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    0   . 0 C N S  O R A   F ME H NIA   N I E RI G HI E E J U N L O   C A C L E G N E N  基 于压 差 传 感 的 电液进 、 口节 流  出 独 立调 节原 理及 控 制特 性研 究 王庆 丰 顾I 临怡 路 甬祥 杭 州  30 2 ) 10 7  ( 江大 学流体传 动 及控 制 国家 重点 实验 室 浙摘要 提出了基于压差传感的进、 出口节流独立调节原理, 特荆适用于大惯性负载 的加、 减速爰制动过程控 制。理论分析  和试验表明. 采用该调节原理, 以缩短大惯性负载加速过程时间, 可 避免减速及制动过程 中执行器 出油侧的压力 冲击 . 提  高系统 的阻尼比, 是政善大惯性负载加速特性 、 解决大惯性负载减速及制动过程平稳性问题的有效途径之一。   敦词 : 进 1节漉独立调节   : 3中田分 类号 : TH 3   17出1节流独立调节 : 3压差传感大惯性负载 定压 力 以上 . 流量 q .由液 压 马 达 的 当前 转速 所  其 v20 前 言 对执行器进行速度控制 时, 常用的方法是在一  个 比例方向阀上叠加压力补偿器 ( 控制 比例方 向阀   阀 口两端压 差 近似 为 定值 ) 的结 构 ( 1 I2 图 ) , 。但   ,这种 结构 在对大 惯性 负 载 的加 、 速 过程 进 行 控 制  减 时存 在一 定 的问题 。这 主 要是 由于流 量控 制用 的 比  例方 向阀的两 个控制 阀口( 分别 控制执 行器 的进 、 出  流量 ) 是联 动 的 , 同时压 力 补偿 器在初 始状 态是全 开  的 , 补偿 特性较 差 。 且  决定 , 出油佣压力为 号 )却( ) ( ( ‘。   1   =   )  式中   ――液压油的密度  C― ― 比例方 向阀的 阀 口流 量系数 ― ―比例方 向阀 阀口的 面积梯度 z― ― 比例方 向阀 的阀芯位 移    a, /―― 压 力补偿器 的控制 压差  n q ―― 比例 方 向 阀阀 口流量 给定值  v 从, 上 。 式 可知 , 1结构 的控制 方 式存 在 以下 问  图题:  ( ) 加速过 程 中, 1在 液压 马达 的出 油惯仍具 有一  4 定 的压 力 , 且随着 液压 马达 转速 的提 高 而不断增 大 ,   从 而影 响了加速 过程 的快 速性 。   () 2 在减速 过程 中 , 果液压 马达 出油侧 的流 量  如 C, l2 v 与其 给定值 q , 差 较 大 , 会形 成 一个 较 大  vo 相 就 的压力 冲击 . 该压 力 冲击 甚 至 有 可能 会 超 过安 全 阀  的调 定压 力 , 使安 全 阀频 繁启 闭, 对系统 可靠性 及元  件 寿命造 成较 大影 响 , 同时 引 起 出 油侧 压 力很 大 波  动 , 响减 速过程 的平稳 性 。特别 在紧 急制动 时 ,   影 由 于 阀口紧 急关闭 , 压 马 达 出油侧 的压 力 在 理论 上  液将趋于无穷大 , 压力冲击很大, 一般导致负载剧烈振  荡, 是减 速过 程 中最恶劣 的一 种工 况。   () 3 在转速控制时 , 当液压马达的转速达到设定  值后 , 其两侧压力不能同时达到平衡, 由于此时系统  的动态 阻 尼 比很小 . 因而转速 仍会产 生一 定的波 动 ,  图 1 比倒方 向阀 +压力补偿器控制执行器速度原理图   且 波动 衰减得 很慢 , 不仅 影 响了 液压 马达 转 速 的平 稳, 而且延 长 了调节 时间。  以 阀控 液压 马达 系统 为例 ( 图 1。在 液 压 马  见 ) 达 的出油侧 , 如果 压 力 没 有升 高 到超 过安 全 阀的 调 * 国家 自然科学基叠 贷助项 目(9 7 0 0 。2 0 0 0   59 5 8 ) 0 0 8 7收刊初稿  2O12 O0 12收到修改稿 针 对上 述 问题 , 文提 出基 于 压差传 感 的 电液  本 进 、 口节 流独 立调节原 理 , 出 对其控 制特性 进行 了理  论分析 , 作 了相应 的试 验研 究 。 