题目：动力传动与控制系统的能效问题及节能技术研究

       能源问题是21世纪人类的重大问题之一，新能源和节能技术也成为科研领域的一个热点。基于本学科领域的特点，本文重点研究有序能动力传动与控制系统的能效问题和节能技术，同时研究高能效系统的频响问题，并将含有热力过程的气动系统和压缩空气储能系统与常规传动系统置于一个平台上综合考虑。这里不以某一具体的系统为研究对象，而是试图深入探索众多有序能系统内部关于能效问题的统一规律，在内容安排上，考虑到同时获得高频响性能的目的，因而偏重于液压传动和控制系统。

       首先建立能效基础理论。分析能量系统的能量流动状况，抽象出能量流动和循环框图。引入电机拖动领域的四象限运行概念，指出系统内能流的正反两个流动方向以及回收和再利用反向能流的可能性和必要性；同时提出可逆运行的概念，指出可逆运行是提高传动系统能量效率的关键；在此基础上提出广义能源的概念，并定义能量效率的计算方法，提出效率通式。借助热力学的可逆概念，提出并证明有序能传动和控制系统的最高理论效率定理，指出获得最高效率的条件。利用该定理，推导出纯压缩空气储能系统的最高理论效率及其实现条件，总结有序能系统提高能效的基本途径，并简要分析常规气动系统能效低下的原因，同时提出传动和控制系统可逆运行的两种基本回路：线型回路和环型回路。

       继而研究高能效系统的频响问题。从能量和信息的角度对控制系统概念给予特殊的解读，以液压控制系统为主要对象，分析其频响性能并论证高能效的容积调节方式提高频响性能的途径。首先分析系统的动力特性，指出要提高频响性能，系统必须输出足够大的动力。简要论证传动和控制系统获得高频响的条件：足够的动力、恰当的控制律以及具有足够高频响性能的功率放大器。进而指出容积调节系统功率放大器输出动力的能力大于阀控系统，在频响方面具有一定优势，在大负载和超大负载工况下，常规容积调节系统的频响性能优于阀控系统；在中小负载工况下，对容积调节系统进行一定的改进，其频响性能便可以赶上甚至超越阀控系统；同时指出将容积调节系统功率放大器的控制级改造为可逆运行方式将有助于提高系统能效。分析被控量与系统动力的关系，引入自平衡对象的概念，并以大温升速率加热实验为例进行说明。

       分析可逆运行线型系统的一般形态，对当代各类液压控制系统的多方面性能进行简单对比。在实际科研项目—摇摆台液压控制系统的基础上抽象出三种典型的可逆运行线型系统，进行详细设计，用AMESim软件进行仿真，比较它们的动态响应性能和能量效率，指出二次调节系统具有明显的优势；另外，功率放大器控制级的能耗是相当可观的，需要给予足够的重视。

       可逆运行环型系统主要应用于受动式加载装置，分析它们的一般形态，以科研项目—旋挖钻机液驱动力头加载试验台为例进行说明。提出4种变体二次调节加载方式，对其中的3种方式进行详细设计，用AMESim软件进行仿真，比较它们的动态性能和能量回收效率，仿真结果令人满意，同时说明二次调节技术用于加载系统可兼顾动态性能和能量效率。

       本文构建了有序能动力传动与控制系统能效理论的基本框架，并指出和论证了兼顾能效和频响性能的技术途径，对所提出的两种基本的节能回路：能流可逆线型回路和能流可逆环型回路进行了具体的研究。