變轉(zhuǎn)速泵控差動缸及低能耗注塑機技術(shù)研究.pdf

1、注塑機是一個集機械、電氣、液壓于一體的復雜系統(tǒng)。在塑料制品生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)存在噪聲大、能耗高、效率低、控制精度差等不足。發(fā)展低能耗、高性能的注塑機已成為當前注塑行業(yè)的迫切要求。本文在國家自然科學基金“新犁流量自平衡泵控制差動缸電液伺服系統(tǒng)的理論和方法”(50775156)和山西省科技攻關(guān)項目“機電液復合驅(qū)動的新型高效、低能耗注塑機技術(shù)”(200603 1149)資助下，對變轉(zhuǎn)速泵控差動缸及低能耗注塑機技術(shù)進行了系統(tǒng)地研究，為提高注塑機整

2、體性能做了有益地探索。
　　 針對變轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓系統(tǒng)動力源永磁同步電機(PMSM)的調(diào)速特性，分析了驅(qū)動和控制電路協(xié)調(diào)控制的重要性。針對驅(qū)動電路非線性功率開關(guān)器件產(chǎn)生的諧波及諧波損耗，研究丫電壓空間矢量調(diào)制，通過合理選擇零矢量位置和開關(guān)頻率，降低損耗，提高效率。在此基礎(chǔ)上對．PMSM進行了矢量解耦控制，按照轉(zhuǎn)子磁場定向?qū)MSM進行建模和解耦，設(shè)計出電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。仿真和試驗驗證表明協(xié)調(diào)控制改善了系統(tǒng)性能。
　　

3、 為解決差動缸兩腔面積差造成的流量不對稱問題，設(shè)計新配流定量液壓泵，通過理論計算和建模仿真研究了定量泵出油口和進油口的流量特性，從理論I二分析r定量泉動態(tài)補償差動缸流量差原理。針對閥控系統(tǒng)能量損失人和現(xiàn)有的泵控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜的問題，措建了PMSM直驅(qū)泵控差動缸回路，闡述了動態(tài)補償系統(tǒng)實現(xiàn)方法。通過系統(tǒng)建模、四象限運行特性和能耗特性仿真分析，驗證了動態(tài)補償系統(tǒng)實現(xiàn)的可行性，同時為進一步改善和提高泵控差動缸動態(tài)性能，減少損耗提供了理論依據(jù)。<

4、br>　　 PMSM直驅(qū)泵控差動缸系統(tǒng)存在參數(shù)變化、負載擾動、滯后、非線性等不利于系統(tǒng)性能提高的因素，提出了模型跟蹤控制和負載轉(zhuǎn)矩前饋補償?shù)目刂品椒?，對電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進行觀測，根據(jù)結(jié)構(gòu)不變性原理，對負載轉(zhuǎn)矩進行前饋補償，提高調(diào)速系統(tǒng)跟蹤性能和控制性能，拓寬系統(tǒng)的頻帶，減小動態(tài)速降，提高電機抗擾性能。針對系統(tǒng)機電液耦合振動，提出了共振比控制，通過在負載轉(zhuǎn)矩反饋環(huán)節(jié)引入共振比參數(shù)，在不改變液壓系統(tǒng)諧振頻率的前提下，有效抑制共振。為了進一步

5、改善差動缸速度動態(tài)特性，消除缸伸出和收回時的速度靜差，提出了動態(tài)前饋補償速度閉環(huán)控制，由差動缸速度和電機轉(zhuǎn)速的開環(huán)特性設(shè)計出前饋補償函數(shù)，根據(jù)缸速度不同給定實時調(diào)用，實現(xiàn)差動液壓缸伸出和收回時速度對稱，縮短了動態(tài)響應(yīng)時間，有效改善系統(tǒng)動態(tài)特性，提高液壓缸速度跟蹤控制精度，降低系統(tǒng)能耗。最后搭建數(shù)學模型和Dspace試驗平臺，仿真和試驗驗證了設(shè)計方案的有效性。
　　 為了消除差動缸位置靜差，提高位置伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能和魯棒穩(wěn)定性，

6、提出速度、加速度前饋與抗飽和積分分離PI復合控制方法進行改善，根據(jù)閉環(huán)特性設(shè)計出速度加速度前饋函數(shù)，使差動缸在不同的位移給定值下，按照不同的速度加速度規(guī)律來控制，達到期望的運動軌跡?？蛰d和加載試驗表明，該策略提高了位置跟蹤控制精度，改善了動態(tài)性能，有效抑制了缸運動過程的噪聲，提高了抗擾性能。將PMSM直驅(qū)泵控差動缸系統(tǒng)應(yīng)用于注塑機鎖模機構(gòu)，采用鎖模機構(gòu)虛擬樣機模型作為PMSM直驅(qū)泵控差動缸負載，對鎖模機構(gòu)的開鎖模動作進行位置跟蹤控制，進

7、一步驗證了其位置伺服系統(tǒng)跟蹤精度高、魯棒性強，為工程實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　 將采用上述控制策略后的PMSM直驅(qū)泵控差動缸系統(tǒng)應(yīng)用于注塑機系統(tǒng)，分別與異步電機驅(qū)動注塑機系統(tǒng)的四種方案進行了控制特性和能耗對比。PMSM直驅(qū)定量泵控注塑機系統(tǒng)壓力和流量均通過改變電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，實現(xiàn)了驅(qū)動功率與執(zhí)行機構(gòu)自適應(yīng)匹配控制，解決了注塑機較長時間工作在冷卻和保壓等部分負載工況時能耗大的問題。PMSM泵控系統(tǒng)消除了溢流損失和節(jié)流損失，降低了損