本論文是以自製壓力方波產生器(Pressure Square Wave Generator, PSWG)作為激振源，建立一套線上動態液壓量測技術與系統鑑別平台。此PSWG可產生傳遞能量大、輸出直接，可提供變更頻率之動態壓力方波。我們針對系統元件「節流孔口」作動態研究，訂定實驗參數壓力1.5 MPa及2 MPa與頻率8至200 Hz，利用壓電式壓力感測器量測其動態壓力，經由頻譜分析儀(FFT Analyzer)作時域響應與頻域響應波形之分析，擷取之數據再利用控制工程軟體MATLAB進行系統鑑別，經由一個系統元件的輸入與輸出關係來架構其數學方程式，決定系統元件動態反應和特徵模型，並比較其差異以了解彼此能量傳遞之關係。
實驗結果得知，孔深固定時，孔徑增加將減少輸出端與輸入端頻率響應的差異性，這是由於孔徑越大其節流效應影響較小。孔徑固定時，可看出隨孔口深度越大造成壓力下降越大，這不利動態響應輸出，壓力增益也越差。孔口深度越大，Tr、Ts、Tp也越長，共振頻率越小，頻寬也越小。阻尼影響穩態特性，減小管路長度、節流孔簡化合併，即可優化輸出結果。容腔體積越大，會使系統自然頻率越大，頻寬也隨之增大，容腔腔體過大將使快速響應變差，影響系統動態行為。

This thesis is to build the online platform for measuring dynamic pressure of hydraulic system and identification. A pressure square wave generator (PSWG) is used as excitation source to generate pressure square wave, which has high power, direct output, and variable frequency. We focus on the study of throttle orifice pipe. Combining piezoelectricity pressure sensor, time- and frequency-domain response can be obtained by the FFT Analyzer under the different frequency. Furthermore, the experimental data also can be analyzed by the system identification of MATLAB and established the mathematical model. We will compare the difference of dynamic behavior and realize the energy transfer relations between each throttle orifice pipe.
Results show the differences of frequency-domain between inlet and outlet decrease with the diameter increase when the orifices are constant depth. On the contrary, the larger the depth is, the larger the rise time (Tr), settling time (Ts), and peaking time (Tp) will be. Similary, the smaller the resonant frequency and band width obtain. Finally, the larger capacity used, the larger the natural frequency and band width can be obtained.

目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 v
圖目錄 vi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文架構 3
第二章 相關原理 4
2.1 壓力方波理論 4
2.2 壓力方波產生器(PSWG)作動原理 6
2.3 孔口和阻流管的特性 7
2.3.1 孔口 7
2.3.2 阻流管 8
2.3.3 孔口和阻流管的應用 9
2.4 流體阻抗 9
2.5 管路截面積的壓力損失 11
2.5.1 擴張管的壓力損失 11
2.5.2 收縮管的壓力損失 11
2.5.3 液壓迴路之作用效率 12
2.6 時域響應法 13
2.7 頻率響應法 15
2.7.1 波德圖 15
2.8 物理系統的數學模式與系統轉移函數 17
2.9 系統鑑別 18
2.10 文獻回顧 19
2.10.1 文獻 19
2.10.2 MATLAB鑑別應用 20
第三章 實驗設計與研究方法 22
3.1 實驗設計 22
3.2 實驗步驟 24
3.2.1 參數的訂定 28
3.2.2 研究方法之系統鑑別 28
3.2.3 系統鑑別程序步驟 30
3.2.4 系統識別分析模式 31
3.3 實驗設備 33
3.3.1 液壓系統 33
3.3.1.1 液壓方波產生器 33
3.3.1.2 壓電式壓力感測器 35
3.3.1.3 齒輪減速馬達(GEAR REDUCER MOTOR) 36
3.3.1.4 蓄壓器 36
3.3.2 控制系統 38
3.3.2.1 FFT頻譜分析儀 38
3.3.2.2 放大器 39
3.3.3 電控系統 39
3.3.3.1 變頻器 39
第四章 結果與討論 41
4.1 壓力方波產生器輸出動態特性 41
4.1.1 時域響應分析 41
4.1.2 頻域響應分析 42
4.2 節流孔口管動態特性 43
4.2.1 時域響應分析 43
4.2.2 頻域響應分析 46
4.3 節流孔口管鑑別 48
4.3.1 時域響應分析 48
4.3.2 頻域響應分析 62
4.4孔口與阻流管之差異性鑑別 66
4.4.1 時域響應分析 66
4.4.2 頻域響應分析 73
4.5節流孔口管與容腔之關係 76
4.5.1 時域響應分析 76
4.5.2 頻域響應分析 85
第五章 結論 90
參考文獻 92
附録A MATLAB程式指令94

參考文獻

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