电液比例变量泵液压测试系统设计及3D建模 开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告（含文献综述、外文翻译）题 目 电液比例变量泵液压测试系统设计及3D建模姓 名 学 号 专业班级 机电090X 所在学院 工程学院 指导教师（职称） 二一三年三月五日毕业设计（论文）开 题 报 告（包括选题的意义、可行性分析、设计的内容、设计方法、拟解决的关键问题、预期成果、设计进度计划等）电液比例变量泵液压测试系统设计及3D建模1. 选题的背景和意义1.1选题背景 在液压传动及控制技术的发展过程中，电液伺服控制和电液比例控制是相继出现的两大重要分支。但电液伺服阀对环境的要求十分苛刻，因此自六十年代末期开发了各类电液比例控制阀，可靠的电机械转换器及专用的控制放大器。利用这些元件，首先是构成一些开环控制的电液比例控制系统，其次采用相应的检测元件构成闭环控制系统3。七十年代以来， 容积式泵控系统以其工作效率高的技术优势在机床、工程机械、轻工机械、船舶、航空、航天等领域得到了较为广泛的应用。电液比例变量泵以其较好的动态特性和较高的稳态精度以及较低的成本已逐步发展成新一代变量泵并得到了不断扩大的应用。而且因其较好的节能性能及比例控制功能而愈发广泛地应用于机电领域5。随着工业控制的精度和自动化程度的不断提高，特别是近年来传感和检测技术的不断发展以及大规模集成电路功能的不断完善，电反馈电液比例变量泵应运而生，使电液比例变量泵调节能存了大幅度的提高，随着电液比例技术的发展以及各类电液比例变量泵的开发成功，国内对电液比例变量泵据出了更高的要求。这不仅要求它们具有较高的动态响应恃性和稳态控制精度以实现模拟或计算机控制，而且要求它们能够在较为苛刻的条件下安全可靠地工作。通常泵本体部分经长期工程应用的实际考核，基本上能够满足可靠性要求。而比例控制器件虽然经多年开发研究，在技术上也比较成熟，但仍然未在大量工程应用中经过各种复杂工况的考核，因此在应用安全及可靠性程度的要求下还需进行电液比例变量泵液压测试系统设计及3D建模，以解除系统正常运行的后顾之忧。1.2选题意义本课题主要以电液比例变量泵的测控系统为研究对象，并对测试中的液压系统进行设计及3D建模，其中电液比例变量泵是液压传动与控制中关键的动力元件，可与液压马达或液压缸直接连接，构成高效节能的液压容积控制系统，实现驱动负载的位置、速度、力、转矩以及功率的自动控制。电液比例变量泵促使液压系统向高压、高效率、高功率密度、高精度、高集成化方向迈进3。通过对它额定流量、最大转速、最大压力、温度进行测试评估以确定其应用安全及其可靠性。2可行性分析1、技术层面。通过对电液比例变量泵的性能测试原理的研究，目前，在技术原理上已不存在什么太大的难点，主要在电液比例变量泵液压测试系统中加入合适的溢流阀、节流阀和单向阀等就可以对整个系统流量的控制和调速及压力计算。并通过在负载的模拟测量和计算。2、个人层面。在此设计之初，本人已完成对其液压系统所需的零配件数量和种类的初步选定以及按照指导老师推荐的参数和型号进行详细列表陈述如表2.1。并检索与此次设计的论文相关的参考文献，以提供理论基础。目前对要测试的系统已设计好液压原理图如图2.2。目前主要存在应对液压原理图对各个液压阀进行计算选配以及装配完成后对其进行3D建模。还需要本人自身对Pro/E三维软件的扩展练习。图 2.1 比例变量泵测试液压原理图3设计内容3.1 设计的工作路线课题从论文题目的选定后，要完成方案设计，液压原理图的设计，对系统进行设计和计算各个最大压力及流量，液压系统元件的选型，完成3D建模。3.2 设计的主要内容(1)、进行论文题目的审定和论证可性行及时间安排：该阶段主要由指导老师和本人共同完成。对于选题的适合难度和本人需要完成该设计掌握的软件技能提出要求，并对于制作顺序做出指导，对完成效果做出预期。(2)、进行文献筛选和设计需要测试的液压原理图：该阶段主要由本人完成。本人需要在浙大图书馆，网上浙大图书馆以及类似网站如知网，万维网等阅读大量相关文献资料找出有关本论的10余篇可进行理论支持的参考文献，具体将在参考文献中列出。而后通过找到的参考资料中和指导老师给予的帮助下首先得完成此次测试系统构建的原理图，并将结果交由导师检查审核。(3)、根据审核后的液压原理图对整个网络进行数学计算完成各个方面的最大压力及流量计算：该阶段主要由本人完成。拿到审核后的液压原理图，运用暑期实践老师所教知识由泵出发根据负载要求对于整个网络进行数学计算，计算各个液压阀和管道所需最大油压和最大流量，以便完成液压阀及其管道的选择要求。(4)、根据计算后的各个数据选择液压零部件并完成液压系统Pro/E的3D建模：该阶段主要由本人完成。根据指导老师审核后的液压原理图，开始在网上各个液压阀等网站开始寻找合适此原理图中及计算后最大压力流量的液压零配件，并通过该液压阀的型号建立3D模型。3.3 拟解决的关键问题。主要关键点主要由：(1)、此次液压原理图的制定和审核，该部分已经基本完成；(2)、因整个液压网络需要进行必要的理论计算，对此要非常严谨和认真因为只要一个小小的错误就会导致之前和之后的一切努力都白费，都得重新来过，所以这是最为严峻的一步；(3)、3D建模和系统的测试，这是最后一步，当然也是关键点，这是需要得出结论的也需要认真不能有差池。4设计方法（1）涉及的相关课程 本设计论文涉及性极广涵盖许多知识，也是颇为难度的设计性论文，基本包括液压原理，方法论的建立，数学计算等。