【導(dǎo)讀】教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特。位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)。人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。文的部分或全部內(nèi)容。研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本。論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將。影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工。對(duì)電液比例液壓變槳距控制系統(tǒng)進(jìn)行了理論推導(dǎo)!仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證". 所需推力,設(shè)計(jì)了變槳距液壓系統(tǒng)。

　　

【正文】 器、反饋檢測(cè)電路和過流保護(hù)電路等。 412 比例控制放大器組成原理圖 28 第五章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)建模 變槳距電液比例控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 本文設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)變槳距電液比例控制系統(tǒng)，如圖 48所示，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電液比例位置控制系統(tǒng)，即系統(tǒng)通過控制比例方向閥輸出壓力，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸活塞桿位移的控制。顯然，系統(tǒng)的性能取決于比例閥、液壓缸等元部件的特性。因此，為了分析系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性，我們需建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以此為據(jù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)算法的研究。 比例控制放大器的數(shù)學(xué)模型 比例控制放大器的作用是向比例方向閥提供所需的直流電流，按輸入電壓的大小成比例地輸出電流，并且根據(jù)比例閥的控制需要對(duì)控制電信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算和功率放大。該放大器可視為比例環(huán)節(jié) [9] ，其傳遞函數(shù)為： )()( SUKSI A? （ 51） 式中： K A— 比例控制放大器增益，單位 : A/ V ； I — 為比例電磁鐵輸入電流 。 單位 :A U — 為輸入電壓，單位 :V 電液比例方向閥閥芯運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型 比例電磁鐵是電液比例換向閥的電 － 機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換器，電磁鐵線圈起主導(dǎo)作用，為二階振蕩環(huán)節(jié)，所以可以視為一個(gè)二階環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可以簡化為 : ? ? ? ?? ?1222 ????ssKsIsXsGhhhVX??? （ 52） 式中： K V— 比例閥電流位移增益，單位 : m/ mA ； ω h— 比例閥銜鐵組件彈簧質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率，單位 : rad/ s； 29 ξ h— 比例閥銜鐵組件無因次阻尼比。 對(duì)稱閥控非對(duì)稱液壓缸環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型 本文研究的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距控制系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)為對(duì)稱四通閥控制非對(duì)稱液壓缸組成的非對(duì)稱動(dòng)力機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 51所示，它具有慣性力、粘性阻力、彈簧力和任意外負(fù)載力四種負(fù)載。 圖 51 對(duì)稱四通閥控制的非對(duì)稱液壓缸 圖 5 中： P P2分別為液壓缸無桿腔和有桿腔壓力， A A2分別為活塞左右兩腔的有效面積， Q Q2分別為液壓缸無桿腔和有桿腔的流量， PS、 P0分別為油源壓力和回油壓力， x為比例閥閥芯位移， y為活塞桿位移。 液壓比例系統(tǒng)中，一般從閥的負(fù)載流量特性、液壓缸流量方程和液壓缸的力方程三方面來建立數(shù)學(xué)模型 [10]。假設(shè)所分析的閥為理想零開口閥，故不考慮閥口間的泄漏，所以在正向運(yùn)動(dòng)時(shí)（在活塞桿推出時(shí)） Q 4= 0。綜合前面的分析，對(duì)非對(duì)稱缸系統(tǒng)的負(fù)載壓力與負(fù)載流量的定義應(yīng)為： 141 L ??? （ 53） 21 PPPL ??? （ 54） 1212 AA ??? （ 55） 30 式中 :Q L為負(fù)載流量 。 單位 : m3/s； p L為負(fù)載壓差 。 單位 : Pa； ? 為液壓缸有桿腔面積和無桿腔面積之比。 (1) 比例電磁閥的流量方程 假定閥是零開口四邊對(duì)稱滑閥，供油壓力 p s恒定，回油壓力 p0為零。比例方向閥的負(fù)載流量方程為： ?????? ???? 3 11 12 ?? PPwxC sdL （ 56） 式中 : Cd — 控制閥口的流量系數(shù)； w — 節(jié)流口面積梯度，單位 :m； ? — 液壓油密度，單位 :kg /m3 使用泰勒公式將比例閥閥芯位移與流量的關(guān)系式在零點(diǎn)（工作點(diǎn)）展開，可得到比例閥的線性化流量方程為： LCqL PKxKQ ?? （ 57） 在初始條件為零的情況下對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換得： ? ? ? ? ? ?sPKsXKsQ LcqL ?? （ 58） ?????? ?? 312 ?? Sdq PwCK （ 59） uwrK CC 32 2?? （ 510） 式中： K q— 流量增益，單位 : Vsm ?/3 ； Kc — 流量壓力系數(shù)，單位 : Nsm ?/5 ； r c— 比例閥閥芯的徑向間隙，單位 : mm； u — 流體動(dòng)力粘度，單位 :Pa。 （ 2）液壓缸的流量線性方程 31 根據(jù)流量的連續(xù)性條件，可得不對(duì)稱缸的工作腔 V1的流量方程為 ： ? ? dtdyAdtdPVPCPC LestbLtcL 1311 1 ?????? ?? （ 511） 在初始條件為零的情況下對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換得： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?ssYAsPsVPCsPCsQ LestbLtcL 1311 ????????? ???? ?? （ 512） ? ? 