一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器及衰減方法
【專利摘要】一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器及衰減方法，包括活塞桿、活塞以及衰減器殼體；活塞桿固定在衰減器殼體上，并且活塞桿一端位于衰減器殼體內(nèi)，另一端穿出衰減器殼體；活塞桿沿軸線方向開有通孔，通孔與后續(xù)油路相通；活塞位于衰減器殼體內(nèi)，活塞與衰減器殼體之間設(shè)置有壓電陶瓷，并且壓電陶瓷與活塞相接觸，根據(jù)壓力脈動(dòng)的大小，通過改變施加在壓電陶瓷兩端的電壓，改變壓電陶瓷的剛度，從而改變活塞位移，實(shí)現(xiàn)衰減器殼體容積的高頻率變化，實(shí)現(xiàn)液壓壓力脈動(dòng)衰減。本發(fā)明提供的新型串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器相較于傳統(tǒng)液壓壓力脈動(dòng)衰減器造成的油路能量損失小，增大了起抑制效果的壓力脈動(dòng)帶寬，可實(shí)現(xiàn)高壓油路中的壓力脈動(dòng)抑制。
【專利說明】
一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器及衰減方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減 器及衰減方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 軸向柱塞栗輸出壓力高、可靠性好與其他形式的栗相比較為節(jié)能，因而被廣泛的 應(yīng)用于諸如航空飛行器、重型特種裝備等領(lǐng)域。提高系統(tǒng)集成度，減小設(shè)備體積已成為設(shè)備 制造領(lǐng)域的共識(shí)。針對液壓系統(tǒng)來講，若系統(tǒng)工作壓力從21Mpa提升至56Mpa，系統(tǒng)的體積將 縮小40%，重量降低30%。但壓力的提高將造成系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)出現(xiàn)明顯加大的情況。過大 的壓力脈動(dòng)會(huì)引起系統(tǒng)振動(dòng)及噪聲的增加以及氣蝕等現(xiàn)象的出現(xiàn)，加速系統(tǒng)元件的磨損。 當(dāng)壓力脈動(dòng)頻率與管路中某些元件固有頻率相近時(shí)，產(chǎn)生的共振現(xiàn)象更會(huì)加速元件損壞， 造成系統(tǒng)失效。因此，必須對高壓液壓系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)進(jìn)行抑制。
[0003] 目前液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)的抑制主要分為主動(dòng)壓力脈動(dòng)抑制和被動(dòng)壓力脈動(dòng)抑制 兩種方式。被動(dòng)壓力脈動(dòng)抑制對脈動(dòng)的衰減頻帶較窄，另外采用被動(dòng)的蓄能器或緩沖瓶，弓丨 入了額外的容性負(fù)載，影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。而主動(dòng)控制則可較好的避免上述問題，目 前主動(dòng)壓力脈動(dòng)衰減器的設(shè)計(jì)思路大致相同，均是在主液壓油路的旁路設(shè)置響應(yīng)的控制閥 或主動(dòng)蓄能器，利用閥體短時(shí)的開啟與閉合在主油路上產(chǎn)生反相位的壓力脈動(dòng)，利用波形 疊加原理消除回路壓力脈動(dòng)。所用控制閥或主動(dòng)蓄能器一般都包含壓電控制部件，響應(yīng)速 度快，大大提升了系統(tǒng)的響應(yīng)帶寬。但這種通過溢流產(chǎn)生波動(dòng)進(jìn)行壓力脈動(dòng)衰減的方式在 高壓系統(tǒng)中會(huì)消耗大量能量。如何設(shè)計(jì)主動(dòng)壓力脈動(dòng)衰減器的結(jié)構(gòu)，使其在對系統(tǒng)壓力脈 動(dòng)進(jìn)行衰減的同時(shí)既不影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，又不會(huì)造成較大的能量浪費(fèi)，在液壓系 統(tǒng)壓力脈動(dòng)衰減問題中是一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對以上技術(shù)問題，提出了一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器及 衰減方法，借鑒蓄能器的工作原理，引入壓電技術(shù)，設(shè)計(jì)可主動(dòng)調(diào)節(jié)容積的串聯(lián)式衰減器， 消除液壓回路中存在的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象，提升系統(tǒng)性能。