油位置太高油液的黏度大液压泵吸油口通流截面过小过滤器表面被污染物堵塞回油管没有浸入油池等而造成大量空气进入系统。防止液压泵吸进空气可采取以下措施1液压泵吸油管和有关部分如泵出轴端要严格密封,防止泵内短时低压而吸入空气。2油箱设计要合理,可采用设有隔板的长油箱,使油液中的气泡上浮后不会很快进入吸油管附近。油箱是液压系统中消除油液里气泡的最好地方。一般油液回到油箱时往往带有气泡,只要到一定的时间,气泡就会自动分离出来并上浮消失。为此,液压系统的油箱容积应足够大。油箱的容积随设备不同、使用场所的不同而有差异。通常可设计成等于系统两分钟最大流量即可。当不能提供具有隔板的油箱时,可采用具有去除气泡装置的油箱。试验表明,采用60目的金属网,安装倾斜角30效果最佳,它能去除90混入油液中的气泡。3油箱中的油液应加至油标线的规定吸油管一定要浸入油池的2/3深度处油液的黏度要符合使用说明书的规定过滤器要定期清洗,防止被污物堵塞。4液压系统的回油管要插入油箱液面以下,并要制成45的斜切口面朝箱壁,距箱壁100MM左右为宜。回油管径要适宜足够大,防止回油流速过高冲入油箱搅动液面而混入空气。5采用消泡性能好的工作油液,或在油液内加772006年第5期液压与气动19942008CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP/WWWCNKINET入消泡添加剂,使气泡很快的上浮消失。5液压系统中机械零件的振动产生的噪声1液压系统机械回转部分,由于结构设计、制造、安装等误差,当工作时便产生周期性的不平衡力,因而发生振动并辐射出恒定的噪声。如液压泵驱动系统的皮带轮和皮带、传动轴上的键、联轴器和液压泵等零件,当电动机的轴与液压泵的传动轴,同轴度误差大于008MM时,就会产生较大噪声。此时的联轴器不仅不吸震,反而造成强迫振动。因此,在制造与安装过程中应尽量减小偏心与不平衡液压泵、电机支架与机座要用楔铁调整并校准水平紧固螺钉必须有防松结构。2设备的地基与机座、液压系统的管路等,若安装、调整不符合技术条件规定时,也导致产生噪声。并在系统油压升高后,经控制阀改变油路方向和调压调速时,在所连接的管路上发生异常的振动或共振引起有关部分产生噪声。这些问题都值得注意,但无论在什么情况下,都应使液压系统的管路尽量短一些,长度要选择适当,并用坚固的、能吸振的支撑加以固定,避免发生驻波或共振现象。2液压系统的噪声衰减、阻尼和隔离如前所述,液压系统的主要噪声源是液压泵。为了降低由其产生的噪声,可在泵的结构设计和制造中采取一定的措施来消除机械冲击和压力冲击。但是,由于液压泵几何空间变化的不均匀性所造成的压力脉动是较难消除的。为此,在实践中可采取衰减、阻尼和隔离的办法来减小或消除液压系统中的噪声。1用脉动衰减器来防止噪声扩散。衰减器有能量吸收型和反射消除型两大类,应用衰减器,既不会全部吸收、也不能全部反射,它在一定的频率范围内可以看成是一个特定的过程,或主要是吸收、或主要是反射。能量吸收型衰减器是利用某些材料的特性、通过粘着摩擦将声能变为热能油温升高。所以,它只能衰减传入到缓冲材料内部的噪声。为了扩大缓冲材料同液体的面积,应把缓冲材料做成多孔的,并以同心管的形式布置在主要油流的通道上。2在管路中设置蓄能器衰减系统中的压力脉动。蓄能器是一个反射型脉动衰减装置,利用气体弹性来吸收和释放液体的压力能。依靠入射波和分流波之间的相位关系来减少声波向下游传播。3安装减振软管。利用挠性软管容易膨胀的特性来平滑液压泵的压力脉动。4在管路上安装消声器。通过入射波与反射波的相互作用,将波形峰值部分的容量吸收填入到波谷部分。这样可以认为系统没有流量变化,即消除压力脉动。在液压泵的出油口串接一个大的容腔,试验表明液压泵的出口压力脉动原为131MPA,可衰减到014MPA,效果比较显著。5在管道中串接滤声器。这是一种以相位消除为主的声学装置,它可消除管路的流量脉动,故又可称为脉动消减器。它是一个开有无数小孔的、用橡皮套包容的多孔管,在橡皮管与多孔管之间有保护用的钢丝网,外围冲入氮气。