（2）设计的主要方法1) 运用AutoCAD，结合液压系统设计基本知识，进行液压系统原理设计，并绘制液压系统原理图；2) 运用Pro/E工具，结合模块化建模的方法，进行液压元件建模，液压阀块设计，以及液压系统管路的设计；3) 选择模拟设计要求：工作方式，回路安全与可靠性，负载的选择标准等；4) 负载分析与速度分析：小缸负载速度分析，负载分析，速度分析，大缸负载速度分析，负载分析，速度分析；5) 5、确定液压缸的主要参数，小缸的主要参数，液压缸的工作压力，液压缸的结构参数，小缸其他参数，大缸的参数选择；6) 电液比例变量泵液压系统原理图和原理说明，原理简化图，工作原理；7) 液压元件的选择，油管的选择，压力计的选择，溢流阀的选择，接头的选择，密封原件的选择，油箱和过滤器的选择，过滤器的选择，元件一览表；8) 热处理和散热分析。（3）设计的主要工具 Excel、AutoCAD、Pro/E软件等，Excel主要是数据处理和图表的制定，AutoCAD主要是液压原理图的制作，Pro/E软件主要是测试系统的3D建模5预期设计成果(1)、AutoCAD的液压原理图，1张(2)、电液比例变量泵液压测试系统的三维模型，1套（包括油箱设计、阀块设计、管路设计等）(3)、毕业设计论文，一份6设计工作进度计划第一阶段：第七学期第1112周（2012.11.192012.11.30），检索并查阅参考文献；第二阶段：第七学期第1319周（2012.12.032013.01.19），液压原理图的制定和审核；第三阶段：第七学期的寒假（2013.01.202013.02.28），开题报告和文献综述的撰写；第四阶段：第八学期第0102周（2013.3.042013.03.15），根据审核后的液压原理图对整个网络进行数学建模完成各个方面的最大压力及流量计算；第五阶段：第八学期第0307周（2013.03.182013.04.19），根据计算后的各个数据选择液压零部件并完成液压系统Pro-E的3D建模；第六阶段：第八学期第0809周（2013.04.222013.05.10），根据3D模型和各个液压数据进行本论文主题对系统的测试体构建；第七阶段：第八学期第1011周（2013.05.132013.05.31），整理各个数据和实验测试结果，完成毕业论文的，初步撰写，交由导师分析审核，最后将毕业论文稿最后定论完毕。毕业设计（论文）文 献 综 述（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）电液比例控制技术的研究1. 国内外研究现状 1.1 国外研究现状电液比例变量泵是液压传动与控制中关键的动力元件，可与液压马达或液压缸直接连接，构成高效节能的液压容积控制系统，实现驱动负载的位置、速度、力、转矩以及功率的自动控制。电液比例变量泵促使液压系统向高压、高效率、高功率密度、高精度、高集成化方向迈进。对于电液比例变量泵的研究在国外还是非常先进。通过大量地阅读外文资料发现对于电液比例变量泵的研究在国外已经非常普遍和深入，其中文献16对柱塞式比例变量泵的数学建模及神经网络在其控制器中的应用进行了研究，文献17对泵的双闭环控制策略及单闭环控制策略进行了对比研究，文献18对模糊自适应控制在泵控制器中的应用进行了实验研究等。它们主要针对的是泵的流量控制性能；但在泵的工作模式选择上，其提出通过比较压力及流量误差大小来选择控制模式，但因泵的控制系统比较复杂，PID 控制器难以实现较好的控制性能。当泵工作在压力控制模式下时，流量变化容易导致压力振动，PD 控制器无法消除流量变化造成的误差。针对这个问题，又提出了外闭环采用PID 控制的双闭环控制方法，并建立了可根据工作模式自动调整控制参数的控制器。通过仿真及试验可以发现，新提出的控制方法与PD 双闭环控制法在快速性、稳定性上相近，并可有效消除流量变化带来的误差。以上研究方面可以看出在国外研究的现状已经优越与国内的电液比例变量泵的发展。所以在国内电液比例变量泵的制造和研究基本在于仿造国外的现有产品。以便可以进一步创新和发展。我们正是站在巨人的肩膀上谋求发展。1.2 国内研究现状对于电液比例控制技术，国内不仅己开展研究而且己经达到广泛的实际应用，但目前国内的制造和技术还落后于国际水平。我国电液比例技术到20世纪70年代中期开始发展，在国内的应用、尤其在工程机械上的开发应用才刚起步。总的来看，我阚电液伺服比例技术与国际水平相比有较大差距，主要表现在：缺乏主导系列产品，现有产品型号规格杂乱，品种规格不全，各类比例泵、比例阀等，国内设计生产的品种少，并缺乏足够的工业性试验研究；在控制技术方面，自动化程度不高，性能水平较低，品质不稳定，可靠性较差等，都有碍于该项技术进一步地扩大应用，急待尽快提高。2研究方向在液压传动及控制技术的发展过程中，电液伺服控制和电液比例控制是相继出现的两大重要分支。（1）电液伺服控制的研究：电液伺服技术首先用于航空，进而用于一些重要的工业设备的自动控制，现已成熟。但电液伺服阀对介质清洁度的要求十分苛刻，制造成本高而且价格昂贵，系统的能耗大。（2）电液比例控制的研究：自60年代末期开发了以传统型液压阀为基础的各类电液比例控制阀、可靠的电一机械转换器及专用的控制放大器。利用这些元件，首先是构成一些开环控制的电液比例控制系统，其次采用相应的检测元件构成闭环控制系统。由于液压技术的不断进步和设备使用要求的不断提高，变量泵采用了很多新技术和新工艺，其出口压力和流量也相继提高，因此要求变量泵测控系统在精确、兼容性以及稳定性方面进一步提高。电液比例变量泵以其较好的动态特性和较高的稳态精度以及较低的成本已逐步发展成新一代变量泵并得到了不断扩大的应用。3进展情况（1）电液伺服控制的研究进展：国内电液伺服试验机的发展按照产品发展时期的特点大致划分成两个阶段：即自主发展阶段和与国外合作发展阶段。