液压变压器流量控制策略分析.pdf

检测与控制 2 0 1 2 年 第4 期 总 第1 2 0 期 杌初 研究 与应 用 液压变压器流量控制策略分析 黄永花 广东韶钢松山股份有 限公 司， 广东 韶关5 1 2 1 2 6 摘要 以斜轴式液压变压器为控制对象， 基于二次恒压网络技术建立了系统数学模型。 在此基础上进行整个控制系 统特性的分析和控制策略的研究。结合 A ME S i m建立的负载模型， 建立了液压变压器压力与流量输 出控制系 统仿真模型。通过对模型的仿真分析可得， 所设计的控制系统具有较强的鲁棒性， 对于目标信号具有良好的 跟踪特性。研究结果对液压变压器的应用具有很大的实用价值。 关键 词 液压 变压 器； 动态特性 ； 仿 真 中图分类号 T H 1 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 2 0 4 0 1 6 6 0 3 S t u d y o f h y d r a u l i c t r a n s f o r me r fl o w c o n t r o l s t r a t e g y Hu a n g Yo n g ． h u a G u a n g d o n g s o n g s h a n s h a o g a n g C o ． ， L t d ， S h a o g u a n G u a n g d o n g 5 1 2 1 2 6 ， C h i n a A b s t r a c t T h e b e n t a 【 i a ’ h y d r a u l i c t r a n s f o r m e r a s s u b j e c t h a s b e e n s t u d i e d i n t h e p a p e r ．A c c o r d i n g t o t h e s e c o n d c o n s t a n t p r e s s u r e n e t w o r k t h e o r y ， t h e s y s t e m m a t h e m a t i c a l m o d e l i n g i s b u i l t ． T h e s u b j e c t i s a n a l y z i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n t r o l s y s - t e rn a n d i s res e arc h i n g t h e c o n t r o l s t r a t e g i e s ，w h i c h i s b a s e d o n s y s t e m mo d e l i n g ． Co mb i n i n g w i t h t h e l o a d mo d e l i n g wh i c h i s b u i l t i n AME S i m，t h e s i mu l a t i o n mod e l i n g o f h y d r a u l i c t r a n s f o r me r o u t p u t c o n t r o l s y s t e m h a s b e e n b u i l t ．T h r o u g h a n a l y z i n g t h e s i mula t i o n r e s u l t s ，t h e c h a r a c t e r i s t i c o f t h e h y d r a u l i c t r a n s f o r me r o u t p u t c o n t r o l s y s t e m i s s t u d i e d ．T h e s t u d y r e s ult s o b t a i n of h y d r a u l i c t r a n s f o r me r p o s s e s s e d g r e a t p r a c t i c a l v alu e o n t h e a p p l i c a t i o n ．Th e mod e l s i mula t i o n s h o w t h a t c o n t r o l s y s t e m d e - s i g n e d t h i s i n p a p e r h a s s t r o n g r o b u s t n e s s ，wh i c h h a s g o o d t r a c k i n g f e a t u r e s f o r t a r g e t s i gn a 1 ． Ke y wo r d s h y d r a uli c t r a n s f o rm e r ；d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s ；s i mu l a t i o n ’ l 引 言 液压变压器作为能够实现压力转换的液压元件 ， 其主要作用是在液压传动中控制负载端的压力， 它相 当于压力转换器 。虽然理论上可以控制其输 出压力 为任意值 ， 但实际上压力 由负载决定 ， 使得液压变压 器不能实 现 主动 变压。液压 变 压器 的所 谓 的 “ 变 压”， 是根据 负载的需 要来调整其输 出压力 ， 即液压 变压器通过主动调节其变量机构来控制其输 出压力 以适应负载的变化。 