基于能量調節(jié)的電液變轉速控制系統(tǒng)研究.pdf

1、電液變轉速控制技術通過改變泵的轉速來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，由于它從動力源頭實現(xiàn)控制，從而具有很高的節(jié)能潛力，但在實際應用中存在低速性能差、系統(tǒng)響應慢等問題，限制了其應用范圍。 本論文提出了基于能量調節(jié)的電液變轉速控制系統(tǒng)——在系統(tǒng)中設置能量調節(jié)器，結合電液節(jié)流控制技術，以統(tǒng)一的控制器按照能量調節(jié)的思想根據(jù)負載實際的能量需求對系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)進行控制。在能量調節(jié)的思想下，能量調節(jié)器在系統(tǒng)減速及低速運行時儲存能量，減小能量的損失；在系統(tǒng)加

2、速時釋放能量，克服由于電機與泵慣量大，在加速時無法提供足夠的流量的缺點，從而提高系統(tǒng)加速時的響應速度并提升系統(tǒng)效率。 論文研究了系統(tǒng)的運行機理、控制策略及設計原則，仿真與實驗結果表明：本系統(tǒng)具有接近于傳統(tǒng)的電液變轉速控制系統(tǒng)的效率而更高于電液比例控制的節(jié)流調速系統(tǒng)的動態(tài)響應速度與良好的低速控制性能。 第1章以大量的國內外文獻調研為基礎，全面論述了節(jié)流調速和容積調速兩種調速技術的控制特性和優(yōu)缺點以及電液變轉速技術的發(fā)展歷程

3、，重點介紹了電液變轉速控制技術相比于傳統(tǒng)液壓調速技術的優(yōu)勢及不足，為了解決電液變轉速技術的缺陷，提出了本課題所研究的基于能量調節(jié)的電液變轉速控制技術，同時介紹了本課題將要用到的蓄能器在液壓系統(tǒng)中的應用和自動控制理論的發(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容。 第2章從理論上分析了電液變轉速技術的缺點及產生原因，在分析電液變轉速技術的基礎上提出了基于能量調節(jié)的電液變轉速控制技術，通過對比和分析，選擇了蓄能器

4、儲能方式的能量調節(jié)器結構，并以液壓缸位置控制系統(tǒng)為例進行了整體結構設計，給出了基于能量調節(jié)的電液變轉速液壓缸控制系統(tǒng)的工作過程。 第3章分析了蓄能器的工作特性并建立了能量調節(jié)器的數(shù)學模型，對數(shù)學模型進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充壓力對能量調節(jié)器工作特性的影響。以非線性數(shù)學模型對能量調節(jié)器進行了數(shù)值仿真，驗證了能量調節(jié)器的能量調節(jié)效果，并得到了影響其控制性能的關鍵參數(shù)。 第4章對基于能量調節(jié)原理

5、的電液變轉速控制系統(tǒng)的主系統(tǒng)進行了數(shù)學建模，得到了主系統(tǒng)的非線性微分方程，結合能量調節(jié)器的數(shù)學模型，建立了整個系統(tǒng)的仿真模塊圖。根據(jù)仿真模塊圖通過固定某個參數(shù)的方式進行了節(jié)流調速系統(tǒng)和節(jié)流一變轉速控制系統(tǒng)的仿真，仿真結果驗證了第1、2章分析的兩種調速技術的響應和功耗特性的正確性。對系統(tǒng)的數(shù)學模型進行了線性化分析，得到了系統(tǒng)能控、能觀特性，并通過描繪根軌跡的方式得到了關鍵參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。 第5章提出了系統(tǒng)的總體控制方案和

6、面向能量調節(jié)的控制策略，在此基礎上設計了系統(tǒng)的總控制器。為了驗證本系統(tǒng)的控制性能，與其他3種典型液壓系統(tǒng)進行了一系列仿真對比，仿真結果驗證了本系統(tǒng)在動態(tài)特性和能耗特性上的優(yōu)越性。通過理論計算和仿真得到了蓄能器的選型原則，并得到了變頻器-電動機加減速參數(shù)對系統(tǒng)的影響。 第6章設計了基于能量調節(jié)的電液變轉速控制系統(tǒng)試驗臺，詳細介紹了試驗臺的液壓回路、電氣系統(tǒng)和控制軟件。得到了系統(tǒng)的方波輸入響應和正弦伯德圖，通過實驗曲線對系統(tǒng)進行了深