自主发展阶段：二十世纪70年代末期到二十世纪90年代初期，国内的电液伺服试验机都是以自主开发为主。这个时期研制生产的电液伺服试验机的技术特点是：a.在测控系统，随着数字电路技术和计算机技术的发展，开始从模拟控制向模数混合式控制方向发展，并开始将计算机技术应用到控制系统中；b.应用了伺服同步技术，实现双缸系统的同步跟踪和精确定位；c.研制出低阻尼、高响应、长寿命的静压支撑动态伺服油缸；d.利用增压技术，实现高压无齿夹头和横梁预应力锁紧。以上这些技术特点在当时的电液伺服技术发展中，都是比较先进的。与国外合作发展阶段：进入二十世纪90年代，随着我国改革开放的步伐加快，国内试验机厂家与国外同行之间的联系更加密切，双方为了各自的利益开始寻求合作的途径。这段时期是我国主要几家试验机厂寻求与国外合作的时期。这个时期的电液伺服试验机的产品品种也是最繁杂；有国内自主产权的产品，有引进技术合作生产的产品，还有国外技术国内生产产品。在国内试验机市场展开了一场较量。国内试验机行业进入与国际合作发展时期后，在面对国外先进技术的同时，并没忘记自身技术的提高。在这方面国内的很多优秀企业始终是坚持两条腿走路。一方面是大胆的引进国外的先进技术，走技术合作的道路。另一方面是借鉴先进的技术，不断的提高和完善自主知识产权的产品，用国外的先进技术带动自身的产品一起提高。随着电液伺服技术的成熟，国内试验机厂家利用电液伺服技术开始从单纯的材料试验向更广泛的多应用试验领域方向发展。在这个时期研制生产的电液伺服试验机的特点：国内电液伺服试验机的品种繁多，不仅丰富了国内电液伺服试验机的市场，同时也提高了自主产品技术的水平。国产测控系统方面，随着单片机技术和计算机技术的发展，开始向总线化、模板化技术发展，并逐步提高计算机在系统中的控制比重。在伺服协调控制技术方面有所突破，利用该技术成功的开发出国内第一台“电液伺服双轴四缸试验机”，其中心定位精度小于0.03mm。（2）电液比例控制的研究进展：从1967年瑞士布林格尔公司生产KL比例复合阀起，到20世纪70年代初日本油研公司申请了压力和流量比例阀二项专利为止，是比例阀的诞生时期。这一阶段的比例阀，仅是将比例型的电一机械转换器(如比例电磁铁)用于工业液压阀，以代替开关电磁铁或调节手柄，阀的结构原理和设计准则几乎没有变化，大多不含受控反馈闭环，其工作频宽仅在15 Hz之间，稳态滞环在4一7之间，多用于开环控制。19751980年间，比例技术的发展进入了第二阶段。采用各种内反馈原理的比例元件大量问世，耐高压比例电磁铁和比例放大器在技术上也日趋成熟，比例元件的工作频宽已达515 Hz，稳态滞环也减小到3左右。其应用领域日渐扩大，开环闭环均可适用。20世纪80年代以来，比例技术的发展进入了第三阶段。比例元件的设计原理进一步完善，采用了压力、流量、位移内反馈及电校正等手段。在80年代末、90年代初，随着电子技术的高速发展，比例技术出现了质的飞跃。除了因制造成本所限，比例阀在中位仍保留死区以外，它的稳态和动态特性均已和工业伺服阀无异。另一项重大进展是，比例技术开始和插装阀相结合，形成了80年代电液比例插装技术。同时，由于传感器和电子器件的小型化，还出现了电液一体化的比例元件，电液比例技术逐步形成了80年代的集成化趋势。同时电液比例容积元件，各类比例控制泵和执行元件也相继出现。因此，从电液比例技术的发展过程可以看出，电液比例技术发展到目前阶段，已经能用伺服比例阀替代传统的伺服阀，用于大多数的工业控制中。由于伺服比例阀在使用时对油液清洁度的要求只需NAS 79级，而价格又远低于相同参数的伺服阀，使其进入市场的竞争能力很强。从而采用新的伺服比例阀替代喷嘴挡板阀在工业领域是理所当然的事情，在国内推广也只是时间的问题，这将给用户带来明显的经济效益。4存在问题电液控制技术目前广泛应用的阀控原理，其最大的不足是存在大的节流损失，能量效率低。低能量效率不仅增大了系统装机功率，还引起系统发热，附加的冷却装置进一步增大了系统装机功率和成本，发热也是造成液压系统发生故障的主要原因之一。参考文献1丁海港，赵继云，赵亮A4VSO 电液比例变量泵的电液控制系统研究J机床与液压，2011，39（4）：70-722彭国鹏，丁玉海，周建华基于PQ控制的电液比例变量泵特性仿真及热分析J机床与液压，2010，38（15）：81-853丁英丽电液比例变量泵的测试J本溪冶金高等专科学校学报，2003，5（3）：21-224资新运，郭锋，王琛，邓成林电液比例变量泵控定量马达调速特性研究J工程机械，2007，38（7）：45-485徐磊，陶建峰，刘成良电液比例变量泵控制方法研究J中国测试，2010，36（4）： 1-46沙道航，李新忠钢坯修磨砂轮转速电液比例变量泵马达调节系统的研究J液压气动与密封，1997，4 21-237陆倩倩，魏建华，赖振宇基于虚拟仪器的电液比例变量泵自动测控系统J传感技术学报，2009，22（4）460-4708高翔宇，苏东海比例变量泵控马达系统的建模与仿真J机械工程与自动化，2009，5：44-469刘榛电液比例负载敏感径向柱塞变量泵控制的研究D兰州：兰州理工大学，200510赵亮液压提升机电液比例伺服系统研究D徐州：中国矿业大学，201111秦彦凯电液比例变排量轴向柱塞泵控制特性研究D太原：太原理工大学，201212张朋，贾跃虎，安高成电子控制变量泵的仿真分析J液压气动与密封，2012，（4）：23-2713 Frost SullivanResearch and Markets：Analysis of the North American Positive Displacement Pumps MarketJEnergy & Ecology Business，201214 Claire