当压力峰值传入时,经小孔阻尼吸收能量使橡皮套膨胀从而使噪声得到衰减。应用时,需根据压力脉动频率和流量来选择。该种滤声器的优点是安装在管路上,不增大管路的阻力,一般状态下不用维护。6系统机械结构振动的阻尼。为了减少噪声的传播,避免一些零件的共振,可在液压系统的管道、罩壳、板状零件等的表面上粘贴或涂上一层阻尼材料,使这些零件的共振因阻尼作用而得到衰减,从而减少空气噪声的辐射。这种办法对于抑制高频率噪声较为有效。阻尼材料一般可用内消耗较大的材料,如沥青、聚硫酯橡胶或聚氨酯橡胶以及其他高分子材料。3结束语从机械部分零件的材质方面减少噪声,国外有的采用高阻尼材料如锰铜合金、镍钛合金以及含高磺的孕育铸铁等制作泵体或阀体。近年来国内也开始试生产高阻尼材料,如锰铜合金MC277和铁铬合金AJ21等。经一些单位使用,减振、降低噪声效果比较明显。液压装置的噪声还可采用柔软多孔材料,如毛毡、纤维板、石棉、玻璃纤维、泡沫塑料等进行吸收隔离。如将噪声源放在隔板的后面对于噪声高的液压元件用隔罩罩起来。对高压泵一类的强噪声源,目前采用的措施是把动力装置单独放在一个隔音减振的房间内封闭的办法。使进出油口管道接通工作机构,运行参数的调节、选用是在工作地点的操纵台上通过遥控进行,以减少噪声对操作人员的辐射。欢迎订阅液压气动杂志87液压与气动2006年第5期19942008CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP/WWWCNKINETFEEDBACKLINEARIZATIONBASEDCONTROLOFAROTATIONALHYDRAULICDRIVECONTROLENGINEERINGPRACTICE,VOLUME15,ISSUE12,DECEMBER2007,PAGES14951507JAHOSEO,RAVINDERVENUGOPALANDJEANPIERREKENNABSTRACTTHETECHNIQUEOFFEEDBACKLINEARIZATIONISUSEDTODESIGNCONTROLLERSFORDISPLACEMENT,VELOCITYANDDIFFERENTIALPRESSURECONTROLOFAROTATIONALHYDRAULICDRIVETHECONTROLLERS,WHICHTAKEINTOACCOUNTTHESQUAREROOTNONLINEARITYINTHESYSTEMSDYNAMICS,AREIMPLEMENTEDONANEXPERIMENTALTESTBENCHANDRESULTSOFPERFORMANCEEVALUATIONTESTSAREPRESENTEDTHEOBJECTIVEOFTHISRESEARCHISTWOFOLDFIRSTLY,TOPRESENTAUNIFIEDMETHODFORTRACKINGCONTROLOFDISPLACEMENT,VELOCITYANDDIFFERENTIALPRESSUREANDSECONDLY,TOEXPERIMENTALLYADDRESSTHEISSUEOFWHETHERTHESYSTEMCANBEMODELEDWITHSUFFICIENTACCURACYTOEFFECTIVELYCANCELOUTTHENONLINEARITIESINAREALWORLDSYSTEMKEYWORDSNONLINEARCONTROLFEEDBACKLINEARIZATIONHYDRAULICACTUATORSREALTIMESYSTEMS1INTRODUCTIONELECTROHYDRAULICHYDRAULICSERVOSYSTEMSEHSSAREEXTENSIVELYUSEDINSEVERALINDUSTRIESFORAPPLICATIONSRANGINGFROMHYDRAULICSTAMPINGANDINJECTIONMOLDINGPRESSESTOAEROSPACEFLIGHTCONTROLACTUATORSEHSSSERVEASVERYEFFICIENTDRIVESYSTEMSBECAUSETHEYPOSSESAHIGHPOWER/MASSRATIO,FASTRESPONSE,HIGHSTIFFNESSANDHIGHLOADCAPABILITYTOMAXIMIZETHEADVANTAGESOFHYDRAULICSYSTEMSANDTOMEETINCREASINGLYEXACTINGPERFORMANCESPECIFICATIONSINTERMSOFROBUSTTRACKINGWITHHIGHACCURACYANDFASTRESPONSE,HIGHPERFORMANCESERVOCONTROLLERSAREREQUIREDHOWEVER,TRADITIONALLINEARCONTROLLERSANDERSON,1988ANDMERRITT,1967HAVEPERFORMANCELIMITATIONSDUETOTHEPRESENCEOFNONLINEARDYNAMICSINEHSS,SPECIFICALLY,ASQUAREROOTRELATIONSHIPBETWEENTHEDIFFERENTIALPRESSURETHATDRIVESTHEFLOWOFTHEHYDRAULICFLUID,ANDTHEFLOWRATETHESELIMITATIONSHAVEBEENWELLDOCUMENTEDINTHELITERATURESEEGHAZY2001,SUNANDCHIU1999,FOREXAMPLESEVERALAPPROACHESHAVEBEENPROPOSEDTOADDRESSTHESELIMITATIONS,INCLUDINGTHEUSEOFVARIABLESTRUCTURECONTROLGHAZY,2001MIHAJLOV,NIKOLIC,KADDISSIETAL,2005ANDKADDISSIETAL,2007URSUHOWEVER,SEVERALMODIFICATIONSHAVEBEENPROPOSEDTOADDRESSTHISPROBLEMGHAZY,2001,GUGLIELMINOANDEDGE,2004ANDMIHAJLOVETAL,2002BACKSTEPPINGISATECHNIQUETHATISBASEDONLYAPUNOVTHEORYANDGUARANTEESASYMPTOTICTRACKINGJOVANOVIC,2002,KADDISSIETAL,2005,KADDISSIETAL,2007ANDURSUANDPOPESCU,2002,BUTFINDINGANAPPROPRIATECANDIDATELYAPUNOVFUNCTIONCANBECHALLENGINGTHECONTROLLERSOBTAINEDUSINGTHISMETHODARETYPICALLYCOMPLICATEDANDTUNINGCONTROLPARAMETERSFORTRANSIENTRESPONSEISNONINTUITIVEOTHERLYAPUNOVBASEDTECHNIQUESADDRESSADDITIONALSYSTEMNONLINEARITIESSUCHASFRICTION,BUTAREALSOPRONETOTHESAMEDRAWBACKSASTHOSELISTEDFORBACKSTEPPINGLIUNOTABLEEXCEPTIONSWITHACTUALEXPERIMENTALRESULTSARELIUANDALLEYNE1999,NIKSEFATANDSEPEHRI1999,SUGIYAMAANDUCHIDA2004,ANDSUNANDCHIU1999THEFOCUSOFTHISSTUDYISONPRESENTINGACONTROLLERDESIGNAPPROACHTHATISCOMPREHENSIVE,THATIS,ONETHATCOVERSDISPLACEMENT,VELOCITYANDDIFFERENTIALPRESSURECONTROL,ADDRESSESTHENONLINEARITIESPRESENTINEHSSANDCONSIDERSPRACTICALISSUESSUCHASTRANSIENTRESPONSEANDREALTIMEIMPLEMENTATIONTHUS,ASIGNIFICANTPORTIONOFTHEPAPERISDEDICATEDTOTHEEXPERIMENTALASPECTSOFTHESTUDYINADDITION,THISPAPERISINTENDEDTOSERVEASACLEARGUIDEFORTHEDEVELOPMENTANDIMPLEMENTATIONOFFEEDBACKLINEARIZATIONBASEDCONTROLLERSFOREHSSTHEPAPERISORGANIZEDASFOLLOWSSECTION2DESCRIBESTHEROTATIONALHYDRAULICDRIVETHATISUSEDASANEXPERIMENTALTESTBENCHINTHISSECTION,THEMATHEMATICALMODELOFTHESYSTEMISALSOREVIEWEDANDVALIDATEDUSINGEXPERIMENTALDATASECTION3DESCRIBESTHEDESIGNOFPIDCONTROLLERSFORTHISSYSTEMWITHSIMULATIONANDEXPERIMENTALRESULTSTHATSERVEASABASELINEFOREVALUATINGTHEPERFORMANCEOFTHEFEEDBACKLINEARIZATIONCONTROLLERSSECTION4DESCRIBESTHEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHEFEEDBACKLINEARIZATIONCONTROLLERSANDFINALLY,CONCLUDINGREMARKSAREPROVIDEDINSECTION52MODELINGSYSTEMDESCRIPTIONTHEELECTROHYDRAULICSYSTEMFORTHISSTUDYISAROTATIONALHYDRAULICDRIVEATTHELITPLABORATOIREDINTGRATIONDESTECHNOLOGIESDEPRODUCTIONOFTHEUNIVERSITYOFQUBECCOLEDETECHNOLOGIESUPRIEURETSTHESETUPISGENERICANDALLOWSFORSIMPLEEXTENSIONOFTHERESULTSHEREWITHTOOTHERELECTROHYDRAULICSYSTEMS,FOREXAMPLE,DOUBLEACTINGCYLINDERSREFERRINGTOTHEFUNCTIONALDIAGRAMINFIG1,ADCELECTRICMOTORDRIVESAPUMP,WHICHDELIVERSOILATACONSTANTSUPPLYPRESSUREFROMTHEOILTANKTOEACHCOMPONENTOFTHESYSTEMTHEOILISUSEDFORTHEOPERATIONOFTHEHYDRAULICACTUATORANDISRETURNEDTHROUGHTHESERVOVALVETOTHEOILTANKATATMOSPHERICPRESSUREANACCUMULATORANDARELIEFVALVEAREUSEDTOMAINTAINACONSTANTSUPPLYPRESSUREFROMTHEOUTPUTOFTHEPUMPTHEELECTROHYDRAULICSYSTEMINCLUDESTWOMOOGSERIES73SERVOVALVESWHICHCONTROLTHEMOVEMENTOFTHEROTARYACTUATORANDTHELOADTORQUEOFTHESYSTEMTHESESERVOVALVESAREOPERATEDBYVOLTAGESIGNALSGENERATEDBYANOPALRTREALTIMEDIGITALCONTROLSYSTEMFIG1FUNCTIONALDIAGRAMOFELECTROHYDRAULICSYSTEMTHEACTUATORANDLOADAREBOTHHYDRAULICMOTORSCONNECTEDBYACOMMONSHAFTONESERVOVALVEREGULATESTHEFLOWOFHYDRAULICFLUIDTOTHEACTUATORANDTHEOTHERREGULATESTHEFLOWTOTHELOADTHEACTUATOROPERATESINACLOSEDLOOPWHILETHELOADOPERATESOPENLOOP,WITHTHELOADTORQUEBEINGPROPORTIONALTOTHECOMMANDVOLTAGETOTHELOADSERVOVALVEWHILETHEACTUATORANDLOADCHOSENFORTHISSTUDYAREROTARYDRIVES,THEEXACTSAMESETUPCOULDBEUSEDWITHALINEARACTUATORANDLOAD,ANDTHUS,THEYAREREPRESENTEDASGENERICCOMPONENTSINFIG1THETESTSETUPINCLUDESTHREESENSORS,TWONOSHOKSERIES200PRESSURESENSORSWITHA010VOUTPUTCORRESPONDINGTOARANGEOF207MPA3000PSITHATMEASURETHEPRESSUREINTHETWOCHAMBERSOFTHEROTATIONALDRIVE,ASWELLASATACHOMETERTOMEASURETHEANGULARVELOCITYOFTHEDRIVEINORDERTOREDUCETHENUMBEROFSENSORSUSEDACOMMONPREFERENCEFORCOMMERCIALAPPLICATION,ANGULARDISPLACEMENTISOBTAINEDBYNUMERICALLYINTEGRATINGTHEANGULARVELOCITYMEASUREMENTFIG2SHOWSTHELAYOUTOFTHESYSTEMANDTHEOPALRTRTLABDIGITALCONTROLSYSTEMFIG2LAYOUTOFLITPTESTBENCHTHERTLABSYSTEMCONSISTSOFAREALTIMETARGETANDAHOSTPCTHEREALTIMETARGETRUNSADEDICATEDCOMMERCIALREALTIMEOPERATINGSYSTEMQNX,READSSENSORSIGNALSUSINGANANALOGTODIGITALA/DCONVERSIONBOARDANDGENERATESOUTPUTVOLTAGESIGNALSFORTHESERVOVALVESUSINGADIGITALTOANALOGD/ACONVERSIONBOARDTHEHOSTPCISUSEDTOGENERATECODEFORTHETARGETUSINGMATLAB/SIMULINKANDOPALRTSRTLABSOFTWAREANDALSOTOMONITORTHESYSTEMCONTROLLERPARAMETERSCANALSOBEADJUSTEDONTHEFLYFROMTHEHOSTINRTLAB3CONCLUSIONSTHEGOALOFTHISRESEARCHISTOREVIEWTHENONLINEARDYNAMICSOFAROTATIONALHYDRAULICDRIVE,STUDYHOWTHESEDYNAMICSLEADTOLIMITATIONSINPIDCONTROLLERPERFORMANCE,ANDTODESIGNANDIMPLEMENTSERVOCONTROLLERSAPPROPRIATEFORDISPLACEMENT,VELOCITYANDPRESSURECONTROLFEEDBACKLINEARIZATIONTHEORYISINTRODUCEDASANONLINEARCONTROLTECHNIQUETOACCOMPLISHTHISGOALINTHISSTUDY,ANDTHECONTROLLERSDESIGNEDUSINGTHISMETHODAREVALIDATEDUSINGEXPERIMENTALTESTSFROMTHESETESTS,ITCANBESEENTHATFORHYDRAULICSYSTEMSTHATHAVENONLINEARCHARACTERISTICS,FEEDBACKLINEARIZATIONTHEORYPROVIDESAPOWERFULCONTROLSTRATEGYTHATCLEARLYIMPROVESONPIDCONTROLINTERMSOFTRACKINGPRECISIONANDTRANSIENTRESPONSETHERESULTSSHOWTHATTHESYSTEMCANBEMODELEDWITHSUFFICIENTACCURACYTOEFFECTIVELYIMPLEMENTTHECONTROLLERSTHISSTUDYISLIMITEDTOTHECONTROLOFAROTATIONALHYDRAULICDRIVETHEAPPLICATIONOFFEEDBACKLINEARIZATIONTHEORYTOTHECONTROLOFMORECOMPLEXINTEGRATEDROTATIONALANDLINEARDRIVES,ASWELLASOTHEREFFECTSSUCHASFRICTION,MAYBECONSIDEREDASFUTUREEXTENSIONSOFTHISWORK反馈线性化控制一台转动液压传动控制工程实践，15卷，12期，2007年12月，页1495至1507页JAHOSEO,RAVINDERVENUGOPAL和JEANPIERREKENN摘要线性反馈技术是用于设计控制器的位移、速度和控制液压往复传动的压差。该控制器，应用了平方根非线性系统的动力学，用于实施实验性测试平台和成果的绩效评估测试。本研究的目的是双重的第一，以目前的一个统一的方法跟踪控制的位移，速度和压差第二，通过实验解决问题的系统是否可以以足够的精确度模仿，从而有效地取消了非线性在实际体系中的应用。关键词非线性控制反馈线性化液压作动器实时系统1导言电液伺服液压系统（EHSS）广泛应用于各个行业，涉及到液压冲压、注塑成型机和航天飞行控制致动器。电液伺服液压系统作为非常有效的动力驱动系统，拥有高功率/质量比，反应快，高刚度，高承载能力等优点。最大限度地利用液压系统，并满足日益严格的性能要求，鲁棒跟踪精度高和快的响应速度是高性能伺服控制器所需要的。但是，传统的线性控制器（ANDERSON，1988年和MERRITT，1967年）的局限性在于非线性动力学在电液伺服液压系统中的应用，具体地说，一个平方根关系压差驱动流的液压流体和流速。这些限制已在文献上都有记载了，见GHAZY（2001），SUNANDCHIU（1999），例如若干做法已被提出，以解决这方面的不足，包括使用变结构控制（GHAZY，2001年MIHAJLOV,NIKOLIC,KADDISSI等人，2005年和KADDISSI等人，2007年URSUPOPESCU,2002年）和反馈线性（CHIRIBOGAETAL，1995年和JOVANOVIC，2002年）。变结构控制在其基本形式是容易的抖振（GUGLIELMINOEDGE，2004年）因为控制算法是基于转换的但是，提出了一些方案来解决这一问题（GHAZY，2001年，GUGLIELMINOANDEDGE，2004ANDMIHAJLOVETAL，2002年）。回步这种技术，是基于LYAPUNOV理论，并保证渐近跟踪（JOVANOVIC,2002，KADDISSI等人，2005年，KADDISSIETAL，2007年和URSUANDPOPESCU,2002），但是，寻找一种适当应用函数的技术具有挑战性。使用这种方法的控制器具有典型的复杂性而且校正控制参数瞬态响应也不直观。其他的LYAPUNOV为基础的技术解决了系统的非线性如摩擦，但也容易产生同样的缺点（LIU第4节描述了设计和实施反馈线性控制器，结束语提供在第5节。