基于電力液壓推桿制動(dòng)器的智能制動(dòng)控制系統(tǒng)研究論文.pdf

摘要制動(dòng)器是保證機(jī)構(gòu)或機(jī)器安全正常工作的重要部件，應(yīng)用范圍非常廣泛。其中電力液壓推桿制動(dòng)器由于使用維護(hù)簡(jiǎn)單可靠、節(jié)能、無噪音、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)輸、冶金、礦山、港13碼頭等機(jī)械得到廣泛的應(yīng)用。但是因?yàn)殡娏σ簤和茥U制動(dòng)器的工作原理是彈簧上閘，推桿松閘，所以彈簧長(zhǎng)度一旦確定，制動(dòng)力矩隨之確定，不能根據(jù)不同的負(fù)載或工況改變。而隨著社會(huì)的快速發(fā)展，制動(dòng)器實(shí)際使用單位希望獲得更加穩(wěn)定、可靠的制動(dòng)效果，并且制動(dòng)力矩可調(diào)，即實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器的智能控制。本文就是在電力液壓推桿制動(dòng)器的基礎(chǔ)上，以龍門起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為對(duì)象，研究了模糊控制這種智能控制技術(shù)在制動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。論文首先介紹了相關(guān)課題的研究現(xiàn)狀、智能控制技術(shù)和模糊控制技術(shù)。然后針對(duì)電力液壓推桿制動(dòng)器設(shè)計(jì)了模糊控制與變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合的控制方案，建立了模糊制動(dòng)控制器的開環(huán)控制系統(tǒng)，研究其模糊控制算法和決策準(zhǔn)則。然后將模糊控制與傳統(tǒng)PID技術(shù)相結(jié)合，建立了模糊PID閉環(huán)制動(dòng)控制系統(tǒng)并與傳統(tǒng)PID控制技術(shù)相比較。最后進(jìn)行系統(tǒng)仿真和結(jié)果分析，得出模糊控制能有效地改善電力液壓推桿制動(dòng)器的制動(dòng)性能的結(jié)論。關(guān)鍵詞：電力液壓推桿制動(dòng)器模糊控制模糊PID控制ABSTRACTThearresteristheimportantparttoguaranteethemachineworksafely,anditisextensivelyappliedinmanyaspecBofindustryOneofthemistheelectrichydrauticpushrodbrakewhichiswidelyusedinmanyfields，suchastransporting，metallurgymineandportquay，becauseitmaintainssuchadvantagesasreliable，energyconservation，nonoise，havinglongperformancetime，etcButtheoperationprintipleoftheelectrichydraulicpushrodbrakeisthatspringpushthebrakeandthepushrodloosesthebroke，oncethelengthofthespringisfixed，themomentisalsofixedandnnotbechangedaccordingtothedifferentloadandoperatingmodesWiththerapiddevelopmentofsociety,therealapplyingunitofthebrakehopestogetmoresteadyandmorereliableresultwhenapplyingtheblake，andthemomentc鋤beadjusted,thatistosaythatbrakeCanbecontrolledintelligentlyBasedontheelectrichydraulicpushrodbrakeandregardedthecartoperationorganizationofthegantrycraneasthetarget，thispaperstudiestheapplicationofthemz列controlinthebrakefieldAtfirst,thethesisintroducesthecurrentresearchsituation，intellectualcontroltechnologyandfuzzycontroltechnologyofrelevantsubjects。Thenwedesignthecontrolschemewhichcombining如zzycontrolandspeed-frequencytechnologyaccordingtotheelectrichydraulicpushbrake，andsetuptheopenloopsystemoffuzzycontrol，andstudythecontrolalgorithmsanddecisioncriterionThenwecombinefuzzycontrolandtraditionalPIDcontroltechnologyandsetuptheclosedloopsystemoffuzzyPIDcontrol，andcomparefuzzyPIDcontrolandtraditionalPIDcontroltechnologyFinallywecalTyonthesystememulationandresultsanalysis，anddrawtheconclusionthatfuzzycontrolCanimprovetheperformanceoftheelectrichydraulicpushrodbrakeeffectivelyKeywork：theelectrichydraulicpushrodbrake，F(xiàn)uzzycontrol，F(xiàn)uzzyPIDcontrol獨(dú)創(chuàng)聲明本人所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，論文中除特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京工商大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書所使用過的材料。其他人對(duì)本研究成果所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明，并表示謝意。特此聲明作者簽名：日期年月目北京工商大學(xué)碩士研究生論文第一章緒論11課題的提出制動(dòng)器具有減速、停止和支持重物等功能，是保證機(jī)構(gòu)或機(jī)器安全正常工作的重要部件，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，大至起重運(yùn)輸、建筑、礦山、石油、港1：3等機(jī)械設(shè)備，小至全自動(dòng)洗衣機(jī)等家用電器，具有較大的市場(chǎng)需求量。隨著社會(huì)的進(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)制造過程和設(shè)備的自動(dòng)化程度、工作平穩(wěn)性、安全可靠性等諸多方面都提出了更高的要求，尤其在裝卸易燃、易爆、易碎物品和停放位置要求準(zhǔn)確的起重運(yùn)輸機(jī)械上。傳統(tǒng)機(jī)械式的常閉式制動(dòng)器一般靠松閘裝置松閘，靠上閘彈簧力產(chǎn)生制動(dòng)力，一旦彈簧長(zhǎng)度調(diào)節(jié)好，彈簧力大小和制動(dòng)力矩便確定了，設(shè)備工作時(shí)如載荷小、速度低會(huì)引起制動(dòng)過猛，造成沖擊；載荷大、速度高時(shí)又會(huì)造成制動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，因此設(shè)備或物品不易達(dá)到準(zhǔn)確的停放位置。常開式制動(dòng)器可以彌補(bǔ)常閉式制動(dòng)器的不足，但要完全依賴于人的操作，司機(jī)的技術(shù)熟練程度、經(jīng)驗(yàn)、身體狀況、疲勞程度直接影響制動(dòng)結(jié)果，存在著隨機(jī)性和潛在危險(xiǎn)。因此上述兩種形式的制動(dòng)器的性能顯然已難以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)制造過程的要求，制動(dòng)器的使用單位迫切希望能夠研制一種能按預(yù)定規(guī)律控制制動(dòng)力矩變化或達(dá)到自適應(yīng)載荷、速度變化的制動(dòng)過程、制動(dòng)平穩(wěn)性更高、使停車位置更準(zhǔn)的“智能型”制動(dòng)技術(shù)，來取代傳統(tǒng)機(jī)械式制動(dòng)器工作。目前工業(yè)上常用豹制動(dòng)器按松閘裝置的類型分有電磁鐵、液壓電磁、電力液壓推桿制動(dòng)器等幾種。國(guó)內(nèi)外使用最多的、技術(shù)最成熟的則是電力液壓推桿制動(dòng)器，和其它幾種制動(dòng)器相比，它具有許多優(yōu)點(diǎn)：制動(dòng)平穩(wěn)。由于液壓推桿制動(dòng)器的工作特性，其制動(dòng)力是逐漸釋放的，故制動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)較小。噪音小。因?yàn)槠涔ぷ髟硎峭ㄟ^電機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，使缸內(nèi)液體形成壓力推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)所以噪音小。推動(dòng)器工作時(shí)的噪聲一般在75分貝以下，而電磁鐵則達(dá)到85分貝以上。壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性好。電力液壓推桿采用機(jī)、電、液一體全封閉結(jié)構(gòu)，工作油路循環(huán)與無壓的封閉鋼簡(jiǎn)里，體積小，便于安裝、維修。在惡劣的工作環(huán)境下，不吸塵、不進(jìn)水，內(nèi)部不銹蝕。其使用壽命約為交流電磁鐵的35倍。推動(dòng)器的允許操作頻率遠(yuǎn)高于電磁鐵。省電節(jié)能，僅以正常工作電流比較，MY1340的耗電僅為MZDl200的60，YT370的耗電是MZDl一300的417。此外，此種推動(dòng)器還有一大優(yōu)點(diǎn)，就是推動(dòng)器電機(jī)的負(fù)載是被它驅(qū)動(dòng)的離心泵葉基于電力液壓推桿制動(dòng)器的智能制動(dòng)控制系統(tǒng)研究輪，這種負(fù)載匹配是在設(shè)計(jì)時(shí)予阻確定的，所以電機(jī)不會(huì)因?yàn)橥苿?dòng)器的外負(fù)載增大而過載，即電機(jī)總不會(huì)過載。而智能控制是從解決工程和技術(shù)問題的實(shí)踐中產(chǎn)生和發(fā)展起來的。