WArmstrong. Using history dependence to design a dynamic tradable quota system under market imperfections JEnvironmental and Resource Economics，2007，39(4)15 Mao-HsiungChiang,Chung-ChiehChen,Chung-FengJeffreyKuo.The high response and high efficiency velocity control of a hydraulic injection molding machine using a variable rotational speed electro-hydraulic pump-controlled systemJ.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology August 2009, Volume 43, Issue 9-10, pp 841-851.16 Chu MH,Kang Y,Chuang YF. et al. Model following controller based on neural network for variable displacement pump JJSME International Journal，2003，46（1）：176-178.17 Khalil MKB,Yurkevich V,Svoboda J，,et al. Implementation of single feedback control loop for constant power regulated swash plate axial piston pumps J.International Journal of Fluid Power，2002（3）：27-36.18 Bahr M K,Svoboda J, Bhat R B. Experimental investigation on swash plate axial piston pumps with conical cylinder blocks using fuzzy logic control C. International Mechanical Engineering Congress and Exposition ASME-ME2002.New Orleans，USA：November，2002：17-21.毕业设计（论文）译文及原稿译文题目 转速可调电液压泵控制系统的高响应和高效 率液压注塑机的速度控制原稿题目 The high response and high efficiency velocity control of a hydraulic injection molding machine using a variable ational speed electro-hydraulic pump-controlled system 原稿出处 Mao-Hsiung Chiang, Chung-Chieh Chen, Chung-Feng Jeffrey Kuo.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology August 2009, Volume 43, Issue 9-10, pp 841-851. 基于转速可调电液压泵控制系统的高响应和高效率液压注塑机的速度控制摘 要：高反应高效率速度控制液压注塑机（HIMMS）的要求，尤其是高新技术产业化进程，如光盘，磁盘，塑料光学透镜，导光板等。相反的阀控液压系统的问题，能源效率低而被广泛使用在今天的HIMMs，本文开发了一个高响应、高节能电液泵控系统驱动的可变转速交流伺服电机实现高响应和高效率的速度控制在HIMMs。恒排量的轴向柱塞泵结合交流伺服电机是在本研究为高响应电液压泵控制系统的HIMMs。为此，控制策略，符号距离函数模糊滑模控制（SDFSMC）是为了简化模糊规则库通过滑动表面的实际应用。研制出的高变转速泵控系统响应的电液控制SD-FSMC 实施和实验验证的速度控制各种目标和外部负载条件。此外，能源效率不同的实验进行了分析和比较精确的电力品质记录器用于测量电能消耗的交流伺服电机。1、简介液压系统具有高功率重量比和高鲁棒性的等，他们已被广泛应用在塑料注射成型机。然而，本液压系统在液压注射成型机（HIMMs）要求高响应、高能源效率的竞争与完整的电机驱动系统。高响应速度和效率高的要求，特别是对他产品的高新技术产业，如光盘，磁盘，塑料光学透镜，导光板，等。针对不同的液压回路，液压系统进行分类，如阀控液压系统和液压泵系统1。传统的阀控液压系统的执行机构，通过调节液压伺服阀，具有较高的反应，但低能量效率。一些研究的重点放在提高能源效率的阀控液压系统 2-7。Chiang et al 5-7调查的一体化控制的节能控制与伺服控制实现高响应、高节能的阀控液压缸系统，特别适用於塑胶射出成型机。节能控制包括负荷传感控制，不断的供应压力控制和恒定功率控制；伺服控制包含路径控制，速度控制和力控制。然而，集成控制是复杂和有限度的提高能源效率的影响由于孔液压伺服阀。能源效率的阀控液压系统可以提高节能控制系统；然而，它仍然是较低的泵控液压伺服系统由于孔作用的伺服阀5-7。此外，成本低的电液比例流量控制阀的基础上开发了开关电磁液压机8。泵控液压伺服系统具有很高的能量效率。Lovrec 9的适用性的速度控制的感应电机由变频器驱动的结合常数位移泵在出版社刹车系统。