2建模系统说明这项研究的电液伺服系统是一种旋转液压传动技术在LITP（实验室INTGRATION万德科技生产）的大学学院魁北克比涅技术高等学校（TS）。此设立是通用，并允许简单的延伸结果应用于其他电动液压系统，例如双作用气缸。谈到部分函数功能图，如图1，直流电动机驱动泵，泵提供了石油在恒定的应压力下，从油箱到系统的每个部分。石油是用于运转该液压致动器并通过大气压力经由伺服阀回到油箱。一个蓄能器和一个减压阀是通过泵的输出量来维持一个稳定的供应压力。电液伺服系统包括两穆格系列73伺服阀来控制运动的旋转致动器和系统负载转矩。这些伺服阀操作，由欧泊逆转录实时数字控制系统产生的电压信号所驱动。图。1。功能图的电液控制系统致动器和负载都和液压马达相连，由一个共同的轴、一个伺服阀调节动器流体流量和调节其他流量负载。动运行在一个封闭的回路，而负荷运行在开环中，与负载转矩成正比并控制伺服阀电压负荷，尽管动器和负载在此项研究中是一种旋转驱动器，同样的设立可用于直线驱动器和负载，因此，它们派代表作为通用组件图。1。测试包括3个传感器，两个努肖克系列200个压力传感器，以010V输出相应的一定范围内的207兆帕斯卡（3000PSI），可以测量这两个商会旋转驱动的压力，而且是一个测速仪测量角速度的驱动器。为了减少传感器的个数（一种常见商业应用程序），用于进行数控整合角速度测量的角位移得到应用。图2显示该套系统的布局和蛋白石逆转录实验室数字化控制系统。图2布局LITP试验台。该逆转录实验室系统包括一个实时目标和PC主机。实时目标按照了一个专门的商业实时操作系统（QNX的），采用模拟到数字（模拟/数字）转换板来读取传感器信号来产生输出电压信号，伺服阀采用数字至模拟（D/I）转换显示板。主机PC，是用来产生代码，利用MATLAB/SIMULINK和蛋白石逆转录的逆转录实验室软件，并监测系统。控制参数，还可以调整来自RTLAB的ONTHEFLY。3结论这项研究的目标是探讨非线性动力学的轮训液压传动技术，研究这些如何动态产生PID控制器性能的局限性，以及设计和使用适合于位移、速度和压力控制的伺服控制器。反馈线性理论被引入作为一种非线性控制技术，在这项研究中实现这一目标，而且设计使用这种方法的控制器在实验测试中恶道了很好的利用。从这些测试中可以看出液压系统有非线性特性，反馈线性理论提供了强有力的控制策略，这显然提高了对PID应用在跟踪精度和瞬态响应方面的控制。研究结果表明该系统可以以足够被模仿，从而有效地应用于控制器。这项研究仅限于控制轮训液压传动。应用反馈线性理论来控制更复杂的综合旋转运动和线性驱动器，以及如摩擦等方面的影响，可被视为未来扩展这方面工作的方向。液压系统污染的分析与控制ANALYSISOFCONTAMINATIONANDCOUNTERMEASUREOFHYDRAULICSYSTEM摘要对产生液压系统污染的种类、原因及影响进行分析,进而找出影响因素及控制污染的措施。ABSTRACTTHISPAPERANALYZESTHETYPE,REASONANDIMPACTHYDRAULICSYSTEMPOLLUTIONANDALSOPROPOSESRELEVANTFACTORSASWELLASMEASURESTOCONTROLPOLLUTION关键词液压系统污染液压油KEYWORDSHYDRAULICSYSTEMPOLLUTIONHYDRAULICOIL液压系统广泛地应用于各种工业设备中,一个液压系统能否正常地工作,除系统设计、元件制造和维护外,油的清洁度是十分重要的因素。油液的污染将会影响系统的正常工作和使元件过度的磨损,甚至会造成设备事故。液压油对液压设备犹如血液对于生命,清洁的液压油在机械内循环流动是保证设备正常运行和润滑的重要条件。有关资料表明,现场7080液压系统的工作不稳定和出现故障都与液压油污染有关。1液压系统污染的种类与产生污染的原因液压系统污染主要是液压油被污染,即指液压油中含有水、空气、固体颗粒、化学物质和微生物等杂物,另外油温的变化导致油的变质也是一种污染。按系统划分,污染大致可分为原有污染物、侵入污染物和生成污染物3种。1原有污染物是指潜藏在元件和管道内的污染物。