论文摘要：液压流体脉动分布式振动主动控制技术研究

振动问题是液压系统动态设计中需要考虑的一个非常重要的因素。它的影响因素很多，如泵源脉动、流体在管路内的非稳定流动及负载变化等。这样，液压系统的消振问题就成了国内外科研工作者竞相研究的热点问题，通常是通过消振器的设计来改善性能。传统的消振器往往属于被动式的，不具有自适应消振的能力，而实际系统中，由于系统的复杂性，如非线性、分布参数及不确定性等因素，使其很容易受到外界干扰的影响。另外，被动消振器对中、高频脉动消减效果比较好，但对低频脉动，由于体积庞大、消减效果不太理想而限制了它的应用范围。因此，国内外学者针对液压能源管路系统进行了主动消振研究，提出了各种主动消振策略，取得了一定的控制效果。本文在前人研究的基础上，针对单点消振的不足，采用主动溢流原理，利用所设计的压电陶瓷直接驱动伺服阀和普通伺服阀，提出针对液压能源管路系统进行分布式振动主动控制的思想，沿管路分布式布置多个主动消振器和压力传感器，采用多种控制算法，对建立的液压流体脉动振动主动控制试验台进行了仿真与试验研究。主要研究内容及工作成果体现在以下几个方面：(1) 针对液压流体脉动的驻波特性，提出对液压流体脉动进行分布式振动主动控制的思想。本文的所有内容均围绕分布式主动控制进行展开。(2) 为探究液压流体脉动机理，分别在时域及频域内对液压流体脉动进行了精确地建模与仿真。时域仿真中，建立了包括复杂泵模型在内的元件瞬态模型，对不同转速和不同负载情况下的泵源脉动进行了精确仿真。在频域中，建立了元件的集中参数传递矩阵模型，研究了不同工况下管路中压力与流量脉动的驻波特性，为分布式布置主动消振器和传感器提供理论基础。随后的试验结果验证了仿真的正确性。(3) 根据液压流体脉动振动主动控制对高频响主动消振器的要求，设计了三种新型主动消振器：压电陶瓷直接驱动伺服阀、压电陶瓷直接驱动补油泵以及力矩电机直接驱动旋转伺服阀，并对它们分别进行了建模与仿真，并对压电陶瓷直接驱动伺服阀进行了静态试验，仿真与试验结果表明，所设计的主动消振器满足分布式振动主动控制要求。(4) 在时域模型基础上，添加相应的控制算法，对液压流体脉动进行了分布式振动主动控制仿真研究。首先，针对Filtered-x LMS算法简单、计算量小以及稳定性好等优点，提出基于Filtered-x LMS算法的液压流体脉动分布式振动主动控制。根据参考信号变化收敛系数不易选取及算法收敛速度慢的特点，对权值更新算法进行了改进，分别对单点单频率消振、单点多频率消振、分布式消振进行了仿真研究，仿真结果表明，在合理布放主动消振器和传感器的情况下，采用分布式消振的脉动消减效果比单点消振效果好。其次，针对液压流体脉动的周期性特点，提出基于自适应陷波器法的液压流体脉动分布式振动主动控制，对特定频率的流体脉动进行了主动消振仿真研究。针对算法不收敛可能对系统压力脉动造成的不利影响，提出对输出控制信号进行归一化处理，分别就单点单频率消振、单点多频率消振和分布式消振进行了仿真研究，由于分布式消振在脉动能量最大处布置主动消振器和传感器，脉动消减效果也最好。最后，针对次级通路的非线性特性，提出基于对角递归神经网络的液压流体脉动分布式振动主动控制。对角递归神经网络作为控制器和辨识器，分别就单点单频率消振、单点多频率消振和分布式消振进行了仿真研究。仿真结果表明，采用对角递归神经网络分布式消振的效果也最好。 (5) 自主设计、安装、调试了液压流体脉动分布式振动主动控制实验台。通过该实验台验证了不同转速、不同排量的液压泵在不同管路长度和不同负载及有、无蓄能器时的压力与流量脉动。在该试验台上，分别采用Filtered-x LMS算法、自适应陷波器法和对角递归神经网络对液压流体脉动进行了单点单频率消振、单点多频率消振和分布式消振的试验验证，其中，分布式消振分别取得了8.43dB、 6.72dB和8.67dB的脉动消减效果。