伺服电机控制高压大流量双泵液压动力系统研究

由伺服电机和液压泵组成的新型泵控系统已经应用于液压机械设备中,为解决大型液压机对液压动力源高压大流量输出的要求,在传统伺服电机泵控系统中引入了高压主泵和低压副泵,并通过双泵切换来实现高压大流量输出。通过控制器与伺服电机控制电机输出转矩和转速,进而实现对输出压力和流量的控制。通过合流阀块实现对双泵合流与分流的控制,进而实现液压系统的大流量或高压力输出。以液压机一个工作循环为基础进行了性能试验,结果表明该液压动力系统满足压力、流量设计要求,响应速度快,控制精度高。     

电控双泵液压源在注塑机上的节能研究

针对传统注塑机溢流损失严重、电力消耗大等问题,提出了一种通过控制异步伺服电机转矩和转速,以实现对注塑机输出压力和流量进行控制的方案。在该电机控制的液压动力源中,采用了串联双齿轮泵的方案,以满足大型注塑机瞬时大流量输出的要求。通过压力与流量反馈形成闭环控制,提高了输出压力与流量的控制精度,并大大提升了注塑机液压系统的节能效果。设计了利用电控双泵液压系统对传统注塑机液压系统改造的方案,并通过实验验证了异步电机伺服泵控系统在注塑机上的节能效果。     

伺服驱动定量泵的流量压力软测量方法

根据永磁伺服电机驱动定量泵液压动力源的系统特性,并结合电机、泵、油液相关参数建立了泵输出流量和压力的软测量模型,通过较易获得的电机转速和转矩电流信号实现了对定量泵输出流量和压力的间接测量,根据油液粘温、粘压特性及实际工况特性修正泵的泄漏系数,进一步提高测量模型精度和拓展测量范围,并且测量模型有效地避免了传统测量中信号采集的干扰和实测流量响应延迟问题。实验表明:该软测量模型精度高、响应速度快,其流量闭环控制动态特性也明显优于传统流量测量反馈系统。     

基于转矩控制的定排量恒压电液动力源运行特性

通过协调电液动力源转速和排量可以提升其能效,也是目前电液动力源的研究热点,随着变频和伺服技术的发展,变转速电液动力源也越来越多地应用在工业生产和航空航天装备中。目前,电液动力源实现流量控制可以采用变排量控制,也可以采用变转速控制,这两种控制方式已非常成熟,应用也较多。但在压力控制中,还往往只能依赖液压泵变排量控制结合压力反馈实现压力控制机能,采用变转速控制压力时,难以适应负载流量随机快速变化工况。为此,提出采用高效率的伺服电动机直接驱动定量泵,进一步提出基于转矩控制和转速补偿的压力控制方案,在负载压力变化时,无需控制电动机转速,具有动态响应快、系统结构简单的优点。通过理论分析和试验研究,结果表明,采用设计的方案可以很好地实现压力控制,在相同条件下,与常规恒压变量泵相比,压力响应时间从160 ms降低到50 ms,响应速度远超国际同类恒压控制泵     

变速异步电动机比例恒压泵电液动力源特性研究

电液动力源是为液压系统提供动力的单元,其能量效率决定整个系统的能效。针对现有变排量电液比例压力流量复合控制动力源,非工作周期电动机仍以额定转速运转,产生较大能耗;变转速异步电动机驱动定量泵动力源,难以直接控制压力的问题,提出采用变转速交流异步电动机驱动比例恒压泵构造新的电液压力流量复合控制动力源,通过改变斜盘摆角实现无节流损失压力连续控制,改变泵转速实现泵输出流量连续控制。进一步针对异步电动机变转速驱动动态响应慢的问题,提出在主回路增设液压蓄能器,并将其高压油液分别引入液压泵吸油口和出油口,辅助驱动液压泵加速起动和制动的解决方案。研究中,构建了基于上述原理的电液动力源试验测试系统,对其压力控制特性、流量控制特性、压力流量复合控制特性及功率控制特性进行研究,结果表明,随负载压力变化流量控制精度误差不超0.5%,采用蓄能器辅助驱动、辅助制动可使变频电动机起、停时间分别由1 s和1.2 s减小到0.2 s和0.5 s;在保压工况、非工作周期压力卸荷工况、恒压工况,通过降低电动机转速,较恒定电动机转速驱动,降低能耗20%以上。     