然而，传统的泵控系统，其位移改变变量泵或恒排量泵通过可变转速的电动机 5-7，9，有较低的反应。最近，高响应泵控系统驱动交流伺服电机的介绍。Helduser 10首先提出的概念，泵控液压伺服系统，驱动齿轮泵和交流伺服电机的变转速注塑成型机1995。Ruhlicke 11研究了位置控制非对称缸双泵系统采用交流伺服驱动具有可变转速的电动机，其定位精度约50米，仍然是不能令人满意的。Kazmeier不同12采用模糊控制研究变转速泵控系统定位控制的小功率最大330瓦特和小行程0.5毫米。Bildstein 13相比，他表现的泵控系统和变转速和变位移的位置控制飞行控制系统的空中巴士A321。Helduser 14开发电动静液压驱动采用交流伺服电机和恒排量齿轮泵节能电源和运动控制系统。Habibi and Goldenberg 15讨论了设计问题的电液执行器采用齿轮泵和电机。Helbig 16实现高效率和高响应速度和压力控制注塑机采用交流伺服电机和恒位移内部齿轮泵。从调查资料，交流伺服电动机结合内部齿轮泵主要是用于。此外，该调查高反应和高效泵控系统仍在发展。新的应用的高响应和高能源效率在不同的液压伺服机仍在发展。本文旨在探讨伺服性能高响应电液泵控系统由交流伺服电机驱动的可变转速HIMMs。不是内部齿轮泵中所讨论的参考资料，恒排量的轴向柱塞泵，具有更好的性能和效率比内齿轮泵，本研究使用。因此，新的泵控液压伺服系统与交流伺服电机和恒排量的轴向柱塞泵为研究HIMMs速度控制。为此，本文开发的智能控制策略，签署距离模糊滑模控制（SD-FSMC）。该SD-FSMC的优点结合起来的模糊控制和滑模控制等，可以简化模糊规则库，通过滑动表面，适合实际应用。研制出的高反应变转速泵系统控制的SD-FSMC实施和实验验证的速度控制各种目标和载荷条件。此外，能源效率不同的实验进行了分析和比较精确的电力品质记录器是用于测量电能消耗的交流伺服电机。2、布局的实验系统液压注塑机（HIMM），如图1所示，改装实验研究。此外，试验台与同规格的他是建立在研究的新的高响应、高节能电液泵控系统HMM验台在这方面的工作可以分为三个子系统，包括伺服液压缸的液压系统，供电系统，和基于PC的控制系统，如图2所示。规格的主要组成列于表1。液压伺服缸系统包含一个对称缸装有线性编码器的分辨率为0.1米液压动力供应系统，其中包括一个斜盘式轴向柱塞泵恒排量12毫升/转速与驱动采用交流伺服电机最大功率7千瓦，调整供应量流由转速控制的交流伺服电机。控制输入信号的交流伺服马达是从个人电脑控制器的采样时间为5毫秒，通过数模转换器和扩大由伺服放大器。速度信号产生的数字位置信号，测量的线性编码器反馈的PC部队的不同加载条件实验设置压力的减压阀DRV1和DRV2。3控制策略与控制器设计3.1设定距离模糊滑动模式控制常规的模糊控制理论包含模糊化，模糊规则，模糊推理和模糊化。在许多模糊控制系统，模糊规则库取决于控制误差和控制误差率。复杂的模糊推理规则和隶属函数。在控制器。力信号测量传感器和反馈到微机控制系统。因此，整个系统包含一个电液泵控系统改变的变转速伺服马达。整体电力供应给电液泵控系统是衡量电力品质记录器能源效率分析与比较。此外，该系统包括一个扰动，扰动缸，双阀，和一个齿轮泵，用在这里产生的外部干扰，减少模糊规则数目的模糊控制器，模糊滑模控制（设计），结合模糊控制理论和滑模控制的开发17。在本文中，签署距离模糊滑模控制18是用来设计的液压伺服控制器。在传统的模糊控制规则表，二维的斜对称性，和绝对星等的控制输入是成正比的距离主对角线的相平面。因此，签署距离介绍，这是距离从实际状态点的滑动表面的相平面。假设模糊滑动面被描述为在是正的常数。模糊滑动面= 0是直线的斜率的相平面17，19，20如图3。注意控制输入上面和下面的滑动表面有相反的迹象。图3说明了相平面签署距离模糊滑模面。让一个交汇点的开关线和线的垂直线的开关从一个点，确定设定距离一般为一点：因为迹象的控制输入单向是 0 和它的绝对星等是成正比的距离德尚的开关线= 0，可以得出结论认为，控制输入服务台的距离成正比德尚因此，模糊规则表可以建立在一维空间序列代替二维空间的平面，控制输入可通过秘书代替误差与误差速度图4说明了控制系统框图的SD-FSMC。由SD-FSMC，模糊规则的数目可以大大降低，容易调整。滑动面分为七部分的隶属函数集NB;NM;NS;ZR;PS;PM;PB，分别为。隶属函数为控制输入供定义为NB;NM;NS;ZR;PS;PM;PB。因此，而不是77模糊规则控制误差和误差率在常规模糊控制的sdfsmc，可以减少模糊规则为七个规则通过签署距离，如表2所示。步方法用于模糊推理和质心法用于解模糊化。让DS和ds7是最高和最低值，分别，在隶属函数集起来，如图3。之间的关系，签署距离和控制输入你可以被描述如下：21：3.2控制器的设计在这项研究中，变转速泵控系统控制的SD-FSMC实现速度控制。整体系统框图如图5所示。通过选择合适的模糊滑模面，缩放因子和参数，以及隶属函数和先进的控制输入，供为电液泵控调速系统可以决定。表3显示了设计的控制参数和隶属函数4、实验和讨论速度控制反应的高变转速泵控液压伺服系统驱动交流伺服电机和恒排量的轴向柱塞泵是执行的HIMMs使用SD-FSMC实验研究。为验证的可行性，高响应和高效率的电液泵控系统和实现需要的控制性能的HIMMs，速度控制是根据不同的控制条件，包括不同的目标速度和不同的外部负载的力量所产生的干扰的干扰系统通过设置气缸压力的减压阀DRV1和DRV2。控制信号的交流伺服马达是从个人电脑控制器。采样频率是200赫兹，和交流伺服电机的转速限制在2000转每分钟。