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，包括活塞桿、能夠在活塞桿上滑動(dòng)的活塞以及 串聯(lián)于油路中帶有出口和進(jìn)口的衰減器殼體，衰減器殼體一端與栗出口油路相連，另一端 與后續(xù)油路相連;活塞桿固定在衰減器殼體上，并且活塞桿一端位于衰減器殼體內(nèi)，另一端 穿出衰減器殼體;活塞桿沿軸線方向開有通孔，通孔與后續(xù)油路相通;活塞位于衰減器殼體 內(nèi)，活塞與衰減器殼體之間設(shè)置有壓電陶瓷，并且壓電陶瓷與活塞相接觸，根據(jù)壓力脈動(dòng)的 大小，通過改變施加在壓電陶瓷兩端的電壓，改變壓電陶瓷的剛度，從而改變活塞位移，實(shí) 現(xiàn)衰減器殼體進(jìn)口端容腔容積的高頻率變化，實(shí)現(xiàn)液壓壓力脈動(dòng)衰減。
[0007] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述衰減器殼體進(jìn)口及出口處均布置一個(gè)壓力變送 器。
[0008] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述衰減器殼體通過錐螺紋或帶有密封結(jié)構(gòu)的螺紋與 栗出口油路相連;所述活塞桿通過錐螺紋或帶有密封結(jié)構(gòu)的螺紋與后續(xù)油路的管接頭相 連。
[0009] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述活塞與活塞桿為間隙配合。
[0010] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述活塞桿位于衰減器殼體內(nèi)的一端設(shè)有用于對衰減 器活塞的限位的軸端擋板。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述軸端擋板通孔進(jìn)口處設(shè)計(jì)有用于減小液阻的倒 角。
[0012] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述活塞桿通過設(shè)置在活塞桿上的側(cè)板固定在衰減器 殼體內(nèi)壁上，壓電陶瓷設(shè)置在側(cè)板與活塞之間，壓電陶瓷與活塞桿之間留有空腔，壓電陶瓷 對稱布置活塞桿;活塞桿的徑向開設(shè)有通孔，該通孔與軸線方向的通孔相連通。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述衰減器殼體通過法蘭盤裝配于油路中；所述壓電 陶瓷為堆疊式壓電陶瓷。
[0014] -種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減方法，分別在衰減器殼體進(jìn)口處及衰減器出口處設(shè) 置壓力變送器，檢測衰減器殼體進(jìn)口處的壓力脈動(dòng)口:和出口處的壓力脈動(dòng)P2,并將其轉(zhuǎn)換為 微弱電信號(hào)，信號(hào)處理電路對產(chǎn)生的微弱電信號(hào)進(jìn)行濾波、整流、放大、轉(zhuǎn)換，送入A/D轉(zhuǎn)換 器，A/D轉(zhuǎn)換器將處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可接收的數(shù)字量信號(hào)，單片機(jī)對接收到的 數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到主頻ω i、二次諧波頻率ω 2 = 2 ω :以及三次諧波頻率 ω 3 = 3 ω :;再通過旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法得到最優(yōu)控制電壓，功率放大電路根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量 優(yōu)化控制算法計(jì)算的最優(yōu)控制電壓值產(chǎn)生實(shí)際控制電壓作用于壓電陶瓷上，改變其剛度， 實(shí)現(xiàn)對活塞位移的主動(dòng)調(diào)節(jié)，改變衰減器殼體進(jìn)口端容積，實(shí)現(xiàn)壓力脈動(dòng)的衰減。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，通過旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法得到最優(yōu)控制電壓的具體 過程如下：
