大功率液压机械传动系统的高效节能控制方法研究

当前节能控制方法通常通过建立大功率液压机械传动系统的准确数学节能控制模型实现,但在实际应用中,被控对象的准确数学模型很难建立,不仅效率低下,且影响节能控制性能。为此,提出一种新的大功率机械传动系统的高效节能控制方法。介绍了典型的大功率液压机械传动系统图,获取大功率液压机械传动系统在以外界负载为输入,以负载转速为输出的传递函数,得到通过控制发动机转速可达到节能控制目的的结论,在此基础上,通过具有自学习和自适应能力的单神经元建立单神经元自适应智能节能控制器,对大功率液压机械传动系统进行高效节能控制。实验结果表明,所提方法节能控制性能优越,且效率高。     

大功率液压机械传动系统的高效节能控制方法探讨

高效节能控制方法,可有效降低机械系统做功损耗,提升资源利用率,是现代机械产业开发的主要趋向。基于此,本文主要以大功率液压机械传动系统为例,探究高效节能控制的实践策略,以达到充分发挥技术创新优势,提升机械产业运转动力的目的。     

挖掘机单神经元比例-积分-微分节能控制系统

从节能角度考虑，通过对液压挖掘机功率匹配的分析。提出了将液压泵的功率曲线设定在发动机的功率曲线之上的功率匹配方法．随着负载压力的变化，主控制器对液压泵的排量进行控制，使液压泵能够完全吸收发动机的功率，保证了发动机始终在设定的转速下运行。实现了发动机功率充分利用和节能的目的．研究了单神经元比例-积分-微分(PID)控制器在节能控制系统上的应用，试验结果表明，文中提出的功率匹配方法可行，单神经元PID控制器能够根据不同的环境和作业工况进行参数自调整，具有自适应的能力．研究结果为进一步研究开发智能化挖掘机提供了依据．     

闭式泵控马达液压系统效率研究

闭式泵控马达液压调速系统具有效率高、结构紧凑、油液不易被污染等特点,现已被广泛地应用于大功率的工业场合。为了分析闭式泵控马达液压系统效率,文章以设计的闭式变转速、变排量大功率泵控马达液压调速系统为研究对象,建立了泵控马达调速系统的效率计算模型和2种调速系统的AMESim软件仿真模型。仿真与实验研究结果表明,在相同的负载工况条件下,闭式变转速泵控马达液压系统效率始终要比变排量的高,在高速、重载工况下两者效率接近,在低速、轻载工况下变转速泵控马达调速方式节能效果更明显。     

采煤机液压混合动力截割传动系统的设计

基于差动行星齿轮调速原理,设计了一种截割转速可调的采煤机液压混合动力截割传动系统.根据系统组成,建立了关键元件的数学模型及控制方法.以AMESim软件为平台,分析了液压马达和滚筒的动态特性以及液压混合动力系统的缓冲性能.结果表明:所设计的液压混合动力截割传动系统能够调节采煤机的截割转速,在复杂煤层下比传统恒速截割采煤机具有更好的截割性能;液压马达及滚筒响应速度快且能够准确跟踪目标转速,液压系统可以缓和突变负载产生的冲击.     

基于Matlab的无刷直流电机自适应控制系统的研究

在分析无刷直流电机(BLDCM)的数学模型的基础上,建立了控制系统的Simulink仿真模型,提出了无刷直流电机调速系统单神经元自适应控制方法.该方法在调速系统中,电流环采用滞环电流控制,转速环采用单神经元自适应控制器控制,实现了双闭环自适应控制的调速系统.仿真结果表明:这种新型的控制方法响应快、无超调、鲁棒性强,较传统PID控制具有更好的动、静态特性.     

基于单神经元复合整定的多余力抑制

分析结构不变性原理与同步补偿的优缺点,建立加载系统的线性化模型,研究系统在干扰状态下的幅频特性,并针对电液负载模拟器位置同步补偿方法自适应能力的不足,提出一种基于单神经元的复合整定方案.该方案利用单神经元整定同步补偿环节中的增益系数,并通过复合算法对单神经元输出进行修正,以弥补整定过程中因系统幅频特性导致的震荡.研究结果表明:该控制方案实现了在不同频率变化下系数的最优整定,多余力被有效抑制.该方案优于传统的前馈补偿方法,整定迅速,且结构简单,自适应能力强,具有实际意义.     

