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原文传递单轨滚振试验台液压激振伺服系统设计与研究

论文题名：	单轨滚振试验台液压激振伺服系统设计与研究
关键词：	跨座式单轨列车;滚动振动试验台;伺服系统;液压激振;滑膜变结构;流固耦合
摘要：	跨座式单轨列车作为服务于大都市市域范围内的城市轨道交通，因其所占空间小、安全系数高、节能环保性强和造价比地铁低等特点而得到了广泛应用。近年来随着我国跨座式单轨列车的数量逐渐增多，国家对单轨的设计验收过程中提出了更高的要求，提出了在设计过程中不仅要在符合静态试验，还必须满足在动态试验下的安全性指标；因此，研究搭建行业领先的跨座式单轨车辆滚动振动试验台成为了当下的热点问题，其中液压激振伺服系统是跨座式单轨列车试验台的一个相对比较重要的部分，其性能的好坏会直接影响试验台的稳定性；液压激振伺服系统在运用的过程中与其他机械构造相比响应较为迅速，并且其的输出位移和力相对较大，目前在各行各业的运用都相对比较广泛，但是其也是具有一定的缺陷与局限性，在工作的过程中其的控制呈现一种非线性状态并且其控制的参数相对比较不好确定，在工作的过程中会影响到系统的整体控制的性能和精度等。因此，为了提高提高跨座式单轨车辆滚动振动试验台的液压激振伺服系统的性能，对其控制的动态特性（瞬态响应性、鲁棒性、跟随性和超调量等）进行设计与优化，具有较大的理论价值和工程实际意义。　　本文首先基于液压系统原理和相关理论基础，对液压激振伺服系统的系统的结构和管路进行设计，并针对液压缸和伺服阀的元器件进行计算并选型，从理论上分析了液压激振伺服系统元器件的合理性；以液压激振伺服系统为研究对象，采用Simulink对系统进行仿真，采用经典PID观察液压激振伺服系统的动态特性，为系统的优化提供对对比；分别提出了模糊PID、滑膜变结构和ADRC（自抗扰）控制策略，并分别设计了不同算法的控制器，验证算法的理论可行性。　　其次，在Amesim软件中建立了液压激振伺服系统物理仿真模型并设置了元件的相关参数，为了保证仿真的准确性和可行性，采用Simulink与Amesim结合的联合仿真，通过在Simulink中构建控制的策略和框架，将Amesim建立的物理仿真模型的位移输出信号反馈到Simulink中进行信号联合处理，并将Simulink处理后的信号导入至Amesim进行仿真，将正弦信号作为系统的原始输入，分别研究负载、流量对液压激振伺服系统控制效果的影响；结果表明，与其他控制算法相比，采用ADRC控制算法不仅能提高系统的瞬态响应性、鲁棒性、跟随性和超调量，还能够有效的提高系统的抗干扰能力。再次，根据文章所述的液压激振系统的结构以及其控制算法，利用工具包MIT(Model Interface Toolkit)实现Labview与Simulink联合仿真，通过在Labview中调用Simulink生成的dll文件，编写控制测试平台，实现计算机系统对激振系统的实时信号控制以及信号存储分析等，为开发研究液压激振系统工作奠定了基础，为下一步的应用提供科学的依据。　　最后，为了进步校核系统的可行性，利用ANSYS Workbench对管道进行流固耦合分析，建立管道的结构与流体网格模型，在液压管道系统的固体和流体耦合分析原理的基础上，对比分析管道在自由状态、单向流固耦合状态和双向流固耦合状态下的特性，并分析管路压力变化、管路壁厚、管径大小和管路材料对管路流固耦合特性的影响，为管道的设计提供理论基础。
作者：	郭维年
专业：	机械工程
导师：	周新建;肖乾;吴光仁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2021