[0016]采集到的衰減器殼體進(jìn)口處壓力為口"^上二^廣…少為采樣點(diǎn)數(shù)…"^算術(shù)平
[0017]衰減器出口處壓力為？2(1〇，1^=1，2，-，川為采樣點(diǎn)數(shù)，？ 2(1〇算術(shù)平均值為
[00?8]設(shè)定旋轉(zhuǎn)矢量V =_[4鉺為.?%為.，其中元素 A 1、約分別為電壓分量 Mj = uH) + Ax sin(?/ + ) 中正弦部分的幅值及相位，A 2、於2:分別為電壓分量 κ二I /isin(機(jī)/ A)中正弦部分的幅值及相位，A 3、朽分別為電壓分量 % = + /·Μ?ιι(Λλ/ - 0中正弦部分的幅值及相位；
[0019]旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法的目標(biāo)函數(shù)為:i=￡[4⑷；μ珂Α2?]，優(yōu)化時(shí)，首先隨 機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)值不等的矢量V1、V2,作二者矢量差，以差矢量兩端點(diǎn)中目標(biāo)值較小的 點(diǎn)為圓心，旋轉(zhuǎn)目標(biāo)值較大的點(diǎn)形成新的差矢量;計(jì)算新端點(diǎn)的目標(biāo)值并與圓心的目標(biāo)值 比較，直至其目標(biāo)值小于圓心的目標(biāo)值后繞新端點(diǎn)重新旋轉(zhuǎn);若新端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周后的目標(biāo) 值仍大于圓心的目標(biāo)值，則以圓心為固定點(diǎn)，將差矢量縮小ο. 618，重新比較差矢量兩個(gè)端 點(diǎn)的目標(biāo)值，重復(fù)該過程直至新端點(diǎn)的目標(biāo)值大于圓心的目標(biāo)值;重復(fù)旋轉(zhuǎn)和縮小操作，直 至達(dá)到終止標(biāo)準(zhǔn);最后得到最優(yōu)控制電壓如下：
[0021]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0022]本發(fā)明所提供的新型串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，采用主動(dòng)壓力脈動(dòng)衰減策略， 相較于傳統(tǒng)被動(dòng)式壓力脈動(dòng)抑制設(shè)備，調(diào)節(jié)的頻帶范圍更寬，響應(yīng)速度更快;采用串聯(lián)式的 安裝方式，相比通過旁路節(jié)流控制產(chǎn)生反相位壓力脈動(dòng)進(jìn)行壓力脈動(dòng)的方式，減少了系統(tǒng) 的能量損失，同時(shí)也避免因反相位壓力脈動(dòng)波形的偏差導(dǎo)致壓力脈動(dòng)加劇的問題。本發(fā)明 所設(shè)計(jì)的壓力脈動(dòng)衰減器，與蓄能器工作原理類似，當(dāng)油路出現(xiàn)壓力脈動(dòng)時(shí)，衰減器活塞在 殼體內(nèi)的移動(dòng)會(huì)改變衰減器的容積，消除油路的流量波動(dòng)及由此導(dǎo)致的壓力脈動(dòng)。本發(fā)明 提供的新型串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器相較于傳統(tǒng)液壓壓力脈動(dòng)衰減器造成的油路能量 損失小，增大了起抑制效果的壓力脈動(dòng)帶寬，可實(shí)現(xiàn)高壓油路中的壓力脈動(dòng)抑制。
[0023] 進(jìn)一步，通過在衰減器殼體及衰減器活塞之間設(shè)置疊堆式壓電陶瓷，實(shí)現(xiàn)對高頻 壓力脈動(dòng)的抑制。
[0024] 進(jìn)一步，通過在衰減器內(nèi)的活塞桿部分，沿徑向開設(shè)通孔，用于形成液阻，同時(shí)減 小衰減器兩端的壓力差，降低對疊堆式壓電陶瓷的剛度要求。
[0025] 進(jìn)一步的，衰減器殼體通過錐螺紋或帶有密封結(jié)構(gòu)的螺紋與栗出口油路相連，能 夠避免油液泄露。