并   维普资讯 机械工程学报 第3 7卷第 4期 1 结构及工作原 理 如 图 2所示 , 于压 差传感 的进 、 基 出口节流独 立 调节 原理 如下 : 用 两个 独 立 调节 的电液 比例 节 流  采2 控制特 性 仍 以 阀控液 压马 达 系统 为 例 , 液 压 动力 机 构  其如 图 4所示 。  阀 2、, 中 , 口节 流阀 2用来 控 制执 行 器进 油佣  3其 进 的流 量 , 口节 流 阀 3用 来 控 制其 出油 侧 压力 。进  出 口节 流 阀 2的 阀芯位 移 和阀 口压 差分 别 由阀芯位移  传感 器 8和 压 差传 感 器 4检 测后 反 馈 到控 制 器 1  . 并通 过基 于压差 传 感 的计 算 流量 反馈 控 制 方 式 _ 3, 3  控制 进 口节流 阀的 流 量 ( 执行 器 进 油侧 流 量 )执行  ; 器 出油侧 压力 由压 力传 感 器 7检测 后 , 馈 到 控制  反 器, 以实现 执行器 出油 侧压力 的控 制 。  图 4萋 十 雎 差 悸 婚 的 迁 、 口  褫 独 立 调  出单元控制执行器速度的原理I  1 t在 液压 马 达进 口侧 , 对进 口节 流 阀采 用压 差传 感的计算流量反馈控制, 其流量为[  g  g v  式 中 图 2 基:N ̄ 传感的进、 P- 出口节流独立调节控制单元结构 1 控 嗣器 2 进 口电液 比悄节流阔 3 出 口电液比悄节流阀  . . 4 5 压差传感器 6 7 压力传感器 8 阀芯位移传感器  , 、.(  声) 1 () 2 ― ― 节流 阀的 动态流 量―压 差增益 () 3 由于执行 器 出油 侧 的压力 由独立 调节 的出 口节  流 阀 3进行 控制 , 不 再 受 执行 器 进 油佣 流 量 的影  而响, 因而 在大惯 性负载 的加 速过 程 中 , 以通 过保 持  可动态 流量―压 差增 益 的大小取 决于计 算流 量 反  馈控 制器 的动态增 益 g( 和 阀 芯位 移 的动 态增 益   ) ,()可 以通 过对计算 流 量反馈 控制器 参数 的调 整  v ,   来 改变该 增益 对 流量给定 值 或阀 口压差 变化 的响应  速 度 , 而获 得较好 的流量控 制动态 特性    从 3。 在 液 压马 达 出 口侧 , 通过 出 口节 流 阀对 液 压马  达 出油侧 压力 加 以控 制 , 该 压力 控 制 环 节 的 固有  且 频率 一般 远 高于大惯 性负 载 液压动力 机构 的 固有 频 出口节流 阀全开 的 方 法 缩短 加 速 过程 的时 间 , 其  在 减速 和制 动过程 中 , 过 对执 行 器 出油 侧 压力 的控  通 制避 免该佣 的压力冲击 。其 控制 框图如 图 3所示 。  率, 因此可 以近似地认 为液压马达 出油侧压力 P  , 就等 于其 给定 值 P2 o  P =Po 2 z   () 4  因此 , 惯 性 负载 液 压 动力 机 构 可 以看作 是 一  大 个 以进 口节流 阀流 量和液 压 马达出油 侧压力 给定 值  为输入 信号 , 制液 压 马 达转 速 的 双输 入单 输 出 环  控 节 , 开环 传递 函数方块 图如 图 5所示 。 其   由 图可得 液压马 达 的转 速 及其进 油侧 的压力 可 表示 为 图 3 控制框 图   维普资讯 2o 0 1年 4月  王庆丰等 : 基于压差传感的电液进 、 出口节流独 立调节原理及 控制特性研究 m2  3z。 、粘性 阻尼 系数 为 03  g m2s   .7k ? ?一。 液压 马 达两侧 容积 除 以液 压油 体积 弹性模 量的 商为 1 5  d MP 。 .8n / a  液压 马 达排 量为 1 7 /。 0  r  ml 油 源最 高压力 为 1  I  5MP 。 R, ,  油 源最 大输 出 流量为 9  /A ( 应 于 液压 马  5L m n对图 5 强 豆 朔 币早 兀 捏 利 太 便 住 负 载 运 发 聍 达的转 速约 为 80rri)  8 / n 。 a开 环传递函数 方块 图 叫∞( )= s  Vt图6 为采用基于压差传感的进 、 口节流独立  出 调 节原 理控 制结 构 ( 2 对 大 惯性 负 载 加 、 速 过  图 ) 减)   程 进行 控制 的液压 马达转 速及 其两侧 压力 的动态 曲  线 。