主要是系统元件、组合件在加工、装配、包装、储存和运输等过程中残留的污染物,如金属切屑、氧化皮、焊渣、型砂及尘埃等2侵入污染物是指外界侵入的污染物。如油箱呼吸口密封性差、液压缸的活塞杆表面未设置防尘圈,引起外界的污染物侵入还有如维修过程中不注意清洁,将环境周围的杂物带入油箱和管道内另外,忽视油液的过滤,从而把污染物带入以粗代细、甚至不用过滤器、过滤器几年不清洗、滤网不经常清洗、换油或补油时不重视油的过滤、脏的油桶未经严格清洗就拿来用,从而把污染物带入3内部生成污染物指工作期间所产生的污染物。系统在组装、运行、调试过程中元件磨损所产生的金属磨耗物,管道内锈蚀剥落物,密封件磨耗物和碎片,以及油液氧化变质生成沉淀物和胶质。油中的水使金属腐蚀形成水锈等。2污染对液压系统的影响在液压系统的各类污染物中,固体颗粒最常见且危害最大。有关资料表明,在污染引发的液压系统故障中,除了30源于腐蚀外,其余70都是由于固体颗粒存在造成液压元件表面机械磨损。固体颗粒不仅加快液压元件磨损,而且会堵塞元件的间隙和孔口,使控制元件动作失灵而引起系统失效。系统失效主要有3种模式即突然失效、退化失效、瞬时失效。突然失效主要是进入元件的大颗粒污染物一般超过100M造成的,它通过妨碍元件表面的相对运动直至元件卡死来造成损坏。退化失效是由渗入运动间隙的小颗粒引起的,其特点是系统性能逐渐降低,颗粒破坏了润滑油膜,并与元件表面相作用,通过轻微形式的疲劳造成磨损,直到情况严重时产生磨粒磨损。研究表明,当污染等级高时,系统工作不到100H就会失效,而在特别清洁的情况下,系统工作10000H性能才会适度降低。瞬时失效是颗粒瞬间干扰元件性能所致。另外,固体颗粒还起着催化剂的作用。并促使油液氧化导致其性能下降。由于固体颗粒的存在还增加了油液的热容量,所以还将影响到周围传递热的能力。除了固体颗粒外,液压油中的气泡或泡沫是一种无形的污染物。它可以使油液本身的刚度减小,容积效率减小或可靠性降低,油中的气泡瞬时压缩还会使气泡温度急剧升高,加速油液的氧化、降低油的润滑性和加速密封件的老化。据报道,到达允许温度上限后,每超过10则液压油的氧化速度加快1倍,易形成不溶解的泥垢状沉淀物,这种沉淀物会堵塞滤网和液压阀的孔及通道另一方面又使油液气化、水分蒸发,液压元件因此而受穴蚀破坏。液压油的堵塞和气化,使油流不畅,致使热量不能及时带走、散发,这反过来又进一步加剧了油液的温升,造成了恶性循环,最终导致故障。油液污染会使系统工作不正常,常出故障,元件磨损加快,寿命缩短直至损坏。具体危害如下污染物会加速泵的运动零件的磨损,导致液压装置内泄漏增加,造成泵的容积效率降低,机械效率降低,元件寿命缩短,动力利用率低下,最后导致执行元件运动减慢污染物会使阀的滑动零件被磨损,控制阀磨损,则导致执行机构定位精度差,泄漏增加,进而导致系统过热。污染物沉淀使滑阀粘结,从而导致电磁线圈失效,阀芯粘结可能产生大的冲击负载,进而损坏软管、管件、接头以及其他部件污染物会使节流口和压力阀的阻尼孔时堵时通,引起系统工作压力和速度不稳定、动作不灵敏污染物会加速密封件的损坏和缸筒或活塞杆负载能力降低,还会使缸的缓冲失灵污染物会把滤网堵死,使泵吸油困难而吸入空气产生噪声、并使泵发热污染物会把阀芯卡住,使阀动作失灵,造成事故油液混入水分使油变质,这不仅腐蚀机件和影响聚氨脂橡胶密封件的性能,同时,由于油膜变化会使工作台运行时产生“爬行”。3简易测定液压油污染变质的方法在科研单位或实验室里，检测油液污染变质又很多科学可靠的方法。例如定性、定量分析法；过滤称重法；颗粒计数法等。但是有些施工现场不具备这样的检测条件，只能凭经验目测评定，或采用个写简易方法测评油液的污染程度，并据此决定是否更换液压油。1）对固体和液体污染物的测定。常采用如下简易方法类比法取系统中的油液与纯净新油作比较，通过“一看，二闻，三摸“来估测油液的污染程度。一看，即看液压油的颜色变化。凡变淡或变成乳白色，说明液压油已混入了空气、水或其他液体；变黑色，说明油液已反应变质，生成沥青类杂质；又沉淀物，且沉淀物中有小黑点或亮点，说明混入了金属磨屑或粉尘等固体