磁流变电液系统的机械优化设计与运动控制研究 - 机械自动化类

磁流变电液系统的机械优化设计与运动控制研究 - 机械自动化类 磁流变电液系统机械优化设计运动控制第1章绪论在主动系统应用中,磁流变阀控征系统是一种典型的磁流变电液系统。在这种系统中,通过控制磁流变阀中磁线圈的电流信号以改变复流变液的磁场环境,从而产生阻力,实现流速控制,液压板因此产生运动或停止。此外,通过设计磁流变阀回路系统,协调控制4个阀的电流信号,可使执行器产生双向运动。通过反应液压位置信号,并进行算法控制,可以实现液压缸的精密定位。这种磁流变电液系统的优点主要是:无运动部件,减小了传统机械阀的复杂性,解决了噪声大和耐久性短的问题;由于控制方式是基于磁流变液的流变特性,所以响应时间快、可控性高;采用桥式磁流变阀系统控制液压缸,可以实现速率/方向光滑平稳的调节。磁流变阀的鼓励压降性能与响应时间直接影响磁流变电液系统的性能,因此是系统中最重要的元件。MR阀主要由线圈、阀体等元件构成,是一种无运动阀的流量控制阀。MR阀的控制原理主要通过改变鼓励线圈的电流来改变流体流动性,形成压差,从而改变流速或提供阻尼力。与电磁阀相比拟,MR阀没有运动阀患,所以响应会更高,且噪音低、,本钱低,易于控制。.第2章磁流变电液系统的优化设计与建摸2.1变电液系统的结构远离本课题提出的磁流变电液系统如图2.1所示。主要有电源、设量成惠斯通桥式回路的阀系统、双出杆(或单出杆)液压缸、数据采集系统、计算化控制系统五局部组成。电液系统中充斥着磁流变液,并以其为能量传递介质。通过调整鼓励电流的大小改变阀系统中四个MR阀流道中的磁场环境,从而改变磁流变液的流动特性。该系统便是通过改变四个MR阀的流速大小从而改变液压缸执行器的运动特性。现分别对系统各元件的原理、作用及和其他部件和连接方式进行表明:1.聚源:由异步三相交流电机和齿轮组成,冢源的输出排量由轮聚的单转排量和转速决定,通过变频器设置电源频率可调整电机转速,系源即以定的排量向系统中输出具有一定压力的磁流变液。 2.2磁流变电液系统的优化磁流变阀是磁流变电液系统中的关键部件,其进出口压差、响应时间、能耗等性能直接决定着整个系统的效率、运动特性及精密控制的效果。因此对磁流变阀进行优化有着十分重要的意义。在诸多性能当中,进出口压差的可调范围是最重要的,也是近年来对磁流变阀研究的核心课题。进出口压差即压降有两局部组成:鼓励压降和液阻压降。鼓励压降是由于外界磁场引发磁流变效应而产生的流体阻尼而产生的,与我们加载的鼓励电流有关;液阻压降是由流体本身流动时产生,与是否有磁场环境无关,只与流道的长度、形状、流体等因素有关。第3章磁流变电液系统性能分析.353.1系统的根本性能分析.353.2单向运动性能.373.3速率控制分析.41第4章磁流变电液系统的自适应鲁棒位置控制研究.554.1控制器设计难点与策略.554.2自适应鲁棒控制策略.56第5章磁流变电液系统的实验计划设计.755.1实验计划设计.755.2系统元件牲能计算与选型设计.77第5章磁流变电液系统的实验计划设计5.1实验计划设计本磁流变电液系统选捧液压动为单元作为系源提供流速,液压动为单元集成性高、易操作,由油箱、齿轮系、交流电机、溢流阀和简单的液压回路组成。系出口处设置有蓄能器,以缓冲磁源排量冲击,通过流量传感器测量进入阀控缸系统的流速。阀1、阀4一端与聚源出口连接,阀2、阀3端与油箱连接,阀1、阀2与双出杆缸的三腔连搂,阀3、阀4与L腔连接,在三腔、L腔进/出油口处设置有压力传感器。在活塞杆一端设置有连接件与位移传感器接头固定连接,同步运动。在活塞杆端部设置有负载从供测试运动牲能。位移传感器、压为传感器、流量传感器采集到的信号通过模拟输入/数字输入板卡输送到上位机进行读取,并输送到RealTime下位机中,通过控制器的计算将运算得到的控制率输送到比例放大版上,经电流放大,分别加载到4个磁流变阀中,实现闭环控制。5.2系统元件性能计算与选型设计磁致伸缩是某些特定金属(如铁基合金等)在不同的磁化作用下产生尺寸变化的现象。滋致伸缩位移传感器便是利用这种性质,通过计算两个不同磁场相交而产生的应变信号进而精确测量位置信号的绝对式位移传感器。传感器主要由磁环、波导管、电子室等部件构成。波导管内含有磁致伸缩材料制成的敏感测量元件。当磁环在波导管上运动时,从电子室发出的电流脉冲在波导管周围产生磁场与磁环周围的磁场相交,导波管内的元件由于磁致伸缩效应便会产生机械波脉冲信号传回电子室。电子室便会检测到发回应变信号的时间,应变信号在波导管中传播速度始终为音速。因此,此时的位置信号便可通过测量的时间和传播的速度计算得到。.第6章总结与展望本文首先针对目前臣有磁流变由液系统存在缺乏之处加以优化并建立模型。一方面利用本课题组以往的研究成果,在磁流变阀结构中增加环部件降低被动压降,通过无量纲优化设计办法,以鼓励压降为主要优化目标并设立次要目标和约束范围,求得尺寸参数的最优解。另外利用四个阀的协调控制将系统的工作模式改为单向、双向、减速和静止模式,为执行器的速度调节建立根底。对优化后的系统建立数学摸型,包括磁流变液、磁流变阀、液压虹、系统压为流速模型以及系统分析模型。为验证优化后系统的性能和模型的正确性,利用有限元和数学分析办法对磁流变阀、磁流变液等系统根本元件进行性能仿真。按照系统工作模式分别对单向运动、双向运动、速度调节的输出性能进行仿真,并分析不同的鼓励对运动性能的影响。并针对不同的应用环境,对系统的综合性能和系统效率进行了论述。.参考文献略