Автореферат (Разработка и исследование электрогидравлического привода с раздельным управлением группами поршней)

На правах рукописиУДК 62-822Щербачев Павел ВладимировичРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГОПРИВОДА С РАЗДЕЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ГРУППАМИПОРШНЕЙСпециальность 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегатыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква. 2017Работа выполнена вфедеральном государственном бюджетномобразовательномучреждениивысшегообразования«Московскийгосударственныйтехническийуниверситетим.Н.Э.Баумана»(национальный исследовательский университет)Научный руководитель:кандидат технических наук, доцентСеменов Станислав Евгеньевич,заведующий кафедрой «Гидромеханика,гидромашины и гидро- пневмоавтоматика»МГТУ им.

Н.Э. БауманаОфициальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры702 «Системы приводов авиационнокосмической техники» ФГБОУ ВО МАИ(Национальный исследовательскийуниверситет) Ермаков Сергей Александрович;кандидат технических наук, профессоркафедры «Гидромеханики и Гидравлическихмашин им. В.С. Квятковского» ФГБОУ ВОМЭИ (Национальный исследовательскийуниверситет)Голубев Владимир ИвановичВедущее предприятие:ОАО «Центральный научно-исследовательскийинститут автоматики и гидравлики»Защита диссертации состоится «07» июня 2017 г.

в 14 час. 30 мин. назаседании диссертационного совета Д 212.141.16 при Московскомгосударственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу:105005, Москва, Лефортовская наб., д.1С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана и на сайте www.bmstu.ru.Ваш отзыв на автореферат в 2 экз., заверенных печатью учреждения, просимнаправлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская улица, д.5, стр.1Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.16.Автореферат разослан «__» __________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.141.16кандидат технических наук, доцентМ. А. КолосовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.

На современном уровне развития техникигидравлические приводы применяются для решения широкого круга задач.Наиболее типовые из них – это перемещение объектов с большими массами илимоментами инерции в сочетании с позиционными и другими нагрузками. Отпривода может требоваться работа в различных режимах: движение с постояннойскоростью или с постоянным усилием (силой или моментом), слежение поположению, скорости или их комбинация. Примерами устройств с такимитребованиями являются приводы радиолокационных систем слежения инаведения. Постоянно повышаются требования к таким характеристикамприводов, как точность, энергоэффективность, робастность к нагрузке.

Адаптацияк современным требования проводится разными путями. Меняются конструкции,появляются новые компоненты и материалы, совершенствуются средства иметоды управления. Особо стоит отметить все повышающиеся требования кэнергетической эффективности технических устройств, что отражено в указеПрезидента Российской Федерации №899 от 7 июля 2011 года «Об утвержденииприоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РоссийскойФедерации и перечня критических технологий Российской Федерации».Благодаря сочетанию новых компонентов и методов становится возможнымсоздавать электрогидравлические приводы, одновременно удовлетворяющиетаким взаимно противоречивым требованиям, как точное позиционированиевыходного звена, непрерывное движение с высокой скоростью и повышеннаяэнергоэффективность.

Задача разработки таких приводов, а также методовуправления ими несомненно является актуальной на сегодняшний день.Цели и задачи. Целью диссертационной работы является разработкаконцепции электрогидравлического привода с раздельным управлением группамипоршней, а также способов управления им в различных режимах работы.Для достижения намеченной цели в работе были поставлены и решеныследующие задачи:1. Разработка концепции электрогидравлического привода с раздельнымуправлением группами поршней.2. Разработка математической модели привода с раздельным управлениемгруппами поршней. Определение минимально необходимой степениподробности модели для проведения исследований. Верификация модели.3.

Разработка алгоритмов управления приводом в режимах слежения по углуповорота и скорости выходного звена, а также повышающихэнергетическую эффективность.4. Создание экспериментального комплекса и подтверждение адекватностиразработанных концепции, математической модели и алгоритмовуправления.Методы исследования1Для решения поставленных задач на разных этапах используютсяследующие методы: Метод модифицированной функции Лагранжа из теории нелинейногопрограммирования для решения задач условной минимизации. Метод Нелдера-Мида для проведения процедуры безусловнойминимизации. Преобразование Фурье для разложения в ряд периодической функции. Методы теории сплайнов для создания параметризованных кривых. Классические методы численного решения систем дифференциальныхуравнений. Программная реализация алгоритмов при помощи современноговысокоуровневого языка программирования c++. Современные методы проведения эксперимента, а также записи иобработки экспериментальных данных при помощи ЭВМ.Объектом исследования является электрогидравлический привод сраздельным управлением группами поршней.Научная новизнаПри проведении теоретических и экспериментальных исследованийполучены новые научные результаты:1.