液压机械传动装置模式切换滚动协调控制

为提高液压机械传动装置(HMT)模式切换过程稳定性,提出了一种HMT模式切换滚动协调控制方法。该方法通过对HMT模式切换原理分析和切换过程模型建立,制定了基于模型预测控制的模式切换机构转矩和液压调速系统排量比调节的滚动协调控制策略;以减小HMT输出转速误差和车辆冲击度为目标,设计了具有状态约束的滚动协调控制器。仿真和试验结果表明,与未采用滚动协调控制方法相比,该方法可减小模式切换过程输出转矩、转速波动,动载荷降低32.9%,冲击度减小37.31%,模式切换时间减少0.28s,且排量比调节使得模式切换前后稳定输出转速基本保持一致,对模式切换过程有较好的控制效果,切换品质得到较大提高。研究结果对液压机械传动装置的实际工程应用具有一定的参考价值。     

基于单神经元自适应PID的PLC直流电机控制系统

针对微型计算机和单片机进行直流电机控制时,抗干扰能力和可靠性差等缺点,提出了一种基于单神经元PID(Proportional-Integral-Derivative)算法的PLC(Programmable Logic Controler)控制直流电机的调速系统,设计了PLC控制D/A(Digital/Analog)转换电路、直流电机驱动电路、转速脉冲反馈电路,研究了单神经元自适应PID控制算法。将有监督单神经元控制算法应用于直流电机调速系统,通过调整神经元控制器的加权系数,实现自适应PID的最优控制。单神经元PID调节在大范围调速和抑制超调方面都有明显的改善,进而提高了直流调速系统的精度。通过系统动态测试,实现了PLC控制直流电机正反转自动调速,直流电机在稳态运行时,转速误差小于1 rad/s。     

静液传动履带车辆转向神经元自适应PID控制

为实现静液传动履带车辆快速稳定转向,且转向轨迹可控,基于双侧轮边液压驱动结构特点,提出了转向时外侧马达排量采用压力、发动机转速双参数控制,内侧采用神经元自适应PID控制以跟随外侧的转向控制策略. 在Matlab/Simulink中建立了包含基于S函数的神经元PID控制器和综合控制策略Stateflow模块的整车模型,对转向控制进行仿真分析,阶跃输入时,神经元PID比传统PID控制能有效抑制系统超调量,加快系统响应速度;不同转向工况仿真结果表明:神经元PID控制具有较好的目标跟随能力,提高了系统的实时性和鲁棒性,使得静液传动履带车辆具有良好的转向性能.      

免疫单神经元PID控制在永磁交流伺服系统中的应用

针对传统PID调节不易在线实时调整参数,难以有效控制复杂和时变系统的不足,以及单神经元PID控制不能实时调整增益、响应慢的缺点,介绍了一种通过免疫反馈机理实现增益自调整的单神经元自适应PID,并将其应用于永磁交流伺服系统.系统转速环控制器采用基于单神经元的自适应PID控制算法,实现PID参数的在线实时调整.在单神经元中引入免疫反馈机理,实现增益自调整,提高其响应速度.仿真和实验结果表明,该算法可以在一定程度上增强系统的抗扰动能力,改善系统的速度控制效果,使转速的超调更小、振荡减弱、响应速度加快、稳态误差减小,提高了系统的动态和稳态性能.     

无刷直流电动机自适应神经元模糊控制系统

针对电动汽车用无刷直流电动机负载波动较大的特点,采用自适应神经元模糊控制策略设计自适应神经元模糊速度控制器,以此提高系统抗负载变化的能力.模糊逻辑控制能够有效地利用语言信息,其控制规则容易表达,可用单神经元的在线学习能力实时调节模糊逻辑变量的权系数,利用离线学习能力补偿传统模糊逻辑控制所产生的系统偏差.理论和仿真研究表明,据此设计的控制系统具有较强的带负载能力和很好的抗负载变化能力,达到了预期控制效果.     

多级压力源切换负载口独立控制系统能耗特性实验研究

在多级压力源切换系统的基础上,结合负载口独立控制技术提出了两级压力源切换负载口独立控制系统。首先给出了该系统的组成原理,提出了在阻抗工况下的位置-压力复合控制方法以及在超越工况下的单腔位置控制方法;其次采用机理建模的方法,建立了包含泵源、阀矩阵、比例阀、执行器、负载及蓄能器能量回收的能量传递模型;最后搭建实验系统对该系统能耗特性进行了实验研究。实验结果表明:与传统单压力源液压控制系统比较,两种系统位置控制精度相近,且两级压力源切换系统在阻抗工况下具有节能潜力,并在超越工况下具有能量回收的功能;在阻抗工况,两级压力源切换系统的输入总功比单压力源系统节能约10%,在超越工况时能够回收并储存负载所做功,不同工况下的回收率均在70%以上,从而验证了该系统在控制与节能方面的可行性。     

非线性大滞后系统的单神经元模糊预测控制

提出一种单神经元模糊预测PID控制策略,无需对复杂控制过程建立数学模型,只要检测过程的实际输出和期望输出,通过模糊预测控制修正单神经元PID控制规则,即可对非线性大滞后系统实现自适应控制.对于大滞后扰动系统,在稳定性、快速性、鲁棒性方面明显优于常规单神经元PID控制器.仿真结果表明,该方法应用于非线性大滞后系统具有良好的控制品质.     