根据限制的规范。最大速度伺服缸试验台在这个理论上是大约116毫米/秒，根据最大转速和位移轴向柱塞泵以及活塞有效面积不考虑泄漏液压缸。油的温度可以保持在30到40而不需要一个油冷却器。4.1速度控制在不同速度目标的承载力30千牛图6表明，实验结果的速度控制响应不同的目标，如20，50，和90毫米/秒，与不断的外部负载力30千牛。图6表明，上升时间的各种反应速度可以达到0.30秒，和沉淀时间可控制在0.44个不同的速度的目标。因此，高响应电液泵控液压系统验证。图6显示转速变化的交流伺服电机的速度控制过程是成正比的控制输入的速度控制器。图7图描绘放大的稳态误差可以控制在0.52毫米/秒，使性能优良的电液泵控伺服系统的速度控制精度可以澄清。比较业绩，包括上升时间，沉降时间，稳态误差，和时间点的稳态误差，在三个不同的试验条件是总结在表4。4.2能源效率的速度控制能耗的实验速度控制与承载力30千牛，如图所示，是本节中讨论。整体电源引脚提供给电液泵控制系统是直接测量的电力品质记录器。输出功率噘嘴的控制气缸可以被描述为输出力和速度的控制气缸，分别。输出力的直接测量负载细胞。转速反馈信号产生的数字位置信号测量的线性编码器。图8表明，变化的气缸的输出力的速度控制在90毫米/秒的速度。如图5所示。因此，供应电源引脚衡量电力品质记录器和输出功率计算式7的速度为90毫米/秒显示如图9。能源效率可以达到80%左右的稳定状态，如图10所示。此外，能源效率的速度控制实验50和20毫米/秒，也执行在图10。能源效率可以达到约76%和46%的速度控制实验50和20毫米/秒，分别。因此，能源效率的增加速度。能源效率可以达到76%以上的旋转速度的交流伺服电机是超过一半的额定转速。反之，低转速较低的能源效率，如46%的速度20毫米/秒，因为效率的交流伺服电机和液压泵的不同非线性与旋转速度，尤其是低效率表现在较低的转速范围。因此，高效节能的电液泵控伺服系统是证明。4.3速度控制恒定外载荷确定的控制性能根据不同的外部负载条件，试验速度控制下的三种恒定加载条件，如10，30，和50千牛，调查。图11表明，实验结果的速度控制响应90毫米/秒三恒载荷，包括10，30，和50千牛。图11显示的上升时间低于0.30秒的速度输出，和沉淀时间，除了可以控制在0.45秒三的外部载荷。因此，良好的高效性和高性能的电液泵控伺服系统响应的系统下的三个外部载荷的验证。图11显示旋转速度的交流伺服马达，是成正比的控制输入的速度控制器。此外，稳态误差，如图12所示，可控制在0.78毫米/秒的性能比较三种不同试验条件下的外部负载力总结在表5中，包括了上升时间，沉降时间，稳态误差，和时间点稳态误差。4.4速度控制步骤外部负载进一步验证的高效性，实验的速度控制步骤外部负载力10千牛对伺服缸缸的干扰干扰系统在此期间从三分之一，三分之二的实验持续时间的实施。图13显示了实验结果的不同速度目标的步骤外部负载力10千牛。为一步外载荷施加，速度控制器可以补偿扰动变化迅速在0.4和保持速度控制响应。然而，由于液压缸行程限制，即400毫米，实验90毫米/秒，仅为3秒，而不是6号实验结果说明，电液泵控伺服系统可以达到良好的反应和保持鲁棒性外部载荷步。5、结论1.本研究开发出一种新的电液泵控系统由交流伺服电机实现速度控制与高反应和高能源效率，而集成控制概念的阀控液压系统开发5-7是复杂和具有较低的能源效率。2.在新的电液泵控系统，恒排量的轴向柱塞泵是用来结合交流伺服电机由于更好的响应和效率，而不是内部齿轮泵在10-16。3.为实现更好的速度控制性能，签署距离模糊滑模控制，它简化了模糊规则和计算时间少，使用和验证实验。4.实验中的速度控制是不同的目标，如20，50，和90毫米/秒，与外载荷力30千牛，和恒定速度90毫米/秒三恒载荷，包括10，30，和50千牛。实验结果表明，上升时间的各种速度控制的反应可以保持在0.30以下，且稳定时间也可控制在0.44内的各种条件。显而易见的是，液压泵控伺服系统实现了性能的高响应和稳态误差小。5.为了分析能源效率准确，电力品质记录器是用于直接测量电能消耗的交流伺服电机等，效率的影响变化的交流伺服电机和液压泵以及液压泄漏泵可以被认为是完全。能源效率的液压泵控伺服系统的速度控制可以达到46%以上的目标的速度20毫米/秒，尤其80%岁以上的速度90毫米/秒很明显，电液泵控伺服系统实现高效节能。6.实验结果的速度控制步骤外部载入中证实，液压泵控液压系统可以进行良好的反应和保持高效性外部载荷步。7.新的电液泵控系统由交流伺服电机驱动的可变转速可同时实现高能量效率高，反应的速度控制液压注射成型机。The high response and high efficiency velocity control of a hydraulic injection molding machine using a variable rotational speed electro-hydraulic pump-controlled systemMao-Hsiung Chiang & Chung-Chieh Chen &Chung-Feng Jeffrey KuoAbstract：High response and high efficiency velocity control of a hydraulic injection molding machine (HIMM) is requested especially for the process of high-tech industries, such as CD and DVD disks, plastic optical lens, light