摘 要

本文根据国内液压升压变换器研究现状设计了简单的液压变压器主体，在此基础上借助液压系统仿真软件AMESim对液压驱动系统整体进行了原理图构建，并据此使用MATLAB仿真软件建立了控制系统模型，对负载端液压缸位移轨迹信号与设定信号进行了比较，所得结果对于液压驱动系统的整体设计及参数选择有重要的指导意义。

论文主要研究了液压变压器的升压工作原理和基于此的液压驱动系统的工作特性。

研究结果表明：基于液压变压器的液压驱动系统相位及幅值误差在工程系统允许误差范围内，低频小幅值输入信号响应良好，能够满足驱动两自由度并联机器人（机械臂）的课题要求。

本文的特色：总结了国内相关课题的多样设计方案，提炼其中的先进研究思路，运用多种软件对课题任务进行综合分析设计，具有一定的理论性与实用性。

关键词：液压变压器；液压驱动系统；变压比；直线负载

Abstract

According to the research status of domestic hydraulic boost converter, a main body of simple hydraulic transformer is designed in this paper. The hydraulic system simulation software AMESim is used to build the hydraulic drive system based on this , and the control system is established by using MATLAB simulation software Model.The displacement signal of the hydraulic cylinder on the load side is compared with the set signal, and the result is of great significance to the overall design and parameter selection of the hydraulic drive system.

The working principle of the hydraulic transformer and the working characteristics of the hydraulic drive system are mainly studied.

The results show that the phase and amplitude error of the hydraulic drive system based on the hydraulic transformer is within the allowable error range of the engineering system, and the response of the low frequency small amplitude input signal can meet the requirements of driving the two - degree - of - freedom parallel robot .

The characteristics of this paper summarize the diversified design of related topics in China, extract the advanced research ideas, and use a variety of software to carry out comprehensive analysis and design of task tasks, which has certain theoretical and practicality.

Key Words：hydraulic transformer；hydraulic drive system；transformer ratio；linear load

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景、目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文研究内容 3

1.4 本文组织结构 3

第2章 液压变压器的结构及特性分析 4

2.1 液压变压器的工作原理 4

2.1.1 液压变压器的特殊结构及变压原理 4

2.1.2 液压变压器的变压比 5

2.2 液压变压器的特性分析 6

2.2.1 液压变压器的转矩分析 6

2.2.2 液压变压器的变压比分析 7

2.2.3 液压变压器的流量分析 8

2.3 液压变压器外观模型的平面视图 9

2.4 液压变压器的另一种设计方案 11

2.4.1 基于高速开关阀的增压系统原理概述 11

2.4.2 基于高速开关阀的增压系统稳态特性 13

2.4.3 基于高速开关阀的增压系统波动特性 15

2.4.4 基于高速开关阀的增压系统AMESim原理图 16

第3章 液压驱动系统的模型建立 17

3.1 液压变压器驱动直线负载的系统设计 17

3.1.1 液压变压器驱动直线负载的原理图 17

3.1.2 原理图元件选择说明 19

3.2 基于液压驱动系统原理图的两个实验 21

3.2.1 液压变压器控制角的伺服特性实验 21

3.2.2 液压驱动系统的工作特性实验 22

3.3 液压驱动系统的三维建模 22

第4章 液压驱动系统的仿真分析 24

4.1 闭环控制系统的建立 24

4.2 液压变压器的数学模型 24

4.3 液压驱动系统的仿真分析结果 26

第5章 课题总结 30

5.1 论文总结 30

5.2 研究不足及存疑 30

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

液压变压器能够实现压力转换的功能，是恒压网络系统研究发展的产物。它能够无节流损失地调整系统压力至负载端压力需求范围。液压变压器的概念肇始于1965年的美国专利，往后的20年间其结构形式却一直固定在刚性轴机械连结轴向柱塞泵和马达的传统型。直到1997年，荷兰公司Innas和Noax公司的联合设计研究取得了突破成果。新型液压变压器集合了液压泵和液压马达的功能而成一独立的液压元件^[1]。它能够无节流损失地直接驱动直线负载，其结构形式得到了极大简化和整合。

液压变压器为解决常规油路的系统问题提供了优秀的解决思路。在恒压网络系统中，所有的制动器被接到CPR中以维持油路压力的恒定，液感压力可以根据所需负载压力作相应调整^[2]。对于液压变压器的研究和不断改进将持续完善和促进恒压网络系统的使用和推广。

驱动系统是机械设备中的重要组成部分。常规的驱动方式有四种，分别为内燃机驱动、电机驱动和液气驱动。以下为各类驱动方式的对比：