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1、华中科技大学 硕士学位论文 阀控缸电液位置伺服系统研究 姓名：鲜麟波 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：李宝仁 20070301 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘摘 要要 本文针对具有较长液压管路的阀控缸电液位置伺服系统特点，通过理论分析、仿 真研究及实验研究，实现了具有较长液压管路的阀控缸电液位置伺服系统的高精度控 制。阀控缸电液位置伺服系统将应用于某水下运动模拟装置。 首先，按照水下运动模拟装置的实际功能需求设计了单缸电液位置伺服系统，完 成关键元件的选型，建立了阀控非对称缸电液位置伺服系统的模型。 其次，运用
2、管道动力学及电液伺服系统相关理论，从流体动力学的运动方程、连 续性方程、能量方程和状态方程入手，基于管道流体的频率相关摩擦模型建立了考虑 液压管道效应的系统模型，通过计算机仿真对长液压管路的阀控缸电液位置伺服系统 动态特性进行研究，分析了长液压管路的响应特性，讨论了长液压管路特性对阀控缸 电液位置伺服系统的影响，结果表明管道长度、直径及壁厚等都对系统特性有较大影 响，为开发研制某水下运动模拟装置奠定了基础。在考虑管道效应的阀控缸电液位置 伺服系统模型基础上，利用 AMEsim/Simulink 联合仿真技术对其进行仿真研究，研究 主要集中在以下两个方面：其一、液压管路的长度、管径对液压冲击的影
3、响，并基于 仿真结果对管路物理参数进行优化；其二、对于考虑管路效应的阀控缸电液位置伺服 系统进行了仿真研究。结果表明该阀控缸电液位置伺服系统能够满足设计要求，PID 控制具有稳态精度高，响应速度较快的优点。 最后，设计并建立了阀控缸电液位置伺服系统实验及性能测试平台，进行了性能 测试和实验研究。结果表明，对于阀控非对称电液位置伺服系统来说，PID 控制策略是 可行的，其稳态误差小于 0.1mm，系统跟踪正弦信号 250sin（t）时，幅值比为 1.005，相位滞后 4.8。结果验证了仿真研究的正确性，为水下运动模拟装置的工程 化奠定了坚实基础。 关键词：电液位置伺服 阀控缸 管道特性 AMEs
4、im/Simulink 计算机仿真 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ABSTRACT The main objective of this paper is to develop a valve-controlled cylinder electro- hydraulic positioning system with a longer hydraulic transmission line through theoretical study, simulation and engineering practice. The v
5、alve-controlled cylinder electro-hydraulic positioning system will be used to a underwater parallel manipulator with redundant actuation; the underwater parallel manipulator has features a redundant hydraulic actuation and longer hydraulic transmission line. Firstly, based on the actual needs of the
6、 parallel manipulator, an electro hydraulic servo system has design; the key element selection finished; a typical model of the electro-hydraulic positioning system to be establishes. Secondly, Pipeline dynamics theory and working principle of the valve-controlled cylinder electro-hydraulic position
7、ing system is expounded base on hydro-dynamics equation/ conservation of energy/hydro-status equation.The effect of longer pipeline model has been considered based on the frequency-dependent model. On the basis of the mathematical description of the system, the computer simulation on the system is i
8、mplemented and the important parameters of the system are analyzed.Analysis of the response characteristics of the hydraulic pipeline, discussed the characteristics of the electro-hydraulic positioning system of hydraulic pipe. Simulation results show that the channel length, flexible tube wall thic
9、kness and diameter of the system have proved a great impact. The computer simulation laid a foundation for the optimization of the pipeline. In considering the effects of electro- hydraulic positioning system based on the model of pipeline, AMEsim/Simulink joint use of simulation technology, classic
10、 PID control strategies were used to the system control simulation. Optimize the pipeline Based on the results of simulation studies. Finally, design and build a valve-controlled cylinder electro-hydraulic positioning system performance test platform. Valve-controlled cylinder electro-hydraulic serv
11、o system is test and pilot studies. Test results show that the PID control strategy is feasible and reasonable advantages. Steady control with high precision, over-regulation of smaller, steady-state error of less than 0.1mm. Do 0.5Hz sinusoid campaigns, the amplitude ratio of 1.005, 4.8 phase lag.
12、Control with fast response and strong robustness.The results show that the existing valve- controlled cylinder electro-hydraulic positioning system and control strategies completely applicable to the underwater parallel manipulator. Keywords: Electro-Hydraulic Positioning Servo，valve-controlled cyli
13、nder， Pipeline Characteristic，AMEsim/Simulink，Computer Simulation II 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文
14、作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论绪论 1.1 课题来源及研究目的和意义 1.1 课题来源及研究
15、目的和意义 阀控缸电液位置伺服系统是某水中兵器水下运动半实物仿真模拟器的驱动装置， 该水下运动模拟器是某水中兵器半实物仿真的关键设备。中船委托华中科技大学开展 该模拟器的研制工作。本课题将对阀控缸电液位置伺服系统进行研究。 阀控缸电液位置伺服系统的控制精度决定了水下运动模拟器模拟某水中兵器水下 运动姿态的精度，水下运动模拟器是一种可靠性好、精度高、响应快的运动模拟装 置。研究阀控缸电液位置伺服系统的特性，并在此基础上研究如何提高其控制精度和 快速响应性对于提高水下运动模拟器的精度，精确模拟某水中兵器在水下运动的各种 位置和姿态有着重要的理论意义和工程实际意义。 1.2 阀控缸电液位置伺服系统研
16、究现状与发展趋势 1.2 阀控缸电液位置伺服系统研究现状与发展趋势 1.2.1 阀控缸电液位置伺服系统在运动模拟器上的应用 1.2.1 阀控缸电液位置伺服系统在运动模拟器上的应用 电液伺服控制系统（Electrohydraulic Servo Control System）是液压技术的 一个重要分支，也是控制领域的重要组成部分，它是在 20 世纪 5060 年代逐渐发展 起来的一种自动化技术 1。与电气伺服系统相比，电液伺服系统具有结构紧凑、功率/ 重量比高、响应速度快、低速平稳性好、调速范围宽、功率/体积比大、具有自润滑作 用等优点 2。这些优点使电液伺服技术在大功率、快速、高精度自动控制领域显示出明 显的优越性，在自动控制领域的应用和研究取得了飞速发展，在舰船、航空航天、海 底作业等领域有着广泛的应用。电液伺服控制技术已在自动化领域占有重要的位置。 凡是需要大功率、快速、精确反应的控制系统，都已经采用了电液伺服控制 3。 电液伺服控制系统的高精度、大负载、大刚度为并联机构运动
