采用非线性补偿算法克服二次调节系统的低速滞环

一、问题的提出定压网络油马达系统(又称二次调节系统)是一种新型的有很大节能潜力的容积传动系统。该系统主要由一个接在定压网络中的变量油马达和蓄能器组成。已有的研究表明,要使二次调节系统正常工作,引入马达轴的转速反馈是必不可少的。此外,若使系统稳定,必须满足下述两个条件之一:1.只采用马达轴转速反馈,构成单环系统,但在控制器中必须含有带微分性质的算法。     

一种轴向柱塞泵恒流量调速系统的改进

在分析了轴向柱塞变量泵恒流量工作原理的基础上,根据已有的调节方法,采用一种新的恒流量调速方案,推导出泵输入轴转速和马达输出转速与斜盘倾角之间的函数关系,借助AMESim仿真软件构建出系统模型进行仿真,并利用单片机对变量泵的斜盘进行控制,使柱塞泵能将从发动机获得的变化转速调整为恒定的马达输出转速,满足发电机的输入转速要求,为现有的车载自发电系统的设计与开发,提供了理论依据。     

基于AT89S52单片机的液压传动控制系统设计

针对液压传动系统的组成和调速控制机理，提出一种基于单片机控制的液压反馈调节系统。选用AT89S52单片机，对变量泵控制电路、继电器控制电路和供电模块进行设计。通过数据测试，得出排量比和输出转速动态特性，结果表明，该系统能够有效提升流量泵和比例阀等元件响应的准确度，确保输出泵马达系统流量的稳定性，改善液压传动的安全性和可靠性。     

阀控马达调速可行性试验研究

介绍了一种由溢流阀对播种风机流量进行调节的液压马达调速系统,以气力播种机正常工作状态各项数据为基础,建立了液压马达调速系统,说明了其调速原理并计算出马达流量参数,根据系统各液压部件参数选择对应产品。最后,通过对马达调速系统中溢流阀开度的调解,进行了马达转速、液压压力及液压流量的测量,通过试验数据验证了参数匹配的合理性及马达调速性能的可行性。结果表明:试验系统结构紧凑,使用可靠,可保证马达带动的风机达到目标转速范围,且试验参数可控可调性好,是马达调速的有效可行方案。     

可调速的液压装置

液压装置由液压泵和马达系统组成。其输入与输出速度由一个控制活塞在泵中运行的旋转斜盘调节,液压马达的输出速度是马达的位移和由泵提供给马达的液体流量的一次函数(见图1)。     

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。     

变转速泵控马达调速系统前馈补偿控制研究

针对变转速泵控马达调速系统稳速控制问题,建立了定量泵-变量马达调速系统数学模型。以数学模型为基础,考虑了系统变转速动力输入时变性和随机性对系统稳速输出的干扰,提出了前馈补偿控制方法,并对其数学模型进行了推导分析,得到了系统前馈补偿控制传递函数框图。该方法以系统流量为中间控制变量,通过定量泵扰动转速引起的系统流量变化实时补偿变量马达摆角,以实现系统稳速输出。以燕山大学泵控马达实验平台为基础,采用变频电机驱动定量泵实现了系统变转速输入,并以实验平台为基础搭建了Matlab/Simulink仿真平台,最后对所提出的前馈补偿控制方法进行了仿真与实验研究。仿真和实验结果表明,所提出的控制方法具有良好的控制效果,为变转速泵控马达系统的工程应用奠定了基础。     

海上作业起重机主动升沉补偿系统的设计与分析

为补偿船用起重机在海上作业时的升沉运动,构造了基于二次调节静液传动技术的绞车液压驱动系统。首先,建立了升沉补偿系统的完整数学模型,提出了包含二次单元变量油缸位置环、二次单元马达速度环及二次单元马达位置环的三闭环控制结构。然后,给出了三闭环控制器的设计方法,为了得到起重机货物的位移,利用钢丝绳张力设计了状态观测器。最后,给出了一个设计实例,通过数字仿真从频域角度分析了升沉补偿系统的动态特性,为控制策略的研究打下基础。     