[0026] 進(jìn)一步的，活塞桿的徑向開設(shè)有通孔，用于形成液阻，同時(shí)減小衰減器兩端的壓力 差，降低對疊堆式壓電陶瓷的剛度要求;該通孔與軸線方向的通孔相連通，壓電陶瓷與活塞 桿之間留有空腔，將進(jìn)油路高壓油通過通孔引入衰減器活塞另一側(cè)，減小衰減器活塞兩側(cè) 壓力差，降低對疊堆式壓電陶瓷剛度大小的要求，另外該徑向通孔會(huì)形成節(jié)流口，利用液體 阻抗能消除一定壓力脈動(dòng)。
[0027] 進(jìn)一步的，活塞桿沿軸線方向按管路內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格開有通孔，通孔與后續(xù)油路相 通，該通孔能夠減小內(nèi)徑變化造成的液阻。
[0028] 進(jìn)一步的，衰減器內(nèi)的軸端擋板通孔進(jìn)口處設(shè)計(jì)有倒角，能夠減小液阻。
[0029] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的衰減器殼體的中部通過法蘭盤連接，方便生產(chǎn)和實(shí)際安裝。
[0030] 本發(fā)明通過檢測衰減器殼體進(jìn)口處的壓力脈動(dòng)ρι和出口處的壓力脈動(dòng)P2,并將其 轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)，信號(hào)處理電路對產(chǎn)生的微弱電信號(hào)進(jìn)行濾波、整流、放大、轉(zhuǎn)換，送入A/ D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可接收的數(shù)字量信號(hào)，單片機(jī)對接 收到的數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到主頻ω :、二次諧波頻率ω 2 = 2 ω :以及三次諧 波頻率ω 3 = 3 ω :;在所得到的三個(gè)頻率基礎(chǔ)上，通過旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法得到最優(yōu)控制 電壓，功率放大電路根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法計(jì)算的最優(yōu)控制電壓值產(chǎn)生實(shí)際控制電壓 作用于壓電陶瓷上，改變其剛度，實(shí)現(xiàn)對活塞位移的主動(dòng)調(diào)節(jié)，改變衰減器殼體進(jìn)口端容 積，實(shí)現(xiàn)壓力脈動(dòng)的衰減，該方法既不影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，又不會(huì)造成較大的能量浪 費(fèi)，消除液壓回路中存在的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象，提升系統(tǒng)性能，并且易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器的工作原理圖；
[0032]圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)原理圖。
[0033]圖3是本發(fā)明控制策略原理圖。
[0034]圖中：1為衰減器殼體，2為固定螺釘，3為軸端擋板，4為連接螺栓，5為第一密封圈， 6為活塞，7為壓電陶瓷，8為密封墊，9為第二密封圈，10為活塞桿，11為壓力變送器，12為控 制電路。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0036] 本發(fā)明新型串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括衰減器殼體1、固 定螺釘2、軸端擋板3、連接螺栓4、第一密封圈5、衰減器活塞6、疊堆式壓電陶瓷7、密封墊8、 第二密封圈9、活塞桿10以及控制部分，控制部分包括壓力變送器11、信號(hào)處理電路、A/D轉(zhuǎn) 換器、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器以及功率放大電路。所述新型串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器主體由 衰減器殼體1、軸端擋板3、衰減器活塞6、疊堆式壓電陶瓷7、活塞桿10組成。
