针对伺服电机驱动泵控非对称液压缸系统存在约束和鲁棒性差等问题,提出了采用状态估计的模型预测控制策略。根据泵控液压缸系统的原理和实际要求,建立了含输入和输出约束的状态空间模型;引入模型预测控制,避免了阀切换带来的非线性,提高了约束优化控制性能;结合卡尔曼滤波器,补偿了干扰和模型误差的影响,提高了系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的控制策略能够实现无偏移跟踪,保证输入不超限、输出无超调,且具有很好的处理干扰和模型失配的能力。实验结果中,液压缸位置无超调,相对位置跟踪误差约为0.5%,干扰和模型误差对控制性能的影响很小。可见,所提方法能应用于实际泵控系统,提高输入、输出约束下的控制性能,容许一定的干扰和建模误差。

为了解决单向比例泵控非对称液压缸系统的无超调位置控制问题,提出了采用带约束的三阶状态空间模型描述单向比例泵控非对称液压缸系统的方法,设计了一种适用于该模型的模型预测控制器来保证系统的无超调位置输出.仿真结果表明,运用模型预测方法能够避免换向阀切换引入的系统非线性,并有效解决泵控非对称液压缸系统的超调问题,实现多约束条件下的高精度位置控制.

针对已开发的单向比例泵控非对称液压缸系统实验平台,为了实现该类系统的无超调位置控制,通过分析系统的工作原理及特性,基于系统的流量连续性方程和力平衡方程,提出采用带约束的三阶状态空间模型来描述单向比例泵控非对称液压缸系统的方法.基于模型预测控制理论和QPhild二次优化算法,设计适用于该模型的模型预测控制器来保证系统的无超调位置输出.实验结果表明,运用模型预测方法能够避免换向阀切换引入的系统非线性,有效地解决泵控非对称液压缸系统的超调问题,实现多约束条件下的高精度位置控制.

为研究全断面岩石隧道掘进机(TBM)的撑靴液压缸中O形圈的断裂原因,采用断裂力学分析了不同泊松比和初始裂纹情况下,O形圈可承受的最大应力,并采用ANSYS仿真分析了在某型号TBM实际工作情况下的O形圈的受力情况。结果表明,在TBM工作过程中,由于工作条件的复杂,O形圈的局部应力会超出裂纹迅速扩展时能够承受的最大应力,进而使O形圈断裂。根据理论分析和仿真结果得出,为了避免O形圈断裂,TBM撑靴液压缸的O形圈应严格控制微裂纹并选择较大泊松比。