目前AMT伺服系统大多采用液压或者电机驱动,与这两种方式相比,气动系统具有安全、环保、动作较快等优势。作为其核心控制元件,高速开关阀的性能决定了系统的整体性能。以阀的动作频率、线圈温升与声速流导为指标,设计了一种高速开关阀。首先通过计算确定了阀的主要尺寸及参数,然后仿真分析了阀的动静态电磁特性、阀芯位移响应曲线与阀的温度场,结果表明,阀的动作频率与线圈温升均满足设计要求;接着,对影响阀性能的参数进行了因素分析,根据分析结果进行了多目标参数优化,既降低了线圈功耗与温升,又满足了设计要求;最后通过实验验证了第一代阀基本满足设计要求。

高速电磁开关阀与普通电磁阀相比具有较快的切换速度,开关切换时间一般在10 m s以内,其开关切换时间与其驱动电路有着密切关系。为了缩短高速电磁阀的切换时间,根据高速开关阀的驱动需求,基于通用集成电路及分立元件设计了一种新型的驱动电路。该电路能独立设置峰值电流、保持电流以及峰值电流持续时间等控制参数。仿真和试验结果表明,该电路具有优越的动态性能指标,对提高高速开关阀的动态性能具有参考价值。

高速开关阀控数字变量泵是一种新型的数字化液压控制系统。通过输入PWM信号对高速开关阀进行开关控制,从而对轴向柱塞泵进行流量调节。传统PID控制器对高速开关阀的控制已无法满足当今液压系统快速响应、高精度、自适应性等的控制要求。因此本文设计了CMAC自适应PID控制器应用于高速开关阀控数字变量泵的控制系统,并利用"Simu Cosim"接口,将AMESim与Simulink结合,进行联合仿真,并对控制系统进行分析。结果表明CMAC自适应PID控制系统有较高的控制精度,同时也保证较快的响应速度,在突变和干扰情况下,调节速度较快,使系统具备较高的鲁棒性。

针对工程实践中灯泡贯流式机组因低水头、大流量、机组转动惯量小而难以控制等问题,以白俄罗斯维捷布斯克水电站机组调速系统为研究对象,介绍了基于数字插装阀技术的调速系统结构和基本原理,分析了数字插装阀技术解决上述问题的相关策略和优势。详细地分析了维捷布斯克水电站调速系统在解决甩负荷过程中过速及低频灭磁问题的有效方法,梳理了插装阀技术在水电站调速系统中应用的优势。结果表明数字插装阀技术作为一种新型调速器控制技术,在解决贯流式机组难以控制等问题中具有较好的工程应用价值。

北京华电水电有限公司密云水电厂5号、6号机组自1996年以来一直采用环喷式电液转换器+滑阀式主配压阀(自复中)结构的水轮机调速器,设备在投运初期为机组的稳定运行做出了显著贡献,但在经历长期运行后,出现故障频发、耗油量增大、难以稳定等问题,且已随主机退出运行多年。经过分析、调研及选型,于2021年10月将其改造为数字逻辑插装阀式调速器,自投运以来,一直稳定可靠,调节性能优越,从未出现故障,实现了真正意义上的免维护。实践证明,该类型调速器具有显著的技术优势与推广应用前景。

针对开关阀控液压缸位置分辨率低、响应慢的问题,设计了压电式高速开关阀控液压缸位置系统。首先,建立开关阀控液压缸位置系统模型,分析了PWM载波频率对开关阀流量特性的影响规律,采用基于差动流量的双阀结构,实现液压缸负载流量的非线性补偿,减小开关阀死区对系统静、动态性能的影响。然后,分析双阀控制式液压缸系统负载脉冲流量的影响因素,得到了开关阀控液压缸位置抖振的产生机理,比较基于脉冲流量的PWM、PAM、PFM控制方法。最后,依据压电式高速开关阀流量特性,提出了PWM+PAM的复合控制方法,根据误差信号及其变化,调节占空比和流量幅值,实现液压缸位置的快速、精确控制。仿真及实验结果表明:系统定位精度将近1%,为高速开关阀及其控制系统应用提供了理论基础。

根据液压自动增益控制系统和高速开关阀的特点,建立了数字液压自动增益控制系统模型,并对其内环进行了模拟及对比。为了在高速开关阀的应用下调节液压缸的参数,提出将占空比线性转换PWM控制分别应用于传统PID控制和模糊自适应PID控制,并对两种控制方法进行分析,得出两种控制方法对系统的影响。

磁悬浮列车是一种快速的轨道交通方式,因其车下为悬浮架结构,故采用液压制动系统设计方案。液压制动与空气制动相比,集成度高,功率重量比大,响应速度快。本文介绍了中低速磁浮列车液压制动系统的研制方案,详述了制动系统实现的功能和性能。制动系统结构组成包括电子制动控制单元、液压单元、基础制动装置等。相比于传统的比例阀制动力控制原理,本方案采用基于高速开关阀的制动力控制原理,高速开关阀具有响应速度快、流量大的优点。制动力控制算法采用积分复合大脉宽激励的方式,缩短了制动空走时间,减小了制动距离。本方案的液压制动系统已经在多个磁浮车型中成功运用,并通过了各项地面试验及装车试验考核。

针对数字式电液作动器的位置控制展开研究,提出了一种基于模型的算法,能够实时地对数字式电液作动器系统的状态进行预测,并根据预测的状态完成位置控制。在脉冲宽度调制(PWM)和脉冲数量调制(PNM)的基础上,改进了数字阀系统的控制方法,建立了完整的数字式电液作动器系统模型,并通过软件联合仿真得到了作动器的控制结果。最终结果表明:采用基于模型的算法,能够使得作动器的追踪精度达到0.5mm。与传统方法相比,该方法逻辑简单,可行性强,控制效果较好。

高速开关阀以其结构简单、响应速度快、抗污染能力强、稳定性好等优点得到了广泛的应用。水液压高速开关阀的工作介质黏性低,更容易因性能退化发生故障。提出了一种基于机器学习的水液压高速开关阀性能退化状态识别及退化趋势预测方法。搭建了高速开关阀性能测试试验台,将电流信号的变化作为高速开关阀的性能退化指标。根据高速开关阀性能退化程度,将其退化状态定义为正常期、退化期和严重退化期3个阶段。采用BP神经网络(BPNN)方法对高速开关阀的退化状态进行了识别,并采用粒子群优化长短期记忆模型(PSO-LSTM)方法对高速开关阀的退化趋势进行了预测。使用高速开关阀的性能退化试验数据对提出模型的有效性进行了检验,结果表明该方法具有较高的预测精度。