【摘 要】
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在液压技术的不断发展和应用领域日益广泛的背景下,用来完成传动和控制功能的液压系统越来越复杂,并对其系统准确性与稳定性提出了更高的要求。所有现代化产品都对现代液压系统的设计和制造带来了更精准、更深层的要求。直驱泵控伺服液压机采用定量泵和交流永磁同步电机作为动力单元,该伺服液压系统,依靠改变电机转速实现系统流量调节,从而实现对液压系统的控制。直驱泵控系统动态特性不高等问题限制了其更广泛的应用。因此,对
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在液压技术的不断发展和应用领域日益广泛的背景下,用来完成传动和控制功能的液压系统越来越复杂,并对其系统准确性与稳定性提出了更高的要求。所有现代化产品都对现代液压系统的设计和制造带来了更精准、更深层的要求。直驱泵控伺服液压机采用定量泵和交流永磁同步电机作为动力单元,该伺服液压系统,依靠改变电机转速实现系统流量调节,从而实现对液压系统的控制。直驱泵控系统动态特性不高等问题限制了其更广泛的应用。因此,对液压传动和控制系统进行动态特性研究,提高液压系统工作过程中动态特性,以便进一步改进和完善液压系统是十分必要的。本文在双泵控直驱差动缸液压系统的基础上提出了三泵控差动缸液压系统,分析了该系统的结构、工作原理以及系统动态特性。在PID位置控制和PID速度控制基础上,提出了一种带有模型预测控制（MPC）补偿的速度/位置复合控制方法。具体研究内容如下:（1）对单、双泵控直驱差动缸液压系统的工作原理及稳定性分析,提出变转速三泵控差动缸系统,分析了其结构和工作原理。（2）依据挖掘机动臂液压缸参数对变转速三泵控差动缸系统的主要元件进行参数匹配;建立各液压元件数学模型,在MATLAB/Simulink中建立变转速双泵控系统及变转速三泵控系统模型,开展仿真研究;对两个系统的速度误差与位置误差、压力变化及受到负载变化后的恢复稳定时间进行比较分析。（3）综合三种控制方法:PID速度控制、PID位置控制以及模型预测控制,提出带有模型预测补偿的速度/位置复合控制,对所提出控制方法和PID位置控制方法进行建模仿真,分析其位置与速度的跟踪性能。（4）建立挖掘机三维模型并导入到Simulink中得到多体动力学机械模型,将其与变转速三泵控系统进行联合仿真,分析比较其动态特性性能。研究结果表明:与双泵控直驱差动缸液压系统相比,所提出的三泵控直驱差动缸液压系统在无负载与变负载工况下均可获得良好的系统稳定性,在负载力大小和方向发生变化及速度方向改变时,差动缸速度振动幅度小、恢复稳定时间短。带有MPC补偿的速度/位置复合控制系统与PID位置控制相对比,不仅能提高系统稳定性,加快系统响应速度,还能减少位置控制超调量。在机械模型与液压系统联合仿真中,在多体动力学的影响下出现大幅波动,但依旧能够体现出三泵控差动缸系统的动态特性良好。
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