guide plates, etc. Instead of the hydraulic valve-controlled systems that have the problem of low energy efficiency but have been used widely in todays HIMMs, the paper develops a high response and high energy efficiency electro-hydraulic pump-controlled system driven by a variable rotational speed AC servo motor for achieving high response and high efficiency velocity control in HIMMs. A constant displacement axial piston pump combined with the AC servo motor is developed in this research as the high response electro-hydraulic pump-controlled system for the HIMMs. For that, the control strategy, signed-distance fuzzy sliding mode control (SDFSMC) is developed to simplify the fuzzy rule base through the sliding surface for practical applications. The developed high response variable rotational speed electro-hydraulic pump-controlled system controlled by SD-FSMC is implemented and verified experimentally for velocity control with various velocity targets and external loading conditions. Furthermore, the energy efficiencies of different experiments are analyzed and compared precisely by the power quality recorder used to measure the electrical power consumed by the AC servo motor.Keywords Hydraulic injection molding machine.Electro-hydraulic pump-controlled system AC servo motor.Hydraulic axial piston pump. Velocity control.Energy efficiency. Signed-distance fuzzy sliding mode control1 IntroductionHydraulic systems have the advantages of high powerweight ratio and high robustness such that they have been applied widely in plastic injection molding machines. However, the present hydraulic systems in hydraulic injection molding machines (HIMMs) are requested for both high response and high energy efficiency in competition with the full electrical motor driving systems. High response and high efficiency velocity control of a HIMM is requested especially for the products of high-tech industries, such as CD and DVD disks, plastic optical lens, light guide plates, etc. In view of the hydraulic circuits, two different hydraulic systems are classified, such as the hydraulic valve-controlled system and the hydraulic pump-controlled system 1. The conventional hydraulic valve-controlled systems, whose actuators are adjusted by hydraulic servo valves, have high response but low energy efficiency. Some researches have focused on the improvement of energy efficiency of