Разработана концепция электрогидравлического привода, отличающаяся отизвестных наличием в структуре групп поршней с независимымраспределением жидкости, предоставляющим новые широкие возможностидля синтеза алгоритмов управления.2. Разработана нелинейная математическая модель привода с раздельнымуправлением группами поршней, отличающаяся от известных моделейэлектрогидравлических приводов совместным учетом несколькихнелинейных свойств распределяющих устройств и исполнительногомеханизма, определяющих взаимное нагружение групп поршней. Показанаспецифика создания моделей приводов такого типа.3.

Впервые разработаны эффективные алгоритмы управления приводом сраздельным управлением группами поршней в режимах слежения по углуповорота и скорости вращения выходного звена, а также повышающиеэнергетическую эффективность привода.4. Создан экспериментальный комплекс, с помощью которого подтвержденаадекватность разработанных концепции, математической модели иалгоритмов управления.Практическая ценность.1. Руководствуясь предложенной концепцией можно разработатьэлектрогидравлический привод с раздельным управлением группамипоршней, определить его структуру и провести расчет.

Концепция можетбыть оформлена в виде методики пригодной для использования в КБ припроектировании приводов, а также в учебном процессе.22. Разработанная математическая модель может быть использована на этаперазработки привода, при проведении исследований различных режимовего работы, а также для создания различных алгоритмов управления.3. Разработанный экспериментальный комплекс может быть использовандля проведения исследовательских испытаний приводов с раздельнымуправлением группами поршней.Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работывнедрены на предприятии ОАО «Прибор РСТ» и в учебный процесс кафедрыгидромеханики, гидромашин и гидропневмоавтоматики МГТУ им. Н.Э. Баумана.Апробация работы. Основные положения работы обсуждались: назаседанияхкафедрыгидромеханики,гидромашинигидропневмоавтоматики МГТУ им. Н.Э. Баумана.

(Москва, 2011-2016 г.); на Международной научно-технической конференции Fluid Power andMechatronics (FPM). (Харбин, 2015 г.); на Международной научно-технической конференции «Гидромашины,гидроприводы и гидропневмоавтоматика» (Москва, 2014 г.); на XIV Всероссийской научно-технической конференции студентов иаспирантов«Гидравлическиемашины,гидроприводыигидропневмоавтоматика». (Москва, 2011г.)Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 6научных работах (из них 1 индексирована базой Scopus, 3 статьи из перечня ВАКРФ, 1 монография) общим объёмом 8,88 п.л.Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, 4-х глав,заключения, списка литературы (79 наименований) и приложения. Содержаниеработы изложено на 169 страницах машинописного текста, в том числе 70Рисунков, 5 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении показана актуальность темы, определена цель работы,приведено краткое содержание выполненных исследований, отражены основныеположения, которые выносятся на защиту.В первой главе проведен обзор современных тенденций в области созданияэлектрогидравлическихприводов,атакжепредставленаконцепцияэлектрогидравлического привода с раздельным управлением группами поршней.Среди прочих особое внимание уделено двум активно развивающимсятипам приводов: электрогидростатическому (отмечены работы фирмы MOOGсовместно с Дрезденским университетом, А.М.

Селиванова в МАИ, коллективакафедры Э10 МГТУ им. Н.Э. Баумана) и приводу с дискретно-фазовымрегулированием (отмечены работы Инновационного центра корпорации Eaton,совместная работа корпорации Bosch Rexroth с Дармштадтским техническим3университетом и разработки шотландской компании Artemis Intelligent Power).Перечисленные приводы отличаются более широкими возможностями иповышенной энергоэффективностью по сравнению с известными приводами сдроссельным и объемным регулированием. Названные преимущества этихприводов достигаются как за счет использования современной элементной базы иновых материалов, так и за счет разработки специальных методов управления.Отмеченосущественноеотставаниеотечественныхразработокврассматриваемом сегменте.В обзоре также содержатся данные о параметрах современныхгидромоторов, из которых следует, что диапазон достигаемых скоростейвращения для них (отношение максимальной скорости к минимальной) обычнонаходится ниже 1000.

Как исключение, особо отмечена гидромашина AEHP40компании Dusterloh Fluidtechnik, для которой nmin=1 об/мин, nmax=2000 об/мин.Проведенный анализ литературы позволил сделать вывод об актуальностицели диссертационной работы и сформулировать научные задачи.Одним из возможных решений задачи создания многорежимногоэнергоэффективного привода может являться электрогидравлический привод сраздельным управлением группами поршней, концепция создания которогоприведена в продолжении первой главы. Структурная схема такого приводапоказана на Рисунке 1.Рисунок 1. Структурная схема электрогидравлического привода с раздельнымуправлением группами поршней.Электрогидравлический привод с раздельным управлением группамипоршней представляет собой несколько гидравлических цилиндров, выполненныхраздельными агрегатами, либо конструктивно объединенных в блок цилиндров,штоки которых согласованно взаимодействуют с механизмом преобразованиядвижения.