串联泵控液压系统设计及其仿真脉动和能耗优化分析

选择双液压泵串联的组装方式,可达到泵高速运转并获得高压力效果,充分减小回路的节流损失。该结构完成压力分级叠加,获得更大的液压系统动力源输出压力,采用此动力源能够满足高压力与大流量的液压系统使用要求,进一步通过仿真方式对其脉动和能耗优化展开分析。结果表明:当负载增大后,串联泵控液压系统的流量脉动区间减小。串联泵控液压系统流量脉动随着负载增加变动不明显,表明本系统设计具有很好的稳定性。对电机转速进行调整后,串联泵控液压系统相对单泵系统的齿轮泵发生流量脉动显著降低;可使系统承受更高负载,使液压泵达到更低的输出流量;可以利用功率叠加的过程达到通过低功率电机获得大功率输出的目的。     

液压注塑机伺服泵流量与压力解耦控制方法

介绍一种液压注塑机伺服泵流量与压力解耦的控制方法。对液压注塑机伺服系统进行建模分析,详细分析伺服泵转速与转矩、流量与压力的解耦控制,采用切换控制策略对控制方法进行优化,实现了注塑周期中不同工艺过程的良好跟踪效果和控制精度,并提高了控制响应速度。     

限幅模糊与带阈值设置PID补偿的变转速液压源流量控制方法研究

针对目前变转速泵控液压系统对执行机构速度控制中出现的动态响应慢、转速波动、精度低等问题,尤其是载荷快速多变工况下,流量和压力的强耦合特性,控制流量具有时变和高度非线性特性,采用传统PID控制或模糊控制都难以取得满意的控制效果的现状,提出采用限幅模糊与带阈值设置的PID补偿控制方法。控制系统先采用具有开环控制快速性的限幅模糊控制,快速接近目标流量,然后采用带阈值设置的PID补偿控制消除系统稳态误差,该方法具有响应快、无超调、精度高的优点。仿真和实验结果表明：该方法能够实现典型工况下变转速液压动力源输出流量的准确控制,大幅减小流量斜坡响应稳态误差,系统控制性能远优于传统简单控制方法的控制性能,适合变转速容积调速系统在线控制。     

变转速液压动力源恒流量模糊控制方法研究

针对变转速泵控液压系统在负载快速多变工况下,由于负载变化时流量和压力的强耦合特性,控制流量具有不确定、时变和高度非线性问题,导致其低速稳定性差、响应速度慢、调速精度低等技术难题的出现,采用简单PID线性控制器往往不能得到满意的控制效果。本文提出采用模糊控制实现典型工况下变转速液压动力源输出流量的伺服控制策略,MATLAB仿真及相应实验结果均表明:本文提出的模糊控制策略具有良好的实际控制效果,控制精度高,并且具有优于传统PID控制的鲁棒性。     

变转速液压动力源的负载前馈-反馈复合补偿控制

研究了前馈控制和反馈控制的原理及优缺点,提出采用负载前馈-反馈复合补偿控制策略实现液压动力源在典型工况下的恒流量控制。以变转速机电液系统实验平台为基础,建立变转速液压动力源的Simulink仿真模型,分别在简单PID反馈控制和复合补偿控制策略下进行仿真和实验,结果证明了该复合补偿控制策略在液压动力源恒流量控制中的可行性和有效性,其抗负载扰动性能明显优于简单PID反馈控制。     

D+A组合控制多泵源液压系统泵阀复合控制研究

针对传统大功率多泵液压阀控系统中由于泵源输出与负载流量需求不匹配,导致液压系统传动效率低下的问题,在数字泵PCM控制概念的基础上提出一种基于数字+模拟（D+A）组合控制多泵源液压系统。通过流量区域划分方法,给出该系统的构型原则,其中定量泵组排量比采用二进制编码,由1台变量泵补偿定量泵的阶跃流量差值;建立多泵源液压系统流量状态矩阵,通过求解得到泵组的控制信号;为了减少阶跃流量冲击对系统控制特性的影响,提出多泵源液压系统泵阀复合控制策略,并对该系统输出特性进行试验研究。试验结果表明在泵阀复合控制策略下,多泵源液压系统具有良好的动静态特性和节能效果。正弦位置跟随精度达到±0.1 mm,滞后约为100 ms;由于采用D+A组合流量控制和比例溢流阀压力控制,始终使多泵源液压系统输出的流量和压力分别高于负载所需要流量10 L/min和压力2 MPa,使该系统的溢流和节流损失大大降低。     