隨著自動(dòng)化程度的提高和普及，受控對(duì)象的日趨復(fù)雜，對(duì)于許多難以獲得數(shù)學(xué)模型或默許復(fù)雜的過程，應(yīng)用經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論往往不能取得令人滿意的控制效果。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了可能，如今人工智能、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的研究都取得了可喜的進(jìn)展。綜合以上內(nèi)容，針對(duì)使用廣泛的電力液壓推桿制動(dòng)器開展智能制動(dòng)技術(shù)和智能制動(dòng)系統(tǒng)的研究，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，研究結(jié)果對(duì)提高現(xiàn)有制動(dòng)器的制動(dòng)性能，提高設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化、智能化程度有著積極的促進(jìn)、指導(dǎo)作用。12課題相關(guān)研究的歷史、現(xiàn)狀及主要成果制動(dòng)裝置是保證機(jī)械設(shè)備安全、正常工作的重要部件。制動(dòng)器的分類按工作狀態(tài)可分為常閉式常開式；按結(jié)構(gòu)狀態(tài)可分為塊(閘瓦)式，帶式，盤式；按制動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式可分為電磁鐵式液壓推動(dòng)式液壓電磁式慣性式等。121國(guó)內(nèi)制動(dòng)器的現(xiàn)狀我國(guó)制動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)的制定原則是：70年代參照蘇聯(lián)，80年代參照德國(guó)，90年代等效采用先進(jìn)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)但由于蘇聯(lián)與德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系不同，造成我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品種類繁多，修訂頻繁由于德國(guó)制動(dòng)器在世界處于領(lǐng)先地位，其起重運(yùn)輸機(jī)械出口占主導(dǎo)地位，再加上其制動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)體系比較完善，所以我國(guó)現(xiàn)行的制動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)基本參照德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)目前實(shí)際生產(chǎn)制動(dòng)器的企業(yè)大約有200家，多數(shù)屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)或私營(yíng)企業(yè)，開發(fā)能力差，設(shè)備比較陳舊，大多生產(chǎn)YWZTJ2、YTl等老產(chǎn)品。但隨著起重機(jī)和運(yùn)輸機(jī)等主機(jī)生產(chǎn)許可證的發(fā)放，制動(dòng)器的重要性正逐漸被人們認(rèn)識(shí)，1998年被列為國(guó)家安全認(rèn)證產(chǎn)品。常用的制動(dòng)器有液壓推桿制動(dòng)器、電磁塊式制動(dòng)器、盤式制動(dòng)器等。(1)液壓推桿式制動(dòng)器根據(jù)推動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式(單桿或雙桿)和制動(dòng)器的構(gòu)造(直臂或彎臂，單臂或雙臂)組合成不同系列的制動(dòng)器，見表11。北京工商大學(xué)碩士研究生論文序號(hào)代號(hào)結(jié)構(gòu)特征符臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格范圍(mm)制動(dòng)力矩fNm)lYWZ直臂，雙推桿，橫簧JBZQ4386-86中100中3004125002YWZ2彎臂，單推桿，橫簧GB6333-86m160中80080125003YWZ3彎臂，雙推桿橫簧GB633386中160-m80080125004YWz4直臂，單推桿，橫簧JBZQ438686中15肚中700100-80005YWZ5彎臂，單推桿，豎簧GB6333_86中200巾71011280006YW彎臂，單推桿，豎簧JB，r640692中160m8006380007YWP彎臂，單推桿，橫贊JB廠r640692中160中800638000表11液壓推桿式制動(dòng)器系列電力液壓推桿制動(dòng)器是由電力液壓推桿作為推動(dòng)器的制動(dòng)器。我國(guó)推動(dòng)器的生產(chǎn)和應(yīng)用是從雙推桿開始的，型號(hào)為“MYTl”，以其為驅(qū)動(dòng)元件的是YWZ系列制動(dòng)器。80年代以來，研制了換代產(chǎn)品MYT2、MYT3、MYT4等系列產(chǎn)品，還從德國(guó)引進(jìn)了Ed系列產(chǎn)品。