基于液压变压器的直线执行机构的节能研究

液压变压器在理论上能够无节流损失地控制直线执行机构的运动速度,而且能够回收负负载的能量,为了提高液压变压器的能量利用效率,文中设计了节能系统的总效率模型,以总效率最高为目标,采用优化算法计算出液压蓄能器容积的数值,分析了气体压力在回收能量过程中的变化曲线,完成了对液压蓄能器的参数匹配;建立了节能系统的Simulink模型,采用模糊PID控制策略对负载下降时的运动速度进行控制。仿真结果表明,该控制策略能够很好地实现对负载运动速度的控制。     

大功率液压马达速度伺服系统的控制方法研究

本文针对大功率液压转速系统快速调节这一要求,采用旁路控制的液压泵-马达速度伺服系统,当系统受到负载的阶跃扰动时,系统的参数随之发生急剧变化,使该系统具有快时变特性。作者根据系统的特点,采用人工智能中的知识工程方法及模糊控制方法,取得了满意的结果。     

反演单神经元PID复合控制在伺服系统中的应用

针对火箭炮位置控制中存在的转动惯量和负载力矩变化大、冲击力矩强等特点,提出了一种反演单神经元比例-积分-微分(PID)复合控制方法。单神经元PID控制可对传统PID控制器的比例、积分、微分系数进行在线调整,实现了系统的自适应控制。反演算法可使较大的系统误差快速收敛到设定值以内,提高了系统的自适应能力。仿真及实验结果表明,该文复合控制方法具有更好的稳定性和动态跟踪精度。     

作业型ROV推进器动力学建模与响应分析

为研究深海作业型遥控水下机器人（remotely operated vehicle,ROV）液压推进器控制系统的动力学响应特性,建立了一种考虑螺旋桨动态负载影响的伺服阀控制液压推进器动力学系统的数学模型,提出一种伺服阀控制液压推进器的马达流量、压力、扭矩、转速、螺旋桨转矩和推力的求解方法.通过数值仿真,分析了不同控制电压下伺服阀、液压马达和螺旋桨的动态响应过程及特点,建立了推力分配方法中推力简化约束模型,并得到了期望推力和推进器控制电压之间函数关系的数学模型.与推进器水池试验结果相比,本文仿真结果准确可信.这种完整和准确的液压推进器动力学系统的数学模型,对实际水下机器人和动力定位船舶的运动控制方法、推力分配策略及推进器控制的研究,具有一定的指导意义和工程价值.      

基于预测自适应的永磁同步电机无传感器控制

针对传统永磁同步电机无传感器控制动态性能差和转速信号观测精度低的问题,设计了新型永磁同步电机无传感器控制方法.文章采用在线梯度下降法设计二阶线性扩张状态观测器,该二阶线性扩张状态观测器能够在永磁同步电机负载扰动或转速突变情况下准确快速对电机转速实时估计;同时将预测自适应滑模控制系统应用于转速环节,通过预测自适应估计永磁同步电机扰动变化量进行实时电流补偿.仿真结果表明:二阶线性扩张状态观测器能够对转速准确快速实时估计,且抗干扰能力强;预测自适应滑模控制策略有效缩短电机速度响应时间,显著削弱电机转速、电磁转矩的抖振,表现出良好的动态性和鲁棒性.     

盾构机刀盘回转系统恒功率自适应控制

为提高盾构机刀盘回转系统的工作效率和系统稳定性,采用简化刀盘回转液压系统模型,建立刀盘回转液压系统数学模型.分析了刀盘回转载荷,确定了液压系统负载扭矩计算模型.采用变论域方法建立基于变论域模糊PID的刀盘回转液压系统自适应控制算法.对刀盘扭矩施加线性变载荷和随机载荷进行控制系统的仿真实例研究.研究结果表明:在掘进系统刀盘扭矩增加时,所提出的控制系统可随时调整刀盘旋转速度以实现系统总功率的平衡,并可降低刀盘转速调整过程的超调量和调整时间.研究结论为盾构机刀盘回转液压系统的设计和改进提供了理论依据.