3211 ?? ? ??? ecictc CCC （ 513） ? ?32 1 )1(???? ? ??? icectb CCC （ 514） 式中： Cic — 液壓缸內(nèi)泄漏系數(shù)，單位 : sNm ?/5 ； C ec — 液壓缸外泄漏系數(shù)，單位 : sNm ?/5 ； V1 — 液壓缸無桿腔容積，單位 :m3； V2— 液壓缸有桿腔容積，單位 :m3； ? e — 系統(tǒng)的有效體積彈性模量，單位 :Pa； Ctc— 油缸的總泄漏系數(shù)，單位 : sNm ?/5 ； Ctb — 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，單位 : sNm ?/5 。 （ 3）液壓缸受力平衡方程 忽略庫侖摩擦等非線性負(fù)載和油液的質(zhì)量，考慮最一般的情況，活塞受力包括慣性力、粘性阻力、彈簧力和任意外負(fù)載力，根據(jù)牛頓第二定律建立活塞受力的平衡方程為： LSPL FYKdtdyBdt ydMPAPAPAF ??????? 22112211 （ 515） 在初始條件為零的情況下對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換得： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?sFsYKssYBsYsMsPA LspL ???? 211 （ 516） 式中： M 1— 活塞以及與活塞相聯(lián)的負(fù)載折算到活塞上的總質(zhì)量，單位 :kg； B P— 活塞和負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)，單位； N/ms? 32 K S— 負(fù)載彈性剛度，單位； N/m F L— 作用在活塞上的任意外干擾力，單位 N。 根據(jù)（ 58）、（ 512）、（ 516）式得到閥控非對(duì)稱缸在正向運(yùn)動(dòng)（ )0??y 時(shí)的控制方框圖如圖 52所示。 圖 52 閥控缸系統(tǒng)方框圖 根據(jù)上圖，在不考慮系統(tǒng)壓力 P s的影響下，可推導(dǎo)出閥控非對(duì)稱缸的數(shù)學(xué)模型 :)( ,XFfY L? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 2121321 12321121133211131211111111AKKsABKAVKsAVBAMKsAVMsFsK VAKsXAKsYscepceesepceeLececeq????????? ???????????????????????????????????? （ 517） 式中： kce—— 液壓缸的總流量壓力系數(shù)，定義為： ctcce KCk ?? 通常情況下，電液比例控制系統(tǒng)的負(fù)載是以慣性負(fù)載為主，而沒有彈性負(fù)載或彈性負(fù)載很小可以忽略 [10] 。另外，電液比例控制系統(tǒng)中多不加阻尼液壓缸，故粘性阻尼系數(shù) Bp 很小， 121 ??ABK pce。 在 ps BK ,0? 很小的情況下，不考慮外負(fù)載 F L 的作用在 ps BK ,0? ，根據(jù)式 (517)，可以得到以閥芯位移信號(hào) X ( s )為指令輸入，以活塞位移信號(hào) Y ( s )為輸出的閥控液壓缸的傳遞函數(shù)： 33 ? ? ? ?? ????????? ???? 12221sssAKsXsYsGnnnq??? （ 518） ? ?11321 1VMA en ??? ?? （ 519） ? ? ? ?31 111311 1212 ????? ????epecen M VABVMAK （ 520） 式中： ω n— 閥控液壓缸無阻尼液壓固有頻率；單位； rad/ s ； ξ n — 閥控液壓缸液壓阻尼系數(shù)。 位移傳感器的傳遞函數(shù) 由于位移傳感器的響應(yīng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 所以可視為比例環(huán)節(jié) : yKU FF ? （ 521） 式中 : KF為傳感器增益。 變槳距電液比例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖 53 所示。 圖 53 變槳距電液比例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 根據(jù)前面的分析結(jié)果和比例控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，可以繪出控制系統(tǒng)的方框圖，如圖 54所示。 34 圖 54 變槳距電液比例控制系統(tǒng)方框圖 根據(jù)圖 54，在不考慮負(fù)載作用的情況下，可寫出變槳距電液比例控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)： ? ? ? ?? ????????? ?????????? ????1212 2222 sssssKKKKsUsYsGnnnhhhFMVAK?????? 式中： K M—速度放大系數(shù)，定義為1AKK qM? K — 開環(huán)放大系數(shù) 開環(huán)傳遞函數(shù)式中的分母為五階，分析起來較為復(fù)雜，仍需進(jìn)一步簡化，在系統(tǒng)中液壓缸對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有決定性影響，也就是說一般情況ω h ωn，因此，開環(huán)傳遞函數(shù)可作如下近似 ? ? ? ?? ????????? ??????????? ????1212 2222 sssKsssKKKKsUsYsGnnnnnnFMVAK?????? （ 522） 其中： FMVA KKKKK ? ? ? ? ?? ?FMVAnnnMVABKKKKsssKKKsUsYsG????????? ????1222 ??? （ 523） 35 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 動(dòng)態(tài)指標(biāo)中，最主要的就是穩(wěn)定性，穩(wěn)定是控制系統(tǒng)能夠運(yùn)行的首要條件，因此，只有動(dòng)態(tài)過程是收斂的，研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能才是有意義的。 繪出式（ 25）的博德圖如圖 9所示。在 n??? 這一段區(qū)間，其漸進(jìn)線斜率為 20dB/dec，并穿越 0dB 線， c? 為穿越頻率。 n??? 時(shí)其漸進(jìn)線斜率為 60dB/dec； n??? ，曲線有峰值，在 n? 處 的相位滯后為 1800。為使系統(tǒng)穩(wěn)定， n??? 時(shí)的幅頻曲線峰值必須在 0dB 線以下，即 20lg dBjG nK 0)( ?? 。當(dāng)n??? 時(shí)算得幅頻比為 nnnKKjG ??? 2)( ? （ 524） 故有 20lg 02 ?nnK?? 即 nnK ??2? （ 525） 式（ 525）提供了判定此系統(tǒng)穩(wěn)定性的準(zhǔn)則?？梢钥吹剑洪_環(huán)放大系數(shù) K如太大，則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定，而 n? 和 n? 的提高對(duì)穩(wěn)定性有利。 由圖 9可知