[0037] 本發(fā)明中衰減器殼體1帶有出口和進(jìn)口，并且進(jìn)口及出口處均布置一個(gè)壓力變送 器11，壓力變送器11檢測壓力脈動(dòng)，為分析壓力脈動(dòng)的頻率分布提供依據(jù);衰減器殼體1串 聯(lián)于油路中，并且衰減器殼體1通過錐螺紋或帶有密封結(jié)構(gòu)的螺紋與栗出口油路相連;所述 活塞桿10通過錐螺紋或帶有密封結(jié)構(gòu)的螺紋與后續(xù)油路的管接頭相連。
[0038] 活塞桿10-端位于衰減器殼體1內(nèi)，另一端穿出衰減器殼體1，活塞桿10與衰減器 殼體1接觸的部位外側(cè)套裝有第二密封圈9;活塞桿10沿軸線方向按管路內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格開有 通孔，通孔與后續(xù)油路相通，該通孔用于減小內(nèi)徑變化造成的液阻;活塞6位于衰減器殼體1 內(nèi)，活塞6與活塞桿10為間隙配合，能夠在活塞桿10上滑動(dòng)，活塞6與衰減器殼體1之間設(shè)置 有壓電陶瓷7,并且壓電陶瓷7與活塞6相接觸，壓電陶瓷7關(guān)于活塞桿10對稱設(shè)置，并且布置 在遠(yuǎn)離進(jìn)油口的一端;根據(jù)壓力脈動(dòng)的大小，通過改變施加在壓電陶瓷7上的電壓，改變壓 電陶瓷7的剛度，從而改變活塞6位移，實(shí)現(xiàn)衰減器殼體1進(jìn)口端容腔容積的高頻率變化，實(shí) 現(xiàn)液壓壓力脈動(dòng)衰減。
[0039] 活塞桿10固定在衰減器殼體1上，具體的，活塞桿10通過設(shè)置在活塞桿10上的側(cè)板 固定在衰減器殼體1內(nèi)壁上，并且側(cè)板和衰減器殼體1內(nèi)壁之間設(shè)置有密封墊8;壓電陶瓷7 設(shè)置在側(cè)板與活塞6之間，壓電陶瓷7與活塞桿10之間留有空腔;活塞桿10的徑向開設(shè)有通 孔，該通孔與軸線方向的通孔相連通。
[0040] 所述活塞桿10位于衰減器殼體1內(nèi)的一端設(shè)有用于對衰減器活塞6限位的軸端擋 板3。所述軸端擋板3通孔進(jìn)口處設(shè)計(jì)有用于減小液阻的倒角。
[0041] 所述衰減器殼體1通過法蘭盤裝配于油路中，法蘭盤通過連接螺栓4固定，并且在 連接處設(shè)置有第一密封圈5。
[0042] 本發(fā)明中壓電陶瓷7為堆疊式壓電陶瓷。
[0043] 具體的，本發(fā)明的串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器還包括一個(gè)核心控制電路12,該控 制電路12集成有單片機(jī)和信號(hào)處理電路。衰減器的進(jìn)口及出口處均布置一個(gè)壓力變送器， 檢測衰減器進(jìn)口及出口處的壓力脈動(dòng)，送入單片機(jī)作快速傅里葉變換，為疊堆式壓電陶瓷 的控制電壓計(jì)算提供數(shù)據(jù)。信號(hào)處理電路對壓力變送器采集的壓力信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、信 號(hào)轉(zhuǎn)換及整流等操作。單片機(jī)對采集的壓力信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換。另外單片機(jī)內(nèi)集成 旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法，將衰減器進(jìn)出口兩端的壓力脈動(dòng)均方差引入優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，控制 電壓由三部分組成，用于對壓力脈動(dòng)的主頻、二次諧波、三次諧波進(jìn)行抑制。旋轉(zhuǎn)矢量由三 部分控制電壓正弦部分的幅值、相位構(gòu)成，控制電壓正弦部分的頻率與壓力脈動(dòng)的主頻、二 次諧波、三次諧波相同。通過對旋轉(zhuǎn)矢量重復(fù)旋轉(zhuǎn)、收縮操作，求解可以最小化衰減器進(jìn)出 口兩端壓力脈動(dòng)均方差的實(shí)際控制電壓，施加于壓堆疊式電陶瓷兩端。
[0044] 一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減方法，所述串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器在工作時(shí)， 分別在衰減器殼體進(jìn)口處及衰減器殼體出口處設(shè)置壓力變送器，檢測進(jìn)口處的壓力脈動(dòng)P1 和出口處的壓力脈動(dòng)P2,并將其轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)，信號(hào)處理電路對產(chǎn)生的微弱電信號(hào)進(jìn) 行濾波、整流、放大、轉(zhuǎn)換，送入A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可 接收的數(shù)字量信號(hào)，單片機(jī)對接收到的數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到主頻ω :、二 次諧波頻率ω 2 = 2 ω :以及三次諧波頻率ω 3 = 3 ω工。
