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

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаНа правах рукописиЩербачев Павел ВладимировичРазработка и исследование электрогидравлического привода с раздельнымуправлением группами поршнейСпециальность 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегатыДиссертация на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель –кандидат технических наук,доцент Семенов С.Е.Москва. 20172ОглавлениеСтр.Введение ..............................................................................................................................

4Глава 1. Разработка концепции электрогидравлического привода сраздельным управлением группами поршней ............................................................ 91.1. Современные тенденции создания электрогидравлических приводов .......... 91.2. Общие принципы построения электрогидравлических приводов сраздельным управлением группами поршней ....................................................... 221.3.

Методы управления и режимы работы. ........................................................... 281.4. Выводы по результатам главы 1 ....................................................................... 34Глава 2. Разработка математической модели электрогидравлическогопривода с раздельным управлением группами поршней.

...................................... 362.1. Общая математическая модель привода с кривошипно-ползунныммеханизмом преобразования движения и электрогидравлическимиусилителями мощности. ........................................................................................... 362.2. Особенности моделирования привода с раздельным управлениемгруппами поршней. ................................................................................................... 542.3.

Идентификация параметров математической модели. .................................. 662.4. Выводы по результатам главы 2 ....................................................................... 75Глава 3. Разработка экспериментального комплекса для исследованияэлектрогидравлического привода с раздельным управлением группамипоршней ............................................................................................................................. 773Стр.3.1. Макетный образец привода...............................................................................

793.2. Насосная станция ............................................................................................... 833.3. Система управления и сбора данных ............................................................... 853.4. Выводы по результатам главы 3. ...................................................................... 87Глава 4. Разработка специальных алгоритмов управления. ................................. 884.1. Алгоритм управления с коррекцией взаимного нагружения. .......................

884.2. Алгоритм управления, повышающий энергетическую эффективность ...... 954.3. Выводы по результатам главы 4 ..................................................................... 122Общие выводы и заключение ..................................................................................... 124Список литературы.......................................................................................................

127Приложение .................................................................................................................... 1364ВведениеНасовременномуровнеразвитиятехникигидравлическиеприводыприменяются для решения широкого круга задач. Наиболее типовые из них – этоперемещение объектов с большими массами или моментами инерции в сочетании спозиционными и другими нагрузками. От привода может требоваться работа вразличных режимах: движение с постоянной скоростью или с постоянным усилием(силой или моментом), слежение по положению или их комбинация.

Примерамиустройств с такими требованиями являются приводы радиолокационных системслежения и наведения. Постоянно повышаются требования к таким характеристикамприводов, как точность, энергоэффективность, робастность к нагрузке. Адаптация ксовременным требования проводится разными путями. Меняются конструкции,появляются новые компоненты и материалы, совершенствуются средства и методыуправления. Особо стоит отметить все повышающиеся требования к энергетическойэффективности технических устройств, что отражено в указе Президента РоссийскойФедерации №899 от 7 июля 2011 года «Об утверждении приоритетных направленийразвития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечнякритических технологий Российской Федерации».Благодаря сочетанию новых компонентов и методов становится возможнымсоздавать электрогидравлические приводы, одновременно удовлетворяющие такимвзаимно противоречивым требованиям, как точное позиционирование выходногозвена,непрерывноедвижениесвысокойскоростьюиповышеннаяэнергоэффективность.

Задача разработки таких приводов, а также методовуправления ими несомненно является актуальной на сегодняшний день.Целью данной работы является разработка концепции электрогидравлическогопривода с раздельным управлением группами поршней, а также способов управленияим в различных режимах работы.В связи с поставленной целью возникают следующие научные задачи: Разработка концепции электрогидравлического привода с раздельнымуправлением группами поршней.5 Разработка математической модели привода с раздельным управлениемгруппами поршней. Определение минимально необходимой степениподробности модели для проведения исследований.

Верификациямодели. Разработка алгоритмов управления приводом в режимах слежения поуглу поворота и скорости выходного звена, а также повышающихэнергетическую эффективность. Создание экспериментального комплекса и подтверждение адекватностиразработанных концепции, математической модели и алгоритмовуправления.Для решения поставленных задач на разных этапах используются следующиеметоды: Метод модифицированной функции Лагранжа из теории нелинейногопрограммирования для решения задач условной минимизации. МетодНелдера-Мидадляпроведенияпроцедурыбезусловнойминимизации. 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.Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.В первой главе рассмотрена концепция создания электрогидравлическихприводов с раздельным управлением группами поршней.

Для обоснованияактуальности предлагаемой концепции представлен обзор современных решений всфере разработки электрогидравлических приводов. Приводятся примеры научных6исследований и разработок таких известных фирм, как MOOG, Eaton, Bosch Rexrothи других. Показано, что на сегодняшний день широко известные приводы сдроссельным и объемным типами регулирования все чаще уступают местоэлектрогидростатическими и приводами с дискретно-фазовым регулированием,основными преимуществами которых являются высокая энергоэффективность игибкость управления.Особенно отмечается, что доля отечественных разработок в рассматриваемомвопросе крайне мала. В ряде случаев отсутствуют даже русские аналогианглоязычных терминов, описывающих те или иные решения.На основании приведенного обзора сделаны выводы об основных направленияхразвитиясовременныхэлектрогидравлическихприводов,определеноместонастоящей работы среди них, обоснована цель работы и ее актуальность.Приведена общая структура привода, введено понятие «группа поршней».

Вобщем виде описаны алгоритмы управления приводом в следующих режимах: режим двигателя с мягкой характеристикой; режим слежения по углу поворота вала; режим слежение по угловой скорости вращения вала.Предложен способ расчета крутящего момента на выходном звене,создаваемого каждым из поршней в отдельности, когда известны давление в камерецилиндра и расположение поршня относительно механизма преобразованиядвижения.Третья глава посвящена разработке математической модели привода сраздельным управлением группами поршней. Представлена общая модель такогопривода с кривошипно-ползунным механизмом преобразования движения иэлектрогидравлическими усилителями мощности в качестве распределяющихустройств.