外文翻譯--PWM控制液壓設(shè)備穩(wěn)定性分析的研究 中文版

遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1頁(yè) 二卷 ， 11冊(cè)， 第 4期 ， 397407頁(yè) ， 1997 制液壓設(shè)備穩(wěn)定性分析 的 研究 G. (16 1996) 制， 實(shí)際上是 非線性數(shù)字控制技術(shù)，因?yàn)橄到y(tǒng) 要求 低價(jià)高速開關(guān)閥 的 穩(wěn)定性和可用性 ，所以被 用于液壓設(shè)備的控制 中。 由于此閥可以在沒有任何 D /A 轉(zhuǎn)換器 時(shí)直接控制， 所以很 容易實(shí)現(xiàn) 的液壓設(shè)備與微機(jī) 的一體化 。本研究 的目的 是分析通常出現(xiàn)在采用高速開關(guān)閥 時(shí) 位置控制系統(tǒng) 的 限制周期，并提供 了 一個(gè) 判定 系統(tǒng)穩(wěn)定 性的 標(biāo)準(zhǔn)。 非線性特性和缸摩擦 都是通過 線性描述的 ，并且在理論上分析了 參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的 影響 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 也證 明 了提 議方法 的可行性。 關(guān)鍵詞 ： 電液伺服系統(tǒng)，高速開關(guān)電磁閥，脈寬調(diào)制方法，穩(wěn)定性分析，極限環(huán) 參數(shù)名稱： 傳遞函數(shù)的閥控缸系統(tǒng) 流量 壓力系數(shù) 活塞面積的 比例增益 量系數(shù) 2：缸 的入口 和 出口 壓力 D ： 行程 (= 工作 時(shí)間 / 周期 ) 供 油 壓力 庫(kù)侖摩擦力 容器 壓力 負(fù)載 q ：脈寬調(diào)制 的 輸入信號(hào) 塞摩擦力 q ： 入信號(hào) 的 振幅 性阻尼 系數(shù) 2：入口和出口流量 流 量 增益 行程 幅 =1 T： 期 M：活塞 質(zhì)量 寬調(diào)制輸入信號(hào)波 的 周期 錐最大位移 樣時(shí)間 間隔 K：系統(tǒng)增益 (=kf 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2頁(yè) u ： 振幅 閥的材料系數(shù) u：活塞 的 速度 摩擦力 v ：活塞速度 波 振幅 ：閥口 區(qū)域 梯度 道 ，閥和缸 的總體積 界 速度啟動(dòng) 粘性 減振器 摩擦 述函數(shù) x：活塞位移 ：同步程度 ： 角頻率 e :液體和管道 的 有效體積彈性模量 x 錐位移 (i： a， b， c， d) ：氣門延遲時(shí)間 (q)： 寬度 閉合 位移時(shí)間 遲 斷開 斷開 位移 時(shí)間 遲 閉合 脈沖寬度調(diào)制 ( 控制方法是一種非線性控制 方案 。在 工作的 液壓設(shè)備通常使用高速開關(guān)閥 作為 控制閥。使用此閥 有多方面的 優(yōu)勢(shì) ， 此閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 抗油 漬能力強(qiáng)并且 其價(jià)格低廉 ； 它 還 可以 通過微機(jī) 很容易地實(shí) 現(xiàn)和 系統(tǒng) 的連接 ，因?yàn)樵撻y可以 在 沒有 D / 情況下進(jìn)行數(shù)字化控制 (1992， a， b； 994;1988)。由于 有 高度非線性特性，如 閥錐的相位延遲 液壓 缸內(nèi) 的 摩擦 ，因此 在分析該系統(tǒng)的穩(wěn)定性性 時(shí) 應(yīng)考慮非線性特性。 988)認(rèn)為 這個(gè)系統(tǒng) 是 線性 時(shí) 不變離散系統(tǒng) 并 使用 后 在 每一個(gè)采樣時(shí)間 內(nèi)的 阻尼比 都 顯示 了 穩(wěn)定的限制增益。 