液压型风力发电机组的转速和转矩解耦控制

以液压型风力发电机组为研究对象,输出高质量电能为研究目标,针对机组存在的转速和转矩解耦问题展开研究。建立定量泵-变量马达液压传动系统数学模型。从液压传动系统出发,探究影响机组电能输出质量的关键因素,分析该多输入-多输出系统存在的耦合问题,并采用前馈解耦补偿控制方法解耦。分析变量马达和比例节流阀对液压系统输出转速与转矩的控制规律,得到基于高电能质量控制的转速和转矩解耦控制器。以30kVA液压型风力发电机组半物理仿真实验台为基础,针对提出的控制方法展开研究。仿真和实验结果表明：液压型风力发电机组输出的转速和转矩实现了解耦控制,有效地实现了液压传动系统的稳速控制和传输功率波动的平滑控制。研究结果为液压型风力发电机组高质量电能输出控制和电网友好性能提高奠定了基础。     

变转速变排量双控轴向柱塞泵脉动特性及噪声研究

基于对斜盘式轴向柱塞泵的理论分析,利用AMESim软件建立变排量柱塞泵模型。在同负载条件下,通过变转速和变排量调节对泵的压力脉动特性进行仿真测试及试验验证,得到仿真和试验曲线基本吻合,验证模型的准确性。并在此基础上根据试验及仿真数据,在相同负载和不同负载下,对采用转速、排量调节相组合情况下泵的压力脉动特性进行比较分析,结果表明随泵转速或排量变大,泵的压力脉动幅值均增大,在独立控制、同流量输出情况下,排量调节比转速调节脉动幅值大;在双控方式下,采用高转速、低排量方式压力脉动幅值最小,功率最大。进一步地,从噪声角度对泵特性进行分析,结果表明在转速、排量独立调节情况下,系统噪声的变化趋势与压力脉动一致;在同负载同流量、变转速和变排量相组合的液压系统中,系统噪声变化与压力脉动变化趋势恰好相反。在同负载同流量下对试验和仿真数据进行对比分析,仿真模型中高转速与低排量组合的压力脉动小,试验曲线中低转速与大排量组合电动机输入功率小,系统噪声低。通过以上分析研究,为变转速和变排量双控理论研究和工程应用提供了技术支撑。     

变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达系统恒转速控制方法研究

以变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统为研究对象,提出变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统的控制方法。建立恒流状态下系统恒转速控制的数学模型,分析系统的相乘非线性特征与变量马达斜盘摆角基准值的计算方法,采用稳态控制量叠加基于小信号线性化补偿控制量的控制方法。通过定量泵-变量马达系统的开环辨识,得到系统参数。对系统进行仿真与试验研究,得到在恒流状态下变量马达斜盘阀控缸的响应速度、马达斜盘摆角和定量泵转速对系统控制特性的影响规律,验证变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统的控制方法的有效性。为拓展定量泵-变量马达容积调速系统应用领域奠定了理论基础。     

螺杆桩机液压式动力头恒功率系统的设计与仿真

 针对双电机驱动式螺杆桩机动力头扭矩低，转速不均等问题，提出桩机动力头液压系统设计要求及控制策略，并在此基础上设计了基于恒功率泵的全液压桩机动力头回转机构液压系统。利用AMESim对该系统进行建模，并在斜坡负载、带负载启动和突变负载工况下对该系统性能仿真分析，得到3种工况下动力头回转系统压力仿真曲线、动力头负载扭矩与输出扭矩关系曲线和动力头转速曲线。仿真结果表明，所设计的液压系统输出压力稳定，且能随负载变化进行转速和扭矩调节，能够保证桩机在工作过程的稳定性。