由图可 知 , 采用 基 于压差传 感 的进 、 口节 流独  出 立调节 原理 可以有 效 地 实 现 大惯 性 负 载 的快 速 、 平 稳 加 、 速和制 动 。 减  +  +c  (  ) 叫   B    ̄m q  V() 5  P1s   ()= ( B )o ) ( i +  + mq ( +J  ̄    ̄  C   ∞  +(   ()  + 。) (   ‘口 目  、 # 芏  、 A  A ( + ++     2  _)    p _ h() 6 础 样 式 中 }  液 压动力 机 构的 固有频 率 f―― 液压 动力 机构 的阻尼 比  h图 6 采用压差 传感 的进 、 口独立调节原 理后  出叫   h=() 7 大 惯性负载 的加 、 速过 程  减√ 螯+ + )   ( C c+    √√  + B  () 8 4 结 论 () 用进 、 口节 流 独立 调 节原 理 , 以在 大  1采 出 可 惯性负载 的加 速 过程 中, 过 加 大独 立 调 节 的 出 口 通   节流 阀开度 以保证 其快 速性 ; 在减 速和制 动过 程中 ,   通过独 立调 节 的出 口节 流 阀将 执行 器 的出油侧 压力 由式 () 8 可知 , 用 基 于压 差传 感 的进 、 采 独立 调  节原理 , 液压动 力 机构 的 阻尼 比 中增加 了一项 流  其量一 压 差增 益 8 v 勺  。 该 流 量一 压 差 增 益 可 以  g /△控制为给定值, 从而避免 了出油佣的压力冲击 , 提高  了大惯性负载减速和制动过程的平稳性。   () 2 通过基于压 差传感 的计算流量反馈控制方 法 , 独立调 节 的进 口节 流阀 流量 进行控 制 , 对 采用 增  大其 流 量~ 压 羞 增 益 a v 3 p 的 方 法 , 高 系 统  q /A 提 的阻尼 比 , 而保证 了大 惯 性 负 载减 速 及 制动 过 程  从 的平稳 性 , 缩短 了调 节时 问。 并   () 3 由于结合 了压差 传感 与进 、 口节流独立 调  出 节各 自的优 点 , 决 了 比例 方 向 阀 +压 力 补偿 器 结  解 构的控制 方法 在 对大 惯 性 负 载 的加 、 速 和制 动 过  减 程进 行控 制 时存 在的多个 问题 。  参 考 文 献 1 lh ru K, ha  , y  ̄   e i   Oc i M To o y i T. i lt n su y0 o d Smuai  td   fla   o通过对进 口节流 阀流 量 控 制 器 的调 节来 提高 , 而  从 最 终提高 了该 液 压动 力 机 构 的 阻尼 比 , 证 了大 惯  保 性负载 减速 及制 动过程 的平 稳性 , 并缩短 调节 时 间。  同时由于可 以通过独立调节的出口节流阀将执行器 的出油侧 压力 控 制为 给 定 值 , 而 避 免 了减 速 和 制  从 动过程 的压 力冲 击 , 高 了 大惯 性 负 载减 速 和 制 动  提过 程 的平稳 性 。  3 试 验 研 究 试 验装 置采 用高速 液压 马达 直接 驱动飞 轮作 大  惯 性负 载 , 其主要 参数 如下  马达 回转部分 与飞 轮 的总 转 动 惯 量 为 5 1【? . g  lsn ig d rmi so   y rui e cv tr I : ud P -e , e s   ya i   n h da l  xa ao . n Fli  ov r  n c c .Prc 0  eS o dJ S I en tmg S mp  ̄u o   ud o . ft  e m h HP  ntrak d y o m n F i    l 维普资讯 机P we , k o,9 3 o rTo y 1 9  械工程学报 第3 7卷第 4期 Ab ha t A 删 tri mee-i  n e e d n e uae   ̄ t   s .c  e_ n, trtl id p n e trg ltd e ml t2 P te s ̄ H, r sP J n s A, ta. i n o  [ ue   et c m K u  . a s ̄ e 1De g   f e r    弱∞mp ∞ D } o  a   n ig h d a l  y t 目   frl ds sn  y rui ss ̄a 【 no ed  o e c n: ce ― ig ft e1 9     n so h 9 6 U= l tr aio     n en t  ̄l c Cc ∞ C n  o一picpeNsd o   rs r  eraes sn  sa vn e wh c   r il  te  n pes edce s  ̄.ig i d a cd. ih n u o   b   p ld i  e c ̄ mlo o ea p e  n t  e t   f ̄ :lrt n. eeeain a d i h eeal de lrt   n   o ob a epc e o  ih iet   a sReut  lw h ta  l 一 rk  rc  ̄ fhg  n ri l d . s l a 0 s 0 ta o 衄   t n po es u g n ri i  rcs d iuie t o aka si d s吐州  耐 ,} lre 髓涨 t ag   挖  竹d, r Pat2d  E ee , . .9 6 2, x t rU K. 1 9  3 顾 临怡 , 王庆丰 . 采用计 算流量反 馈的流 量控制方 法及  特性研究 . 机械工程学报 ,99 3 ( )9 -9  1 9 ,54 :6 8 4 孙 明 堂 . 力补偿 阀在液压 系统 上 的应用 . 压 与气  压 液 动 .9 6 1 :9 0 19 () 1  ̄2 c  i h    ̄ l   ieo a 岫 ∞f 0 Id b   v ie   n  te n te c t t s     c ae d   。1   e aod d a d h   l【 锄 ∞     eice. d b nra  ̄ i &tl ̄t a n -e i   e ca mt,  ai  t e  ̄ xl rt o h   g oa db a ep oe ̄o  ih i xi 1as at   h   f e l i n   rk   res f h   o t  0 d  fe t i p n l e s g n a r s i p   a o td I sa df in a  ̄ e .ti Ⅱ i e twa t ov h  mm t  ̄ p be   c y o slet es t me o m  r l o  eeeaina db fd elrt  n    o 口 0   。  ih iet    ̄ s  r0 fhg   ri l d . n acRES EARCH  ON  R CI  凰 AND  P]D  P1e     【 w y: t -  n e e d n  eu d  Mee-u id ― Me r n id p n e trg  ̄t ei t o t n e   ̄  pn e trg ltd e d n  e uae  P esl   e Be sn ig rst e d   s  esn   rP ERF ORM ANCE    ET OF M ER-N, I  M匝 T ER  【 D m EPENDENT 0     REGULAI 皿 姗 BAs衄 0N  PREss m E  l作者蕾 介H出 iet   d  nrab 8 i王庆丰 , 16 男,9 3年出生 . 士 . 授, 士生 导师 . 博 教 博 新江  大学渣体传动 及控制 国家重点宴验室 副主任。主要研 究顿域 : 电液  控毒 工程、 I 电液振动控制 、 机电系统计算机拉 毒等。获浙江省科技进  I 步二等奖 1 , 项 发表著作( 音著) 本, 文近 3 篇。 1 论 0  AS sE E  ]N Ⅱ  Wa g Qig eg GUL n i L   o g in   n   n fn   r iy  u Y n xa g  (hj n   iesy) Z ei gUnvri   a t-■}- - }- ■} 。  ■} ■ ■}- ●- - }  ■} ■- ■} - }- ■}- ■ ■}■ }- ■} ■} : : - ● ● 蛳    -。 ■}: - -   ■}。 ●   ■}-  ■ ■}- ■ - }- ■}- } ■}- ■ }- ■}-   ■}- ■}- ■(z 第 1 ) J接 1页   缺点 , 遗传 算法不 失 为一 种很 好 的解 决办 法 。