检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2025年第2期46卷 319-334页

作者：姚静杨帅王梦阳王佩燕山大学机械工程学院秦皇岛066000 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066000

高速开关式数字阀是航空液压系统核心控制元件之一,直接关乎飞行器的性能与运行安全。响应时间是数字阀首要指标,通过提高激励电压可以有效改善动态特性,但容易造成过多能量消耗和温升,进而带来电磁力等多方面性能退化,甚至出现匝间击... 详细信息

高速开关式数字阀是航空液压系统核心控制元件之一,直接关乎飞行器的性能与运行安全。响应时间是数字阀首要指标,通过提高激励电压可以有效改善动态特性,但容易造成过多能量消耗和温升,进而带来电磁力等多方面性能退化,甚至出现匝间击穿、烧毁等安全事故。针对以上问题提出了一种新型低功耗数字阀。在磁路中引入永磁体,利用永磁体的磁场维持工作状态,仅在启闭过程激励瞬时电压,从而降低阀的功耗,以减弱数字阀高响应与低温升之间的设计矛盾。在此基础上,分别建立了永磁体磁场和电磁场混合励磁下低功耗数字阀的理论模型和有限元模型,研究了关键参数对其电磁特性、动态特性和能耗特性影响。最后,搭建了数字阀试验台,对仿真模型及分析结果进行验证。试验表明,与搭配先进控制方法的传统数字阀相比,低功耗数字阀启闭响应时间分别缩短49.3%和35.6%,流量可控区间扩展20%。大占空比下,低功耗数字阀温升最高降低40℃,且温升不受占空比影响,低功耗数字阀对提升航空液压系统性能及安全性具重要意义。

关键词：低功耗数字阀磁场耦合动态特性静态特性温升

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考虑时滞因素的负载口独立系统模式切换平稳性研究

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中国机械工程 2025年第3期36卷 414-425页

作者：陈俊翔姜宏达孔祥东艾超燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004

负载口独立阀在液压系统中实现进出节流口解耦控制,可支持多种控制模式,但由于切换时系统动态响应和控制器时延易导致系统模态与控制器模式异步,引发压力冲击和失稳问题。提出了一种基于负载口独立系统的稳定切换策略,该策略引入“慢切... 详细信息

负载口独立阀在液压系统中实现进出节流口解耦控制,可支持多种控制模式,但由于切换时系统动态响应和控制器时延易导致系统模态与控制器模式异步,引发压力冲击和失稳问题。提出了一种基于负载口独立系统的稳定切换策略,该策略引入“慢切换”思想,考虑系统时延并结合Lyapunov稳定性理论,基于模态相关平均驻留时间提出异步切换系统动态驻留时间的边界值求解方法。相比于传统平均驻留时间方法,该方法得到了更短驻留时间,解决了线性切换系统异步切换下的稳定控制问题,既保证了切换瞬间的稳定性,又能减小驻留时间对系统响应的影响。基于抢险救援车斗杆挖掘动作进行控制策略仿真验证,结果表明,存在时滞情况下,模式切换前后液压系统压力冲击减小80%以上,执行器速度振荡幅值降低接近20%,有效改善了抢险救援车执行机构的运行平稳性。

关键词：时滞系统模式切换负载口独立压力/流量控制

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面向数字阀组压力脉动的复合被动稳压结构设计

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机械工程学报 2025年第8期61卷 344-351页

作者：姚静张昊宋英哲王佩燕山大学机械工程学院燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室徐州工程机械技师学院

数字液压系统中数字阀组切换会导致低频压力脉动，然而目前传统压力脉动衰减结构主要针对于高频脉动工况。因此，提出一种利用柔性衬里及压力波的相位相错振幅相消原理实现双重滤波的压力脉动衰减结构。首先，采用一维解析法及电液比拟... 详细信息