[0045] 單片機(jī)內(nèi)編寫程序，能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法，通過計(jì)算得到最優(yōu)控制值； [0046]采集到的衰減器殼體進(jìn)口處壓力為? 1〇〇上=1，2，-，少為采樣點(diǎn)數(shù)，？1〇〇算術(shù)平
[0047] 衰減器出口處壓力為口2(10，1^=1，2，-，川為采樣點(diǎn)數(shù)，？2(10算術(shù)平均值為
[0048] 設(shè)定旋轉(zhuǎn)矢量V = [4釣為灼為_p3]T，其中元素 A1、科分別為電壓分量 % = wl(> + 4 sin(郵+灼）中正弦部分的幅值及相位，A 2、朽分別為電壓分量 …=+ sin(ia2/ +奶）中正弦部分的幅值及相位，A 3、外分別為電壓分量 % % + 4sin(ftV -卜朽）中正弦部分的幅值及相位。
[0049] 旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法的目標(biāo)函數(shù)為：L = ￡[￥(々)]+ ￡[/<(々)]，優(yōu)化時(shí)，首先 隨機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)值不等的矢量V1、V2，作二者矢量差，以差矢量兩端點(diǎn)中目標(biāo)值較小 的點(diǎn)為圓心，旋轉(zhuǎn)目標(biāo)值較大的點(diǎn)形成新的差矢量;計(jì)算新端點(diǎn)的目標(biāo)值并與圓心的目標(biāo) 值比較，直至其目標(biāo)值小于圓心的目標(biāo)值后繞新端點(diǎn)重新旋轉(zhuǎn);若新端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周后的目 標(biāo)值仍大于圓心的目標(biāo)值，則以圓心為固定點(diǎn)，將差矢量縮小〇. 618，重新比較差矢量兩個(gè) 端點(diǎn)的目標(biāo)值，重復(fù)該過程直至新端點(diǎn)的目標(biāo)值大于圓心的目標(biāo)值;重復(fù)旋轉(zhuǎn)和收縮操作， 直至達(dá)到終止標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際中，終止標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)需要設(shè)定為L小于給定值。
[0050] 最后得到最優(yōu)控制電壓如下：
[0051 ] w* = tt: + ω; .+:< .= mk, + 4* sinC?# + + + ^4*. 十爐D + 鉍3.〇 + 4；* + @)
[0052]功率放大電路根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法計(jì)算的最優(yōu)控制電壓值產(chǎn)生實(shí)際控制 電壓作用于疊堆式壓電陶瓷7上，改變其剛度，實(shí)現(xiàn)對活塞6位移的主動(dòng)調(diào)節(jié)，改變衰減器進(jìn) 口端容積，實(shí)現(xiàn)壓力脈動(dòng)的衰減。另外，軸端擋板3實(shí)現(xiàn)對衰減器活塞6的限位操作。
[0053]本發(fā)明的串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器采用以下主要部件：
[0054] (1)衰減器殼體：自行設(shè)計(jì)圖紙加工。
[0055] (2)軸端擋板：自行設(shè)計(jì)圖紙加工。
[0056] (3)密封圈:根據(jù)密封圈標(biāo)準(zhǔn)尺寸規(guī)格求取。
[0057] (4)衰減器活塞：自行設(shè)計(jì)圖紙加工。
[0058] (5)活塞桿：自行設(shè)計(jì)圖紙加工。
[0059] (6)疊堆式壓電陶瓷:材料及尺寸自行設(shè)計(jì)。
[0060] (7)壓力變送器:Kavlico PT250系列，美國CST公司。
