基于能量調(diào)節(jié)的電液變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)研究.pdf

1、電液變轉(zhuǎn)速控制技術(shù)通過(guò)改變泵的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，由于它從動(dòng)力源頭實(shí)現(xiàn)控制，從而具有很高的節(jié)能潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中存在低速性能差、系統(tǒng)響應(yīng)慢等問(wèn)題，限制了其應(yīng)用范圍。 本論文提出了基于能量調(diào)節(jié)的電液變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)——在系統(tǒng)中設(shè)置能量調(diào)節(jié)器，結(jié)合電液節(jié)流控制技術(shù)，以統(tǒng)一的控制器按照能量調(diào)節(jié)的思想根據(jù)負(fù)載實(shí)際的能量需求對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。在能量調(diào)節(jié)的思想下，能量調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)減速及低速運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)存能量，減小能量的損失；在系統(tǒng)加

2、速時(shí)釋放能量，克服由于電機(jī)與泵慣量大，在加速時(shí)無(wú)法提供足夠的流量的缺點(diǎn)，從而提高系統(tǒng)加速時(shí)的響應(yīng)速度并提升系統(tǒng)效率。 論文研究了系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理、控制策略及設(shè)計(jì)原則，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本系統(tǒng)具有接近于傳統(tǒng)的電液變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的效率而更高于電液比例控制的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度與良好的低速控制性能。 第1章以大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研為基礎(chǔ)，全面論述了節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速兩種調(diào)速技術(shù)的控制特性和優(yōu)缺點(diǎn)以及電液變轉(zhuǎn)速技術(shù)的發(fā)展歷程

3、，重點(diǎn)介紹了電液變轉(zhuǎn)速控制技術(shù)相比于傳統(tǒng)液壓調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及不足，為了解決電液變轉(zhuǎn)速技術(shù)的缺陷，提出了本課題所研究的基于能量調(diào)節(jié)的電液變轉(zhuǎn)速控制技術(shù)，同時(shí)介紹了本課題將要用到的蓄能器在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用和自動(dòng)控制理論的發(fā)展概況。最后，提出了本課題的方案背景、研究意義和研究的主要內(nèi)容。 第2章從理論上分析了電液變轉(zhuǎn)速技術(shù)的缺點(diǎn)及產(chǎn)生原因，在分析電液變轉(zhuǎn)速技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了基于能量調(diào)節(jié)的電液變轉(zhuǎn)速控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)比和分析，選擇了蓄能器

4、儲(chǔ)能方式的能量調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并以液壓缸位置控制系統(tǒng)為例進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，給出了基于能量調(diào)節(jié)的電液變轉(zhuǎn)速液壓缸控制系統(tǒng)的工作過(guò)程。 第3章分析了蓄能器的工作特性并建立了能量調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)模型，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化得到了系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，據(jù)此分析了蓄能器容量及預(yù)充壓力對(duì)能量調(diào)節(jié)器工作特性的影響。以非線性數(shù)學(xué)模型對(duì)能量調(diào)節(jié)器進(jìn)行了數(shù)值仿真，驗(yàn)證了能量調(diào)節(jié)器的能量調(diào)節(jié)效果，并得到了影響其控制性能的關(guān)鍵參數(shù)。 第4章對(duì)基于能量調(diào)節(jié)原理

5、的電液變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的主系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，得到了主系統(tǒng)的非線性微分方程，結(jié)合能量調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)模型，建立了整個(gè)系統(tǒng)的仿真模塊圖。根據(jù)仿真模塊圖通過(guò)固定某個(gè)參數(shù)的方式進(jìn)行了節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和節(jié)流一變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了第1、2章分析的兩種調(diào)速技術(shù)的響應(yīng)和功耗特性的正確性。對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了線性化分析，得到了系統(tǒng)能控、能觀特性，并通過(guò)描繪根軌跡的方式得到了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。 第5章提出了系統(tǒng)的總體控制方案和

6、面向能量調(diào)節(jié)的控制策略，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總控制器。為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的控制性能，與其他3種典型液壓系統(tǒng)進(jìn)行了一系列仿真對(duì)比，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)特性和能耗特性上的優(yōu)越性。通過(guò)理論計(jì)算和仿真得到了蓄能器的選型原則，并得到了變頻器-電動(dòng)機(jī)加減速參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響。 第6章設(shè)計(jì)了基于能量調(diào)節(jié)的電液變轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，詳細(xì)介紹了試驗(yàn)臺(tái)的液壓回路、電氣系統(tǒng)和控制軟件。得到了系統(tǒng)的方波輸入響應(yīng)和正弦伯德圖，通過(guò)實(shí)驗(yàn)曲線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了深