电网-二次调节系统可逆运行的实现方案

针对连接到电网的固定式二次调节系统,为突破其只在液压系统内部实现能量回收的局限,提出了系统可逆运行的实现方案,并重点分析了单独使用三相异步电动机驱动液压二次调节系统的方案。这是一种能实现电网二次调节系统可逆运行的简单而又性能优越的方案,将能量回收的范围从机械一液压系统扩展到电力-液压-机械的大的系统中,从而最大限度地发挥了二次调节系统的节能优势。对该方案的稳态性能及安全性问题进行了分析,尤其对三相异步电动机与恒压变量泵／马达元件的第二象限运行问题做了研究,证明了该系统的可行性。     

旁通泄漏与摆动式叶片马达最低稳定角速度的关系

摆动式叶片马达的内泄漏量直接影响其输出角速度大小;文章建立了带有旁路泄漏通道摆动马达的传递函数;在系统传递函数建立过程中,以马达工作腔输入流量为输入,马达输出角速度为输出,考虑旁通泄漏模型以及马达摩擦力矩模型,推导出马达最低稳定速度的表达式;通过分析旁路泄漏通道的参数对于马达最低稳定运行速度的影响,从而给出马达最低稳定速度与马达内泄漏、旁路泄漏通道参数之间的关系,并提出了马达最低稳定速度对应输入流量的计算方法。     

Adaptive sliding mode back-stepping pitch angle control of a variable-displacement pump controlled pitch system for wind turbines

A variable-displacement pump controlled pitch system is proposed to mitigate generator power and flap-wise load fluctuations for wind turbines. The pitch system mainly consists of a variable-displacement hydraulic pump, a fixed-displacement hydraulic motor and a gear set. The hydraulic motor can be accurately regulated by controlling the pump displacement and fluid flows to change the pitch angle through the gear set. The detailed mathematical representation and dynamic characteristics of the proposed pitch system are thoroughly analyzed. An adaptive sliding mode pump displacement controller and a back-stepping stroke piston controller are designed for the proposed pitch system such that the resulting pitch angle tracks its desired value regardless of external disturbances and uncertainties. The effectiveness and control efficiency of the proposed pitch system and controllers have been verified by using realistic dataset of a 750 kW research wind turbine.     

一种计算低比转速离心泵加大系数的方法

依据离心泵叶轮出口宽度、比转速的计算式推导得出了计算低比转速离心泵流量、扬程及比转速放大系数的计算公式,公式体现了放大系数和叶轮水力参数间的关系。提出了建立在离心泵性能预测基础上的理论计算低比转速离心泵最佳流量、扬程及比转速放大系数的方法,解决了泵行业一直依据经验统计值确定其放大系数不能使低比转速离心泵在设计点效率最高这一问题。实例表明:提出的方法能够提高低比转速离心泵在设计工况点的效率,充实了低比转速离心泵的设计理论。     

基于分级压差控制的电动挖掘机双变动力总成控制方法研究

工程机械电动化是节能减排的最为理想的驱动方式之一。传统工程机械采用的负载独立流量分配(LUDV)系统由于柴油机调速特性的限制,一般主要采用的是变排量定转速的变流量模式,多执行器同时工作时容易出现流量饱和。工程机械电动化后,电动机相对柴油机具有良好的调速特性。为了进一步避免流量饱和的现象,同时考虑到变量泵在低排量区间效率较低,提出一种基于分级压差控制的双变动力控制方法,对比实际负载压差与设定压差大小来提高操控性。分析不同目标流量阶段与负载实际压差之间的关系,实现全范围的流量匹配,控制变量泵的变排量工作区间处于效率较高区域,达到最大程度地避免流量饱和工况的发生;建立AMESim仿真模型进行仿真分析;搭建试验样机进行试验,验证了分级压差控制具有良好的流量跟随,解决传统挖掘机在低速定转速时流量饱和问题,高转速时节能性提高了19%以上。     

应用二次调节技术的修磨机台车转速控制特性研究

首先介绍了采用二次调节的台车牵引系统的工作原理,在Matlab／Simulink软件环境下,建立了系统所采用的电子比例变量泵、变量马达和蓄能器的数学模型,通过仿真确定了控制器的结构和参数。结果表明,应用二次调节技术能够回收和重新利用系统制动动能,减少装机容量,且能量回收效率随系统转速的增大而升高。     

A valveless piezoelectric pump with novel flow path design of function of rectification to improve energy efficiency

Existing valveless piezoelectric pumps are mostly based on the flow resistance mechanism to generate unidirectional fluid pumping, resulting in inefficient energy conversion because the majority of mechanical energy is consumed in terms of parasitic loss. In this paper, a novel tube structure composed of a Y-shaped tube and a ȹ-shaped tube was proposed considering theory of jet inertia and vortex dissipation for the first time to improve energy efficiency. After verifying its feasibility through the flow field simulation, the proposed tubes were integrated into a piezo-driven chamber, and a novel valveless piezoelectric pump with the function of rectification (NVPPFR) was reported. Unlike previous pumps, the reported pump directed the reflux fluid to another flow channel different from the pumping fluid, thus improving pumping efficiency. Then, mathematical modeling was established, including the kinetic analysis of vibrator, flow loss analysis of fluid, and pumping efficiency. Eventually, experiments were designed, and results showed that NVPPFR had the function of rectification and net pumping effect. The maximum flow rate reached 6.89 mL/min, and the pumping efficiency was up to 27%. The development of NVPPFR compensated for the inefficiency of traditional valveless piezoelectric pumps, broadening the application prospect in biomedicine and biology fields.     

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。     

新型双联泵结构的液压动力转向泵的开发

采用双联叶片泵结构的新型转向泵取代目前常用的、能量损耗较大的双作用叶片结构转向泵.介绍了这种新型泵的工作原理和结构,并与常用双作用叶片泵结构转向泵进行比较、分析,结果表明这种新转向泵能够有效提高转向泵在高转速下的工作效率.     

旋挖钻机主卷扬势能回收系统动态特性研究

由于旋挖钻机主卷扬结构具有较大的重力势能,因此为了减少发动机的燃油消耗量将采用二次元件泵和蓄能器引入到势能回收系统中,设计了一套主卷扬势能回收液压系统以及整套系统的逻辑门限能量控制策略并对其上升和下放作业过程的动力学性能进行了仿真研究,并评估了新系统的节油效果。仿真结果表明:平衡阀的节流孔径越小,出口压力波动越大;弹簧刚度对阀芯的动态性能影响较小,出口的压力发现三种弹簧刚度下均存在较大的波动。蓄能器能够起到回收势能和按需要释放的功能,势能回收效率超过了50%。相比于传统系统燃油经济性提高了35.4%,具有较好的节油能力。研究结果对旋挖钻机的节能减排具有非常重要的现实意义。     

装载机定变量液压系统工作原理与节能分析

构建了新型装载机定变量液压系统, 分析了装载机定变量液压系统的工作原理及能耗问题。利用SolidWorks软件建立装载机工作机构的三维模型, 将其参数导入AMESim仿真软件中建立装载机的动力学模型;同时在该仿真软件建立装载机定变量液压系统的仿真模型, 针对装载机3种不同工况中的工作特性及能耗问题进行仿真计算分析。结果表明:转向系统由负载敏感泵供油, 泵输出流量大小取决于负载需求, 避免了旁路节流等损失;同时通过合理设计节流阀阀口面积, 使定量泵与变量泵顺次开始向工作系统供油, 小流量时只由定量泵向工作系统供油, 当负载需求流量增大, 定量泵与变量泵双泵合流, 共同向工作系统供油, 既保证了装载机的工作效率, 又具有节能效果;当转向系统与工作系统同时动作时, 变量泵优先向转向系统供油, 具有转向优先功能, 保证了装载机的安全性。相对于全定量系统, 定变量液压系统的效率更高, 尤其在小流量工况下, 具有明显节能效果。     

电驱动挖掘机流量匹配系统动臂特性研究

以6 t液压挖掘机动臂为研究对象,提出伺服电机驱动定量泵的流量匹配控制系统。在SimulationX中搭建伺服电机仿真模型,通过与伺服电机响应特性试验结果对比,验证伺服电机模型的准确性;建立液压挖掘机动臂机械结构多体动力学与电液系统的联合仿真模型,仿真分析了不同控制方式下,动臂的运行特性和能耗特性。结果表明,与负载独立流量分配(LUDV)系统相比,采用伺服电机驱动定量泵流量匹配控制的动臂能耗降低约13.6%。