[0061 ] (6)功率放大器:采用IRF540和MUR820等器件，ST公司。
[0062] (7)A/D轉(zhuǎn)換器:ADC0808,美國National Semiconductor公司。
[0063] (8)單片機(jī):ARM9，Silicon Lab公司。
[0064] (9)D/A轉(zhuǎn)換器:ADC0809,美國National Semiconductor公司。
[0065] 本發(fā)明中的衰減器主體由殼體、活塞及介于二者之間的疊堆式壓電陶瓷組成。通 過分布于衰減器進(jìn)出口兩端的壓力變送器檢測壓力脈動(dòng)，經(jīng)過信號(hào)處理及A/D轉(zhuǎn)換送入單 片機(jī)作快速傅里葉變換，獲得壓力脈動(dòng)主頻及二次諧波、三次諧波。以衰減器進(jìn)出口兩端壓 力脈動(dòng)的均方差作為優(yōu)化目標(biāo)，利用旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法計(jì)算控制電壓，通過功率放大 電路施加于疊堆式壓電陶瓷兩端，引起衰減器進(jìn)口處容積的變化，吸收油路中壓力脈動(dòng)。本 發(fā)明提供的新型串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器相較于傳統(tǒng)液壓壓力脈動(dòng)衰減器造成的油路 能量損失小，增大了起抑制效果的壓力脈動(dòng)帶寬，可實(shí)現(xiàn)高壓油路中的壓力脈動(dòng)抑制。
[0066] 以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明 的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其特征在于:包括活塞桿（10)、能夠在活塞桿（10) 上滑動(dòng)的活塞(6) W及串聯(lián)于油路中帶有出口和進(jìn)口的衰減器殼體（1)，衰減器殼體（1) 一 端與累出口油路相連，另一端與后續(xù)油路相連;活塞桿（10)固定在衰減器殼體（1)上，并且 活塞桿（10)-端位于衰減器殼體（1)內(nèi)，另一端穿出衰減器殼體（1);活塞桿（10)沿軸線方 向開有通孔，通孔與后續(xù)油路相通;活塞(6)位于衰減器殼體（1)內(nèi)，活塞(6)與衰減器殼體 (1)之間設(shè)置有壓電陶瓷(7)，并且壓電陶瓷(7)與活塞(6)相接觸，根據(jù)壓力脈動(dòng)的大小，通 過改變施加在壓電陶瓷(7)兩端的電壓，改變壓電陶瓷(7)的剛度，從而改變活塞(6)位移， 實(shí)現(xiàn)衰減器殼體(1)進(jìn)口端容腔容積的高頻率變化，實(shí)現(xiàn)液壓壓力脈動(dòng)衰減。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其特征在于:所述衰減器殼 體(1)進(jìn)口及出口處均布置一個(gè)壓力變送器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其特征在于:所述衰減器殼 體（1)通過錐螺紋或帶有密封結(jié)構(gòu)的螺紋與累出口油路相連;所述活塞桿（10)通過錐螺紋 或帶有密封結(jié)構(gòu)的螺紋與后續(xù)油路的管接頭相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其特征在于:所述活塞(6) 與活塞桿(10)為間隙配合。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其特征在于：所述活塞桿 (10)位于衰減器殼體(1)內(nèi)的一端設(shè)有用于對衰減器活塞(6)的限位的軸端擋板(3)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其特征在于:所述軸端擋板 (3)通孔進(jìn)口處設(shè)計(jì)有用于減小液阻的倒角。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其特征在于：所述活塞桿 (10)通過設(shè)置在活塞桿（10)上的側(cè)板固定在衰減器殼體(1)內(nèi)壁上，壓電陶瓷(7)設(shè)置在側(cè) 板與活塞(6)之間，壓電陶瓷(7)與活塞桿（10)之間留有空腔，壓電陶瓷(7)對稱布置活塞桿 (10);活塞桿(10)的徑向開設(shè)有通孔，該通孔與軸線方向的通孔相連通。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減器，其特征在于:所述衰減器殼 體(1)通過法蘭盤裝配于油路中；所述壓電陶瓷(7)為堆疊式壓電陶瓷。