谈死区2D数字阀死区补偿与嵌入式制约器

摘要：电液伺服系统具有功率重量大、动态响应速度快、抗负载刚度大等优点,广泛运用于航空航天、船舶、装备制造等领域。2D数字阀是一种电液制约元件,不仅可以直接进行数字制约,而且其具有响应速度快、抗污染能力强、重复精度高等优点,其运用领域广泛,进展前景良好。本论文的研宄对象为2D数字阀以及2D数字阀的嵌入式制约器,浅析了2D数字阀的结构与工作原理,根据其静态流量特性,浅析死区非线性因素,提出了死区颤振补偿,并进行了数学建模及仿真,减小及至消除死区的影响。为获得更好的流量特性线性度,进一步提出了流量规划,获得了更好的流量特性线性度。2D数字阀的电—机械转换器以步进电机为核心,进行了电—机械转换器的建模与仿真探讨。并以此设计了2D数字阀嵌入式制约器,实现了步进电机相电流闭环以及角位移闭环,采取了相位补偿提升频宽,实现了死区颤振补偿和流量规划。同时为了提升安全性和环保性,增加了掉电保护和低功耗节能方式。此外还有过温保护、过流保护等功能。具体探讨内容与成果如下：第一章,论述了数字阀的进展情况以及国内外对于流量特性的一些探讨近况和电—机械转换器的国内外进展近况。同时阐述本论文的探讨目的及作用。第二章,浅析探讨了2D数字阀的结构与工作原理,提出了死区非线性颤振补偿的概念,进行原理上的论述以及数学模型的建立及仿真。为优化流量特性线性度进一步提出流量规划补偿。对流量规划补偿进行了原理上的阐述以及流量特性曲线拟合的数学原理。第三章,用Matlab以及Simupnk对2D数字阀电—机械转换器进行了建模与仿真,得出结论为在采取了二阶相位调整后,该制约器幅频宽达到了280Hz,相频宽为300Hz。第四章,对2D数字阀的嵌入式制约器进行了硬件以及软件上的设计。第五章,对2D数字阀嵌入式制约器进行了低功耗节能、掉电保护和动静特性等实验探讨,得出2D数字阀嵌入式制约器频宽为240Hz。对2D数字阀进行了动静特性、死区颤振补偿和流量规划探讨。2D数字阀的频宽120Hz。三个2D数字阀在未采取补偿前的线性度分别是7%、2%、10%,在采取死区颤振补偿与流量规划联合作用量特性曲线线性度分别为0.5%、0.8%、0.5%。第六章,概括总结本论文的主要探讨工作和成果,展望今后需进一步探讨的工作和方向。关键词：2D数字阀论文嵌入式论文死区论文颤振论文流量规划论文simupnk论文

摘要5-7

ABSTRACT7-11

第一章 绪论11-23

1.1 引言11

1.2 数字阀进展概况11-13

1.3 国内外阀的流量特性探讨概况13-16

1.3.1 流量配磨14-15

1.3.2 流量非线性补偿算法15-16

1.4 电—机械转换器国内外探讨近况16-20

1.5 探讨内容及作用20-21

1.6 本章小结21-23

第二章 2D数字阀的死区补偿及流量规划23-37

2.1 2D数字阀的模型及原理23-24

2.2 死区非线性颤振补偿24-32

2.2.1 死区非线性颤振补偿的原理24-27

2.2.2 死区非线性颤振补偿的数学模型27-30

2.2.3 流量特性线性度浅析30-32

2.3 流量规划原理32-36

2.3.1 函数与数据的逼近——最小二乘法33-35

2.3.3 流量规划35-36

2.4 本章小节36-37

第三章 2D数字阀电—机械转换器建模与仿真37-47

3.1 MATLAB&Simupnk介绍37

3.2 模型模块介绍37-46

3.2.1 步进电机模块37-40

3.2.2 信号产生模块、电流PID模块、二阶相位调整模块40-46

3.3 本章小节46-47

第四章 2D数字阀嵌入式制约器设计47-63

4.1 2D数字阀的嵌入式制约器综述47-49

4.2 2D数字阀嵌入式制约器硬件设计49-58

4.2.1 DSP制约模块49-51

4.2.2 步进电机驱动模块51-53

4.2.3 信号检测模块53-56

4.2.4 电源电路模块56-58

4.3 嵌入式制约器软件设计58-62

4.3.1 主工作子程序设计58-59

4.3.2 死区颤振及流量规划补偿算法程序设计59-60

4.3.3 低功耗节能方式程序设计60-61

4.3.4 掉电保护程序程序设计61

4.3.5 SPI子程序设计61-62

4.4 本章小结62-63

第五章 实验探讨63-81

5.1 2D数字阀嵌入式制约器的实验63-66

5.1.1 低功耗节能方式实验63-65

5.1.2 掉电保护实验65-66

5.1.3 嵌入式制约器的动态特性实验66

5.2 2D数字阀的实验66-80

5.2.1 2D数字阀的频率特性实验66-69

5.2.2 死区颤振补偿及流量规划实验69-80

5.5 本章小节80-81

第六章 总结与展望81-83

6.1 论文总结81-82

6.2 展望82-83