與此同時(shí)我國(guó)各制動(dòng)器生產(chǎn)廠家也先后推出了丫r2、YT3、Yr4、YT5、YT6等各型單推桿系列產(chǎn)品。1996年，我國(guó)在Ed等單推桿系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上，又設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)、性能更好的Yd單推桿系列產(chǎn)品。這里對(duì)各種推桿制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和性能作一比較：YTl型雙推桿電力液壓推動(dòng)器(如圖11)的基本結(jié)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)置于液壓缸上方，兩根推桿對(duì)稱地固定在支持件兩邊，桿體穿過缸蓋從電動(dòng)機(jī)兩側(cè)伸出，頂部用中間裝有連接快的橫梁連接。基用一個(gè)后益板的上下兩個(gè)半開式葉輪，分剮由支持件的中部通孔和活塞上的4個(gè)暗孔吸入油液，從活塞與支持構(gòu)成的油液導(dǎo)向室中活塞的4個(gè)暗孔壁外的孔隙間壓出?；陔娏σ簤和茥U制動(dòng)器的智能制動(dòng)控制系統(tǒng)研究圖11YTI型雙推桿電力液壓推動(dòng)器這樣的結(jié)構(gòu)使YTl型雙推桿電力液壓推動(dòng)器不可避免存在下列缺陷：油液壓出流道有近半被活塞的4個(gè)暗孔外壁阻塞，導(dǎo)致能量容積損失增大，機(jī)械效率低；整個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜特別是雙吸式的葉輪結(jié)構(gòu)使活塞結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。Ed型但推桿電力液壓推動(dòng)器(如圖12)的基本結(jié)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)位于液壓缸下圖12Ed型單推桿電力液壓推動(dòng)器。部，葉輪在電動(dòng)機(jī)的軸伸處懸臂安裝，液壓缸為有套缸的雙層結(jié)構(gòu)，活塞或北京工商大學(xué)碩士研究生論文為圓形裝在套缸內(nèi)，或?yàn)榄h(huán)形套在套缸外。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和油液導(dǎo)向盤可使油液在套缸內(nèi)外往復(fù)流動(dòng)。這樣的結(jié)構(gòu)使Ed型單推桿電力液壓推動(dòng)器存在以下缺陷：帶套缸的雙層缸體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；由于活塞外徑小，單位面積承壓大，油液內(nèi)壓高，為防止?jié)B漏，不得不選用昂貴的鋁合金和工藝難度大的壓力鑄造成型。Ed型單推桿電力液壓推動(dòng)器雖然存在上述缺欠，但與YTI型雙推桿產(chǎn)品相比，其推桿壓力的穩(wěn)定性、每小時(shí)可操作性次數(shù)及其使用壽命都要好些，不過成本與售價(jià)也相應(yīng)的要比YTI型產(chǎn)品高。Yd型單推桿電力液壓推動(dòng)器(見圖13)是針對(duì)我國(guó)現(xiàn)產(chǎn)的YTl型推桿及Ed型等各單推桿電力液壓推動(dòng)器所存在的上述缺欠而研制的專利新產(chǎn)品。其基圖1_3Yd型單推軒電力液壓推動(dòng)器本結(jié)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、葉輪、活塞、推桿、連接塊等六大件構(gòu)成。工作原理是：通電時(shí)，伸進(jìn)電機(jī)軸盲孔中的傳動(dòng)軸及固定在傳動(dòng)軸上的葉輪隨電機(jī)以高速旋轉(zhuǎn)，將油缸內(nèi)活塞上部的油液吸到活塞與葉輪下部形成壓差，迫使活塞及固定在活塞上的推桿隨傳動(dòng)軸和葉輪以iomm01s左右的速度一同上升，舉起負(fù)荷；斷電后，推桿在與之固連的各零件的自重及負(fù)荷壓力下復(fù)位。葉輪與活塞下部的油液則通過葉輪徑向葉片間的流道被重新壓到活塞上部。該產(chǎn)品與YTl型雙推桿及Ed型單推桿電力液壓推動(dòng)器相比優(yōu)越性如。F：結(jié)構(gòu)精巧簡(jiǎn)單，只有一根長(zhǎng)徑比很小的推桿傳動(dòng)推力非常平穩(wěn)，規(guī)格全、相近規(guī)格零件通用率高?；陔娏σ簤和茥U制動(dòng)器的智能制動(dòng)控制系統(tǒng)研究(2)電磁塊式制動(dòng)器電磁鐵按電源種類分為交流型和直流型，按構(gòu)造分為長(zhǎng)行程(螺管式)和短行程(拍合式)如表12。早期我國(guó)生產(chǎn)的電磁塊式制動(dòng)器主要是仿制蘇聯(lián)的產(chǎn)品，如JWZ、JCZ等。近年來，在原來的直流短行程電磁鐵基礎(chǔ)上，研制了多種新型電磁鐵。如電磁鐵采用直流構(gòu)造，外接交流電源通過整流電路轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷骺刂齐姶啪€圈，并采用強(qiáng)勵(lì)磁啟動(dòng)、弱勵(lì)磁維持的原理，達(dá)到節(jié)能節(jié)材的目的。但由于設(shè)計(jì)上的原因和整流元件可靠性等因素，這種電磁鐵有待于進(jìn)一步研究。序號(hào)代號(hào)結(jié)構(gòu)特征符臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格范圍