设计一种水力自摆移动式消防水炮,采用阀控缸系统作为水力自摆控制系统,利用自身水压力驱动水液压缸带动水炮炮头摆动,并采用机械反馈装置使其自动换向。采用Fluent流场仿真软件对水炮流道结构进行仿真,具体分析了不同进水口压力和不同炮身直径对出口速度的影响规律,结果表明所设计的消防水炮水力学性能较好,结构比较合理。初步实验验证了该水炮能满足灭火覆盖范围和射程的要求。其相关结论也可为其他规格类型的消防水炮设计提供参考。

采用扩展键合图理论建立了某三自由度阀控缸系统键合图模型,该模型考虑了系统伺服阀阀口的流量非线性、伺服阀的饱和特性以及动力机构的时变特性,仿真结果表明该模型能准确地反映系统的动态特性.

通过在阀控液压缸系统中加校正环节来提高系统刚度,减小了比例方向阀动态特性对系统性能的影响,使系统流量的输出与输入电流成线性关系,消除负载对系统输出流量的影响。经过流量补偿后的阀控液压缸系统可以根据补偿的需要输入相应的电流就可以进行较好的跟踪运动,保证了系统的补偿效果。

现有电液控制系统为控制液压缸位置,采用比例阀或伺服阀,造成了非常大的节流损失。为改善能效,提出了一种采用电-机械执行器和液压缸的新型液-电混合驱动系统,电-机械执行器用于控制负载运行速度和位置,主要克服惯性力;液压缸主要克服外负载力。为了抑制二者之间的耦合影响,电-机械执行器采用位置闭环控制,并在转矩环补偿干扰力。控制阀主要起液压缸换向作用,节流损失很小,以设定的电-机械直线执行器输出力阈值为基础,通过调节泵压力(液压缸进油压力)或阀开口(液压缸回油压力)控制液压缸输出力。研究结果表明,所提系统具有与阀控缸系统相同高的控制精度,并可大幅减小节流损失。与阀控缸系统相比,液电混合驱动系统能效提升了43.1%。

以阀控非对称缸系统为研究对象,为得到系统的准确模型以及提高系统的位置控制精度,对系统进行辨识。针对液压缸的非线性和非对称性,提出基于位置基准和位置闭环双PID相结合的位置控制方法。建立阀控缸系统数学模型;依托力士乐液压实验平台和NI测控系统,分别从时域和频域两个角度对阀控缸系统进行辨识,得到系统准确的数学模型。基于该数学模型,分析系统特性。对所设计的阀控非对称缸位置控制策略进行实验验证。结果表明:在保证系统稳定裕量的前提下,该系统可实现较高精度的位置控制。

针对阀控缸系统稳态跟踪误差的收敛时间均为非有限时间内收敛到0的问题,提出了一种终端滑模控制方法。解决了液压系统非有限时间收敛问题,使得跟踪误差在有限时间内收敛到0。首先,运用终端滑模控制方法通过构造终端函数方式引入非线性项,设计终端滑模面来保证系统的全局鲁棒性和稳定性;其次,基于Lyapunov稳定性理论设计终端滑模控制器,保证位置跟踪误差在有限时间内收敛到0并验证其稳定性;最后,利用阀控缸系统模型以正弦信号及其衍生信号为参考信号对控制策略进行Simulink仿真,表明了终端滑模控制方法的可行性与有效性。

针对伺服阀控缸作动器测试平台的物理模型，基于液压伺服方程建立了测试平台的数学模型，找出了电液作动器输出位移与负载模拟器输出力的耦合关联，并基于速度同步控制原理设计了多余力补偿环节。搭建了测试平台的AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真模型和实验平台，进行了多余力抑制仿真和实验研究。结果表明：多余力补偿环节能够有效抑制多余力，提高负载模拟精度，测试平台数学模型、联合仿真模型准确度较高。

研发异形断面盾构机构是当前各国迫切需要研究解决的重大问题.而研究异形盾构掘进机应先解决盾构掘进机的主要核心部分—刀盘切削机构.提出了一种新型的异形断面盾构切削机构建立了该切削机构挖掘截面的计算模型并详细分析该机构的动作要求确定了电液比例控制系统的方案.建立非对称比例方向阀控制非对称液压缸的数学模型获得了切削机构电液比例位置控制系统的传递函数并采用MATLAB/Simulink软件进行了液压系统的建模仿真为后期的分析提供了理论依据.

针对系统的活塞随油液流速变化而变化的运动特点研究阀控缸系统的水击振动特性定义了动边界的概念在频域内利用传递矩阵分析法推导了阀控缸系统的动边界传输方程以及动边界传输压力幅值比特征方程。通过与定边界条件下仿真比较表明在动边界条件下系统会激发出一个频率为214·32Hz的谐振波易引起系统的谐振揭示了活塞截面处的油液耦合水击的响应幅值变化范围较大、衰减缓慢的规律在系统设计、改进时忽略动边界对系统的影响会造成较大的误差。

从解决比例阀控制非对称缸系统存在的超压问题入手，分析因加工误差引起的各阀口重叠量不一致这一非线性因素对系统性能的影响，建立考虑阀口误差的阀控非对称缸系统的非线性状态方程模型和键图模型。应用这两种非线性数学模型分析一实际非对称阀控制非对称缸系统的压力特性，与试验结果的对比分析验证了所建的非线性数学模型的正确性。仿真和试验研究揭示比例阀控制非对称缸系统的阀口误差对系统性能影响较大，往往是引起有杆腔压力超过供油压力的主要原因。通过大量仿真研究获得了阀口误差与系统超压之间的关系，研究表明适当提高比例阀阀口的加工精度有利于消除超压现象和提高系统的性能，进而建议将某些比例阀阀口误差控制在最大阀位移的0．5％以内。给出的两种非线性数学模型具有通用性，可用于对各类阀控缸系统进...