9. 一種基于權(quán)利要求1所述的串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減方法，其特征在于:分別在衰減 器殼體進(jìn)口處及衰減器出口處設(shè)置壓力變送器，檢測衰減器殼體進(jìn)口處的壓力脈動(dòng)P1和出 口處的壓力脈動(dòng)P2,并將其轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)，信號(hào)處理電路對產(chǎn)生的微弱電信號(hào)進(jìn)行濾 波、整流、放大、轉(zhuǎn)換，送入A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可接收 的數(shù)字量信號(hào)，單片機(jī)對接收到的數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到主頻ωι、二次諧 波頻率ω 2 = 2 ω iW及Ξ次諧波頻率ω 3 = 3 ω 1;再通過旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法得到最優(yōu)控 制電壓，功率放大電路根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法計(jì)算的最優(yōu)控制電壓值產(chǎn)生實(shí)際控制電 壓作用于壓電陶瓷上，改變其剛度，實(shí)現(xiàn)對活塞位移的主動(dòng)調(diào)節(jié)，改變衰減器殼體進(jìn)口端容 積，實(shí)現(xiàn)壓力脈動(dòng)的衰減。10. -種根據(jù)權(quán)利要求9所述的串聯(lián)式液壓壓力脈動(dòng)衰減方法，其特征在于:通過旋轉(zhuǎn) 矢量優(yōu)化控制算法得到最優(yōu)控制電壓的具體過程如下： 采集到的衰減器殼體進(jìn)口處壓力為Ρ1化），k=l，2，…N，N為采樣點(diǎn)數(shù)，pl化)算術(shù)平均值 3衰減器出口處壓力為P2(k)，k=l，2，…N，N為采樣點(diǎn)數(shù)，p2(k)算術(shù)平均值為設(shè)定旋轉(zhuǎn)矢量V=.[4灼為褲Λ巧]T，其中元素 A 1、A分別為電壓分量 Wi二十4 sin(邸+灼）中正弦部分的幅值及相位，A 2、巧分別為電壓分量 W: = i (啤巧）中正弦部分的幅值及相位，A 3、巧分別為電壓分量 二W;,, + /Min(似;A)中正弦部分的幅值及相位； 旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化控制算法的目標(biāo)函數(shù)為優(yōu)化時(shí)，首先隨機(jī)產(chǎn)生 兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)值不等的矢量V1、V2,作二者矢量差，W差矢量兩端點(diǎn)中目標(biāo)值較小的點(diǎn)為圓 屯、，旋轉(zhuǎn)目標(biāo)值較大的點(diǎn)形成新的差矢量;計(jì)算新端點(diǎn)的目標(biāo)值并與圓屯、的目標(biāo)值比較，直 至其目標(biāo)值小于圓屯、的目標(biāo)值后繞新端點(diǎn)重新旋轉(zhuǎn);若新端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周后的目標(biāo)值仍大于 圓屯、的目標(biāo)值，則W圓屯、為固定點(diǎn)，將差矢量縮小0.618，重新比較差矢量兩個(gè)端點(diǎn)的目標(biāo) 值，重復(fù)該過程直至新端點(diǎn)的目標(biāo)值大于圓屯、的目標(biāo)值;重復(fù)旋轉(zhuǎn)和縮小操作，直至達(dá)到終 止標(biāo)準(zhǔn);最后得到最優(yōu)控制電壓如下：
【文檔編號(hào)】F15B5/00GK106090524SQ201610393849
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號(hào)201610393849.9, CN 106090524 A, CN 106090524A, CN 201610393849, CN-A-106090524, CN106090524 A, CN106090524A, CN201610393849, CN201610393849.9
【發(fā)明人】李小虎, 柳松瑋, 李黨超, 張燕飛, 李中平, 吳堅(jiān)
【申請人】西安交通大學(xué)