数字液压系统中数字阀组切换会导致低频压力脉动，然而目前传统压力脉动衰减结构主要针对于高频脉动工况。因此，提出一种利用柔性衬里及压力波的相位相错振幅相消原理实现双重滤波的压力脉动衰减结构。首先，采用一维解析法及电液比拟法建立其传递矩阵数学模型，基于Matlab数值仿真模拟，分析柔性衬里体积模量、颈部直径、HQ管等关键结构参数对低频压力脉动衰减效果的影响规律；其次，匹配数字阀组低频压力脉动工况进行了样机结构参数设计；最后，搭建压力脉动测试试验台验证低频压力脉动的衰减效果。试验结果表明，所提出的复合型压力脉动衰减结构在10～50Hz及85～100Hz频率段内平均插入损失达到5 dB以上，最大试验值可达11.95 dB。研究成果对低频压力脉动衰减结构设计提供理论支撑和分析方法新思路。

关键词：数字阀组低频压力脉动压力脉动衰减传递矩阵数学模型

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负载口独立双阀芯电液阀的结构优化

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中国机械工程 2024年第10期35卷 1747-1761页

作者：陈俊翔齐钒羽姜宏达孔祥东金振林艾超燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004

为研究负载口独立电液阀系统结构参数对主阀微动特性的影响,基于功率键合图理论,建立了电液阀系统状态空间方程,采用一阶灵敏度方法,分析了系统参数对主阀微动特性的影响规律;反馈控制系统的先导结构参数对主阀运动特性至关重要,以系统... 详细信息

为研究负载口独立电液阀系统结构参数对主阀微动特性的影响,基于功率键合图理论,建立了电液阀系统状态空间方程,采用一阶灵敏度方法,分析了系统参数对主阀微动特性的影响规律;反馈控制系统的先导结构参数对主阀运动特性至关重要,以系统不产生自激振荡与最佳阻尼比为约束条件,对先导级死区宽度、阀口形式、进回油阀口匹配系数进行研究,实现了先导级主级最佳匹配。研究结果表明,对主阀微动特性影响较大的因素依次为主阀芯所受摩擦力、非弹簧控制腔液容、导阀入口到主阀控制腔管路液容(非弹簧侧)、主阀弹簧预紧力,对上述影响参数进行优化的同时,当导阀死区宽度δ≤0.25 mm,阀口形式为U形阀口,进回油阀口匹配系数η=0.53时,系统综合性能可得到有效提高。

关键词：电液阀功率键合图一阶灵敏度自激振荡结构优化

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基于状态估计的轮毂电机驱动控制策略研究

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农业机械学报 2024年第10期55卷 456-466页

作者：权凌霄唱荣蕾耿冠杰郭锐高静郭长虹燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004

为克服轮毂电机响应慢,控制精度和抗干扰性差的难题,本文在滑模控制(Sliding mode control,SMC)的基础上,开发基于转速和角度在线状态估计的超螺旋滑模(Super-twisting sliding mode control,STSMC)轮毂电机转速转矩联合控制策略。采用... 详细信息

为克服轮毂电机响应慢,控制精度和抗干扰性差的难题,本文在滑模控制(Sliding mode control,SMC)的基础上,开发基于转速和角度在线状态估计的超螺旋滑模(Super-twisting sliding mode control,STSMC)轮毂电机转速转矩联合控制策略。采用单移线工况,轮毂电机汽车匀速换变道时分别对各轮毂电机进行转速控制,满足阿克曼转向要求,变道后采用正弦过渡方法对各轮毂电机进行转矩控制,电机快速平滑输出期望转矩,车辆直线加速。为防止转速和角度传感器误差或者损坏,轮毂电机控制中采用最大相关熵平方根广义高阶容积卡尔曼算法(Maximum correlation entropy square root generalized high-order cubature Kalman filter,MCSRGHCKF)对转速和转子角度进行无传感器估计,实验测试得到转子角度估计误差为-0.05 rad,转速误差为0.3 r/min,满足电机控制要求。从电机启动到匀速运行阶段采用STSMC算法控制,转速超调量为6.33%,最大输出转矩为0.35 N·m,响应时间为0.22 s,稳态转速脉动为±0.5 r/min,转矩脉动为±0.01 N·m,相比PID和SMC算法,控制效果更佳。在转速切换转矩控制,转矩可按照正弦函数平滑过渡,最大超调仅为2.86%,电机运行平稳。