983)把化為 飽和功能，并認(rèn)為它 伴隨著 閥錐相位 的 滯后和 在 氣缸速度控制 上的缸體摩擦 。但是 ， 脈寬調(diào)制信號(hào)生成 的 非線性 考慮得并不是很充分。 986)利用 在 諧波線性的基礎(chǔ)上 的描繪函數(shù) 描繪 出 考慮 了氣缸摩擦， 但 不包括閥錐 的 相位滯后。本研究的目的是要提出一個(gè)預(yù)測(cè)液壓伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性方法。電液位置控制系統(tǒng) 已在 理論上 被定為 藍(lán)本，這種 系統(tǒng)具有 這一過程中，系統(tǒng) 的 高度非線性特 性 ，如動(dòng)態(tài)脈寬調(diào)制，錐閥相位滯后和氣缸的摩擦 都是依遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3頁(yè) 據(jù) 數(shù)學(xué) 建模的 。尤其是 線性特性和氣缸的摩擦 都是通過 諧波線性 用 描述函數(shù)表達(dá) 的 。 因?yàn)?理論上和實(shí)驗(yàn) 中 系統(tǒng)參數(shù)的 變化，現(xiàn)有方法的正確性需通過審查 。 2 液壓伺服系統(tǒng)描述與分 析 態(tài)模型 圖 1顯示 了 采用本研究中液壓伺服系統(tǒng) 的 示意圖 。該系統(tǒng)由 4個(gè) 高速開關(guān)閥和液壓驅(qū)動(dòng)器（雙桿雙作用油缸）主要部分 組成 。 系統(tǒng)的輸出 x )是 反饋 給比較儀 ，比較儀是通過軟件安裝 在計(jì)算機(jī)內(nèi)， 用以 與參考輸入值 進(jìn)行比較的 。為 實(shí)現(xiàn)使用 高速開關(guān)閥 的 由于 閥錐 的 開關(guān)特性 對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)作有很大的影響， 閥錐運(yùn)動(dòng) 的滯后應(yīng) 被 考慮 到 動(dòng)態(tài)模型 中 。圖 壓系統(tǒng) 圖 。當(dāng) 開啟 信號(hào)應(yīng)用于閥 ，因?yàn)殚y門 收到 關(guān)閉信號(hào)， 所以入口 油流 量 (通過閥門 產(chǎn)生的 ，這 會(huì)導(dǎo)致 活塞 產(chǎn)生正向 位移。 圖 1 液壓伺服系統(tǒng)的示意圖 圖 2 液壓系統(tǒng)模型圖 在 假定供 油 壓力 (常數(shù) 的情況下 ，閥錐之間和其所在地和氣缸 的 泄漏流量可以忽略不計(jì)， 并且 閥門同時(shí)運(yùn)作， 則 通過高速開關(guān)閥 孔的 流 量 比率 (下式所示： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4頁(yè) 112 （ 1） 222（ 2） 式中 負(fù)載壓力 ( 負(fù)載 流 量 ( 定義 為 ： 21 （ 3） 2 21 （ 4） 負(fù)載流量方程 源于： （ 5） 式中： 1dq 閥控缸系統(tǒng)的連續(xù)性方程 如下： 4（ 6） 活塞 壓力 平衡方程 是： 22 （ 7） 式中 活塞 的 粘性阻尼摩擦 力 被 概括為 氣缸 的 總摩擦力 (外部負(fù)載 (略。 在 模型中 外力被忽 略不計(jì) ，因?yàn)樗?基本上不重要 ， 并且在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中基本上沒影響，也 不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 要獲得 系統(tǒng) 的 傳遞函數(shù)， 非線性方程（ 5）式中的負(fù)載流量被 泰勒 展開式中工作點(diǎn) ( 近值線性化 ?？梢詫憺?