遗 传  算法 和模 糊控 制 的结 合 , 已经 成为 智 能 控制 的一 个  新 的研 究热 点。本 文 的仿 真 研究和 实车道 路试 验都  表明 , 遗传算 法是 一种有 效 的大范 围的寻优 算法 。   参 考 文 献 F ZY C0 Il   UZ   N 】0L 0  T HE  ANr   rVE瑚 砌 ’   TART SS   PR0C E BAs D  E ON  GENET C A l   LG0RⅡ H M   Z a nn   h n ig ( a si  ̄.nh (  m Unvri   i sy) e tCeAn i  , ln1 葛 安林 . 车辆 自动变速理论 与设计 . 京 : 北 机械 工业 出  版社 ,9 3 1 9 Abn s (inUn ̄'i   Jl   i, t i r y) sAfe I  zr te sat g o eaino   p ∞ c   tra1 i h  tri  0 rt  f a 曙 n o 0:  d2 涂 承宇 , 辣承嫒 , 晓莱等 . 杨 模糊控 制理 论与实践 . 地震 出版社 ,9 8 19   3 张毅 . 人厚 . 于遗传算 法 的多变 量模糊控 制器 的设  李 基 计 . 控制理论与应用 ,9 6 1 ( )4 9 4 6 19 ,3 4 :0 - 1  4 恽 为民, 席褡 庚 . 遗传算法 的运行 机理分 折 . 制 理论  控 与应用 ,96 1 ( )2 7 34 19 ,3 3 :9 - 0 5 I n e D A, 0    Akm Ny l H O.  ̄n t   l et m frfry C ei a il e g:  ̄ o u  d iesa fzy o nd  t tg whc   a  el tte d vr ’ r r, uz   ∞ v sr ey a ih c n rte h   r es  e i sa t g itn in i p tfr r .  ̄- e   n t ep o l ta  tri   e t  s u  owad F u do  h   rbe h t n n o   s m od i f  e ̄ml r ei s xdwi   lt fu j t e 0t l   s nimi ed g e t ao    b ci   h os e vfeesa d te fzy o n0k  sdtiut t pi at ̄ n  h  uz     If i i c l O0 t f   m  , n t   Ge ei c Al 群 t r i a pid t p miet e 吸哪 啪 hn s p l   e Oo t z h   i 。 uz   甘n   ffzyr n ―b rNp fn t  ̄s ftesat g fz ye ̄t l r i la eu ― es  u ei    h  tri   z  c m l .Smutn o s  c o n u el, a i lt n y  smuai  mo e { o dl   sl' ̄ tll t t i etbk  ̄   s sa l   d I  c t 1哑 e r  na1 1 15 6 ~ 8 P e― ̄t ml yA p. 19 . 4 ( )  n i C ml ∞r p 1, 9 5 1 2 3 :Sn圳h k Ro d t n a   a i lme td b   I  h   pi zd 埋 mpe ne   y l te o t g mie   efcie  fet . vfzyo | u ,w量c } sb ∞   D u z  。l   仃0 1 h 吼  e i  1e 0yw啊出 ; tmai n d ̄ elt m mi o   Vej  叫 一 Auo t re c a r a  ̄ n hdes  ig F zye  ̄ ml Ge e i a oih n   u z  c t   n tc l rtm   g作者筒 介齐 占宁 , ,9 5年 出生 , 男 17 清华 大学 车辆工程 专业博 士  生 。从事车辆 自动操纵理论 与应 用、 电动车与 混合 动力汽车 系统 建 模 仿 真 及 控 制 策 略 研究 。  
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