关键词：轮毂电机控制策略状态估计最大相关熵平方根广义高阶容积卡尔曼算法

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斜盘式轴向柱塞泵柱塞颈部最小直径设计

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机械工程学报 2024年第4期60卷 430-437页

作者：李莹张嘉方张钊墉王鑫丞张晋孔祥东燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004

为了解决斜盘式轴向柱塞泵在高速高压下产生柱塞颈部断裂的问题,对柱塞泵柱塞颈部的设计及校核开展研究,提出柱塞颈部最小直径的设计方法。基于排油区柱塞滑靴组件的受力分析,建立高压下柱塞颈部受力模型。基于应力-强度干涉分布理论,... 详细信息

为了解决斜盘式轴向柱塞泵在高速高压下产生柱塞颈部断裂的问题,对柱塞泵柱塞颈部的设计及校核开展研究,提出柱塞颈部最小直径的设计方法。基于排油区柱塞滑靴组件的受力分析,建立高压下柱塞颈部受力模型。基于应力-强度干涉分布理论,结合柱塞颈部应力分布和柱塞疲劳强度,提出柱塞颈部疲劳可靠度表达式,得到轴向柱塞泵柱塞颈部最小直径。利用有限元法对最小颈部直径柱塞进行静力学仿真分析,结合应力云图实现柱塞强度的安全性校核。在额定工况下,对根据柱塞颈部最小直径的设计方法设计出的轴向柱塞泵开展了容积效率和机械效率试验,利用本研究的设计准则针对同类产品的轴向柱塞泵柱塞颈部进行设计验证,验证所提出的柱塞颈部最小直径设计方法的合理性。

关键词：柱塞颈部轴向柱塞泵应力场仿真静态可靠性应力-强度干涉

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电液3-UPS/S并联稳定平台参数振动特性分析

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振动与冲击 2024年第5期43卷 52-61页

作者：袁晓明王维锜庞浩东张立杰燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004

针对电液3-UPS/S并联稳定平台驱动液压缸的压力脉动所产生的参数振动,建立了稳定平台的参数振动方程并利用多尺度法求解了主共振响应与组合共振响应的一次近似解;分析了主共振与组合共振响应特性以及振动幅值在初始工作空间内的变化规律... 详细信息

针对电液3-UPS/S并联稳定平台驱动液压缸的压力脉动所产生的参数振动,建立了稳定平台的参数振动方程并利用多尺度法求解了主共振响应与组合共振响应的一次近似解;分析了主共振与组合共振响应特性以及振动幅值在初始工作空间内的变化规律,最后采用四阶龙格库塔法与模态试验对参数振动模型进行验证。结果表明:数值解与理论解之间的最大误差为4.20%,固有频率理论值与试验值之间的最大误差为4.66%,可验证参数振动模型的正确性。

关键词：电液3-UPS/S并联稳定平台压力脉动参数振动多尺度法振动特性

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自激振荡脉冲空化射流喷嘴谐振机理及协同优化研究

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机械工程学报 2024年第16期60卷 377-389页

作者：袁晓明王宁王卫东张立杰朱勇燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室秦皇岛066004 消防应急救援装备应急管理部重点实验室上海200032

自激振荡脉冲空化射流喷嘴的打击力峰值和打击力脉动幅值是衡量其射流性能的重要指标,对其进行准确预测具有重要的理论和工程实践意义。为探究自激振荡脉冲空化射流喷嘴内外流场的演化机理,建立该喷嘴射流过程仿真模型。以入口圆角、腔... 详细信息