(1967) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5頁(yè) 1 （ 8） 描述函數(shù) 當(dāng) 在 關(guān)閥 時(shí) ，根據(jù) 度，從 強(qiáng)加給 閥門 的 輸入信號(hào)是一種具有恒定的脈沖幅度 的 脈沖列但 具有 不同的脈沖寬度 和符號(hào) 。 并且 脈沖 列在 脈沖起點(diǎn) 之間有相同的時(shí)間間隔 。 為了 分析調(diào)查系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ， 應(yīng)該 分析 地 描述脈寬調(diào)制 發(fā)生信號(hào)的 特征。 在 這樣的假設(shè) 下， 閥 的 開關(guān) 操 作 都是均衡的， 液壓系統(tǒng) 的 線性部分 又 有足夠的低通濾波功能 (1991)，我們得出 了 具有高度非線性特性的脈寬調(diào)制 發(fā)生信號(hào)的 描述函數(shù)。 捕獲到 在每一個(gè)時(shí)間間隔輸入信號(hào) (q)， 并且能提前 知道 最后的 脈沖寬度。 q(t)可 以通過以下的 諧波振動(dòng)的平衡狀態(tài) 式表達(dá)： )s ( （ 9） 式中 同步程度代表在簡(jiǎn)諧振動(dòng)的平衡狀態(tài) 中 如， 如圖 3所示在 = 90的情況下，被描述為 9)的 輸入信號(hào) q(t)是一個(gè)具有一段時(shí)間的周期信號(hào) (如果 周期 和 期 (間的比例期為 2n（例 1， 2， 3 .)時(shí) ,就可以用 傅里葉級(jí)數(shù)方法計(jì)算 描述函數(shù)。 ： 0)(s ( 式中 0)( u (t) 是 脈寬調(diào)制輸出信號(hào)的 函數(shù)， q（ 脈寬調(diào)制模塊 輸入信號(hào)的 第 程 ， 由( 遲 工作 時(shí)間 相適應(yīng)的行程值 。 以恒定 振幅和頻率)10( 1()( )( 011遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6頁(yè) 持 續(xù)穩(wěn) 定的 振動(dòng)稱為極限環(huán)。特別是，當(dāng)比率（ Tq/t）為 2時(shí)，如 圖 3所示 ，我們稱之為單位 脈沖 ： 圖 3 單位脈沖信號(hào)響應(yīng) 圖 4 基礎(chǔ)振動(dòng)的 傅立葉系數(shù) )(s 21 （ 11） 1)(co s (21 （ 12） 然后給出 了在單位 脈沖極限環(huán) 下 脈寬調(diào)制 發(fā)生 信號(hào) 的 描述函數(shù) ： 1)( co s ()(s i n (22,1, W M （ 13） 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7頁(yè) 同時(shí)， 如 圖 4所示 在一個(gè)極限環(huán)周期內(nèi) 沖 極限環(huán)會(huì)連續(xù)產(chǎn)生 脈沖。這種情況下 的 描述 函數(shù) 導(dǎo)出如下 ： 10)(2, M （ 14） 如方程 (14)所示 ， ),( 是 限環(huán) 的 脈沖數(shù)和同步程度 三者之間的函數(shù) ，但它 對(duì) 角頻 率 又 是獨(dú)立的。 擦特性 的 描述函數(shù) 液壓缸 的 摩擦特性圖 如圖 5所示。 圖中 包括靜摩擦力，庫(kù)侖摩擦 力 和取決于活塞速度 的 粘性阻尼摩擦。假設(shè)的磁滯摩擦的 特性 可以忽略不計(jì)， 如 圖 5所示 摩擦特性 可表示為 ： (1992) )s g n (1)( 4 （ 15） 為了 得出描述函數(shù)，上述方程可近似為 (1986) )s g n ()(1)(2 （ 16） 其中 證方程 (150和方程 (16)近似相等的必要常量 。 在 諧波平衡 中 ，活塞速度v(t)如下： )( （ 17） 摩擦特性 的描述方程為 )()(