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電控斜軸柱塞式阿托斯ATOS液壓油缸的理論分析 
ATOS液壓油缸是在液壓傳動中能夠?qū)崿F(xiàn)壓力轉(zhuǎn)換的一種液壓元件。它相當于壓力轉(zhuǎn)換器,通過ATOS液壓油缸可以使液壓執(zhí)行元件(定量液壓馬達、液壓缸)從壓力耦聯(lián)的液壓恒壓網(wǎng)絡系統(tǒng)中無節(jié)流損失地獲取能量。ATOS液壓油缸的出現(xiàn)擴大了二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的應用領(lǐng)域。二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的工作原理決定了其負載端應該是變量執(zhí)行元件。

電控斜軸柱塞式阿托斯ATOS液壓油缸的理論分析 
在驅(qū)動直線負載工況下,由于液壓缸的活塞面積難以變化,所以在工程上常采用液壓閥來進行控制,這種控制方法引入了節(jié)流損失且系統(tǒng)效率低,這使傳統(tǒng)型ATOS液壓油缸的應用受到了限制。對于解決該問題比較合適的方案是采用新型ATOS液壓油缸來進行控制,即沒有理論上的節(jié)流損失,又能夠進行能量的回收與利用,為提高液壓系統(tǒng)的效率提供了一條非常有效的途徑,因此開展對新型ATOS液壓油缸的研究具有十分重要的意義。在查閱大量國內(nèi)外有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,綜述了國內(nèi)外ATOS液壓油缸的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,分析了ATOS液壓油缸的特點,闡述了ATOS液壓油缸的關(guān)鍵技術(shù)及研究現(xiàn)狀,對ATOS液壓油缸的應用范圍作了介紹,針對目前手動型ATOS液壓油缸變壓頻率低以及變壓精度的局限性,研制出電控斜軸柱塞式ATOS液壓油缸。依據(jù)ATOS液壓油缸的工作原理,對ATOS液壓油缸的特性進行了分析,建立了ATOS液壓油缸流量、轉(zhuǎn)矩和變壓比的公式,為ATOS液壓油缸的結(jié)構(gòu)設計及仿真分析提供了理論依據(jù)。電控斜軸柱塞式ATOS液壓油缸驅(qū)動的直線負載系統(tǒng)由三大子系統(tǒng)組成,即計算機控制系統(tǒng)、交流同步電機伺服調(diào)速系統(tǒng)以及ATOS液壓油缸控制液壓缸動力機構(gòu),分別建立了三大子系統(tǒng)的數(shù)學模型。為便于分析ATOS液壓油缸的工作原理,提出了ATOS液壓油缸平衡角的定義,并建立了ATOS液壓油缸平衡角的公式。結(jié)合三大子系統(tǒng)的數(shù)學模型,建立了ATOS液壓油缸控制角的數(shù)學模型以及ATOS液壓油缸驅(qū)動直線負載系統(tǒng)的數(shù)學模型。為滿足新型伺服系統(tǒng)的需求,采用機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的方法,完成電控斜軸柱塞式ATOS液壓油缸的設計以及裝配和調(diào)試,研制出可實現(xiàn)變壓比范圍為[0,2]的電控斜軸柱塞式ATOS液壓油缸原理樣機。結(jié)合“負負載”的概念,分析ATOS液壓油缸四個象限工作的特性,并對ATOS液壓油缸“負載驅(qū)動”和“驅(qū)動負載”工況下,ATOS液壓油缸驅(qū)動直線負載系統(tǒng)中液壓恒壓網(wǎng)絡系統(tǒng)壓力、液壓蓄能器流量、ATOS液壓油缸控制角、能量回收和再利用效率進行了仿真和實驗研究,結(jié)果表明ATOS液壓油缸驅(qū)動直線負載系統(tǒng)具有回收和再利用負載重力勢能的能力。針對ATOS液壓油缸本身的復雜非線性特性,提出采用模糊自適應整定PID控制策略,并針對ATOS液壓油缸驅(qū)動直線負載位置伺服系統(tǒng)進行仿真與實驗研究。結(jié)果證明該策略能較好地補償ATOS液壓油缸的非線性特性,并可提高系統(tǒng)的抗負載干擾能力和系統(tǒng)響應的快速性。

電控斜軸柱塞式阿托斯ATOS液壓油缸的理論分析 
采用研制的電控斜軸柱塞式ATOS液壓油缸,搭建ATOS液壓油缸驅(qū)動直線負載系統(tǒng)的實驗臺,完成實驗臺硬件電路設計和控制軟件的編程工作。在該實驗臺上對ATOS液壓油缸的基本性能進行測試,以及分別采用PID、模糊自適應整定PID控制策略對ATOS液壓油缸系統(tǒng)進行實驗研究。實驗結(jié)果表明所闡述理論正確,采用的控制策略合理可行,研制的ATOS液壓油缸驅(qū)動直線負載系統(tǒng)實驗樣機是成功的。