自激振荡脉冲空化射流喷嘴的打击力峰值和打击力脉动幅值是衡量其射流性能的重要指标,对其进行准确预测具有重要的理论和工程实践意义。为探究自激振荡脉冲空化射流喷嘴内外流场的演化机理,建立该喷嘴射流过程仿真模型。以入口圆角、腔径、腔长、下喷嘴直径为设计变量,以打击力峰值和打击力脉动幅值为目标变量,将正交试验法、反向传播神经网络与非支配排序遗传算法相结合,确定自激振荡脉冲空化射流喷嘴协同优化设计方法。计算结果表明,在入口压力为1 MPa时,各因素对喷嘴综合射流性能影响的主次顺序依次为入口圆角、下喷嘴直径、腔径、腔长;协同优化结果比正交试验最优结果的打击力脉动幅值提升62.68%,打击力峰值提升1.13%;喷嘴最优结构能产生明显的脉冲空化射流,喷嘴内腔空化区域随时间做周期性缩张;入口压力越大,谐振腔内空化强度越高,射流中空泡含量越高。基于协同优化结果,采用3D打印技术加工自激振荡脉冲空化射流喷嘴流场可视化试验模型,通过试验验证仿真模型的正确性。所得结论为自激振荡脉冲空化射流喷嘴设计理论的发展提供支持。

关键词：自激振荡脉冲空化射流喷嘴谐振机理协同优化

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时变负载下旋挖钻机行走系统抗干扰控制研究

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机械工程学报 2025年第8期61卷 413-422页

作者：贾存德赵喆伟孔祥东张珍年许宏宇艾超燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室燕山大学机械工程学院燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室北京三一智造科技有限公司

针对旋挖钻机在非平整路面行驶阶段，左右履带负载时变引起的行驶稳定性与倾覆风险问题，提出一种基于负载扰动观测和线性二次型最优(Linerar quadratic regulator, LQR)的抗干扰复合控制策略。以某型旋挖钻机行走系统为研究对象，分析... 详细信息

针对旋挖钻机在非平整路面行驶阶段，左右履带负载时变引起的行驶稳定性与倾覆风险问题，提出一种基于负载扰动观测和线性二次型最优(Linerar quadratic regulator, LQR)的抗干扰复合控制策略。以某型旋挖钻机行走系统为研究对象，分析坑洼路况下行走马达的负载变化情况。建立液压系统数学模型，通过负载扰动观测器在线估计负载力矩，并设计基于LQR的行走加速度控制器，将负载估计量与系统状态变量前馈到系统输入，形成对阀芯位移进行前馈补偿的旋挖钻机行走系统抗干扰复合控制策略。仿真与试验结果表明，所设计的控制器能有效抑制负载扰动对行驶稳定性的影响，在相同路况下，与原主机相比，采用抗干扰控制后的主机速度波动峰值降低了84.7%，加速度波动峰值降低了81.3%，桅杆最大晃动量降低了52.5%。

关键词：行走液压系统稳定性负载扰动观测器抗干扰复合控制

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基于阀芯位移软测量的数字阀智能驱动方法研究

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机械工程学报 2024年第4期60卷 155-166页

作者：姚静杨帅殷航王运昌王文静丘铭军燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004 中国重型机械研究院股份公司金属成形技术与重型装备全国重点实验室西安710032

针对数字阀在目前驱动方法控制下存在动态响应慢、静态线性可控区间小、电能损耗较高等问题,提出一种基于阀芯位移软测量的数字阀智能驱动方法。建立数字阀机理模型,分析数字阀动态响应过程,得到驱动电压和阀入口压力是影响数字阀响应... 详细信息

针对数字阀在目前驱动方法控制下存在动态响应慢、静态线性可控区间小、电能损耗较高等问题,提出一种基于阀芯位移软测量的数字阀智能驱动方法。建立数字阀机理模型,分析数字阀动态响应过程,得到驱动电压和阀入口压力是影响数字阀响应速度的关键参数;建立阀芯位移软测量模型,通过有限元仿真和试验修正温度对位移软测量模型的影响,精度达到92.04%;基于关键参数对数字阀动态响应的影响规律,提出一种智能驱动方法,阀芯位移软测量值作为多级工作阶段精准切换的条件,维持阶段驱动信号智能调节以适应压力的变化;搭建数字阀性能测试试验平台,验证智能驱动方法的有效性。结果表明,相较单电压驱动方法,智能驱动方法下阀芯启闭时间最高缩短43.9%,占空比-流量特性曲线线性区间最高提升20%,饱和区间均在10%以内,电能损耗降低66%。该智能驱动方法有效提高了数字阀的动静态特性,降低了线圈电能损耗。

关键词：数字阀位移软测量动态响应智能驱动方法节能

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