the hydraulic valve-controlled systems 27. Chiang et al. 57 have investigated the integration control of energy-saving control and servo control to achieve high response and high energy-efficiency in the hydraulic valve-controlled cylinder systems, especially applied for plastic injection molding machines. Energy-saving control includes load-sensing control, constant supply pressure control and constant supply power control; servo control contains path control, velocity control and force control. However, the integration control is complicated and has limit to improve the energy efficiency due to the orifice effect of hydraulic servo valves. The energy efficiency of the hydraulic valve-controlled system can be improved by the energy-saving control systems; however, it is still lower than that of the hydraulic pump-controlled system due to the orifice effect of the servo valve 57. Besides, low cost electro-hydraulic proportional flow control valve based on a switching solenoid has been developed for hydraulic press machines 8. Hydraulic pump-controlled systems have high energy efficiency. Lovrec 9 investigated the applicability of a speed-controlled induction motor driven by a frequency converter in combination with a constant displacement pump for the press-brake system. However, the conventional pump-controlled systems, whose displacements are altered by variable displacement pumps or by constant displacement pumps via variable rotational speed AC induction motors 57, 9, have lower response. Recently, high response pump-controlled systems driven by AC servo motors are introduced. Helduser 10 firstly presented the concept of hydraulic pump-controlled system, driven by gear pumps and AC servo motors with variable rotational speed for injection molding machines in 1995. Ruhlicke 11 studied the position control of asymmetrical cylinder with double pump-controlled system driven by AC servo motor with variable rotational speed, which the position accuracy about 50 m, is still unsatisfactory. Kazmeier and Feldmann 12 used fuzzy control to study the pump-controlled system with variable rotational speed for positioning control with small power with maximum of 330 W and small stroke of 0.5 mm. Bildstein 13 compared he performance of pump-controlled systems with variable rotational speed and that with variable displacement applying in the position control of the fli