液压变压器 的控制问题是制约液压变压器发展 的瓶颈 问题之一 ， 因此对液压变压器控制问题的研究 是非常有必要 的， 特别是控制方案 和控制算法 的问 题 ， 直接关系到液压变压器的使用前景 ， 更关系到液 压恒压 网络的推广和应用 。根据负载端的使用要求 不 同被适应的对象也是有差异的 ， 在负载发生变化 后 ， 液压变压器如何通过调整其 自身达到执行元件的 要求 ， 就有必要对液压变压器的控制特性进行必要的 研究 ， 为下一步液压变压器实际应用提供理论支持。 2 电液伺服控制系统组成及工作原理 本课题所涉及的液压变压器配流盘控制机构采 用 电液伺服控制机构 ， 通过比例电磁阀控制液压缸的 位移， 进而通过齿条齿轮结构来控制配流盘 的转动 ， 达到调节液压变压器输出压力、 流量的目的。该机构 是力反馈式闭环控制 回路 ， 具有结构 紧凑 ， 响应快速 等优点 ， 便于远程控制。伺服变量机构如 图 1所示 ， 反馈机构 由反馈弹簧 ， 弹簧拉杆和反馈杠杆组成 。 臀 f‘丌 I d 图 1 电液伺服结构原理图 反馈杠杆与齿条连接 ， 形成活塞位移的机械力反 馈 ， 这个反馈力与电磁力平衡 ， 确定齿条 的位置 ， 确定 配流盘转角大小 。输入是 比例电磁铁两端电压 ， 输 出 是配流盘的转角 0 。电液变量机构的工作原理 令作 用在阀芯上的弹簧力为 ， 忽略 阀芯上 的粘性摩 擦 力、 稳态液动力 和瞬态液动力 ， 当 F ， F 时 ， 阀芯处 于中位 ， 液压油不能进入液压缸 ， 活塞静止 。 0， 配 流盘转动角度为 0 。 。当 F 时， 阀芯 向右运动 ， 伺 收稿 日期 2 O 1 2 一 o 7 2 1 作者简介 黄永花 1 9 6 8 一 ， 女， 江西南昌人 ， 工程师， 研究方向 液压与传动。 l 66 机械研究与应用 2 0 1 2 年 第4 期 总 第1 2 0 期 检测与控制 F服阀处于右位 ， 液压油进入液压缸左腔 ， 推动活塞 向右移动 ； 同时活塞推动反馈杠杆绕 B点逆时针转 动， 反馈杠杆带动弹簧拉杆向左摆动， 反馈弹簧力 大 ， 作用在阀芯的弹簧力 F f 增大 ， 当达到 F F ， 重 新满足 阀芯平衡条件 ， 阀芯重新 回到中位 ， 液压缸停 止运动 ， 配流盘的转角稳定在某个值。当 F O ； 正南以东 y5 O。 5 结语 本文设计的基于 T MS 3 2 0 F 2 8 1 2的定 日镜跟踪控 制系统 ， 采用开一 闭环相结合控制方式 ， 有效避免 了 视 日 运动轨迹跟踪的误差累计问题和光电跟踪过程 中长时间阴天而使系统误动作的问题 ， 真正实现了对 ． 1 6R ． 载与阻力矩之间保持恒定的力矩差， 这部分力矩差由 液压马达的库伦摩擦产生。所 以恒流量控制可以看 成液压变压器输 出压力 的控制 ， 液压变压器对应于斜 坡变化的压力跟踪具有稳态误差 ， 正斜率变化时 ， 实 际输出压力小于实际需求压力 ； 负斜率变化时 ， 实际 输 出压力大实际需求压力。由于这种驱动力矩 与需 求力矩误差的存在 ， 反映在液压马达上就是正斜率变 化时 ， 液压马达的驱动力矩与阻力矩产生的力矩差小 于 目标力矩差 ， 使得马达转速降低 ， 需求流量变小 ； 反 之， 马达转速增大， 需求流量增大。由于负载力矩变 化斜率较大时实际输 出压力 与实际需求压力 的误差 大， 使得负载力矩大斜率变化时 ， 实际流量与 目标流 量的偏差大 ， 而负载力矩小斜率变化 时， 液压变压器 的压力跟踪误差小 ， 基本可 以忽略 ， 即驱动力矩与阻 力矩之间产生的力矩差可 以认为恒定 ， 此时 ， 液压马 达的转速恒定 ， 需求的液压变压器输出流量恒定。 5 结语 液压变压器的控制问题是制约液压变压器发展 的瓶颈问题之一 ， 因此对液压变压器控制问题的研究 是非常有必要 的， 特别是控制方案和控 制算法 的问 题 ， 直接关系到液压变压器 的使用前 景， 更关 系到液 压恒压网络的推广和应用。 参考文献 [ 1 ] 姜继海 ，董宏林 ，吴盛林．液压恒压 网络 功率完备 匹配 的结 构 条件及其控制方 案 的研 究 [ J ] ．中 国工程机 械 。 2 0 0 3 ，1 4 1 1 61 9 ． [ 2 ] 唐建林． 二次调节节能系统的模糊控制及试验研究[ D ] ． 沈阳 沈阳建筑大学 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 李剑． 液压变压器恒压控制系统的研究[ D ] ． 北京 北京理工 大学， 2 0 1 0 ． [ 4 ] 姜继海 ，卢红影 。周瑞艳 ．液压恒压 网络系统 中液压变 压器 的 发展历程 [ J ] ． 东南大学学报 自然 科学版 ， 2 0 0 6， 3 6 5 8 6 9 -8 7 4 ． [ 5 ] 李连升．液压伺服理论与实践 [ M] ． 北京 国防工业出版社 ， 1 9 9 8 太 阳 的 全 天 候 实 时 跟 踪。 处 理 器D S P T MS 3 2 0 F 2 8 1 2 具有较高主频和运算能力 ， 有利于定 日镜角度计算和复杂控制算法的应用 ， 保证了处理信 号的快速性和实时陛， 具有很好的开发应用价值。 参考文献 [ 1 ] 王志辉， 史红霞． 任超． 太阳自动跟踪装置计算机控制系统 [ J ] ． 机械制造 ， 2 0 0 8 1 1 2 0 - 2 2 ． [ 2 ] 张兴磊， 杨丽丽， 张东风， 等． 太阳自动跟踪系统的设计[ J ] ． 科 学研究 ， 2 0 0 9 6 1 1 - 1 3 ． [ 3 ] 郭铁铮， 刘德有， 钱艳平， 等．塔式太阳能热发电站中的定 日镜 跟踪装置研制[ J ] ． 中国电机工程学报 ， 2 0 0 8 1 2 l 1 4 1 1 9 ． ∞ ∞ ∞ 柏 。 星 一