The concurrent implementation of high velocity control performance and high energy efficiency for hydraulic injection moulding machines

A high servo control response and a high energy efficiency, which are difficult to achieve simultaneously, are requested in hydraulic servo systems of current hydraulic injection moulding machines. This investigation develops new solutions to concurrently implement energy-saving control and velocity control for simultaneously realising high velocity control response and high energy efficiency for injection moulding machines. Two different hydraulic pump systems, including a variable displacement pump and a variable rotational speed pump, are developed and in each one of them two different energy-saving control concepts, such as load-sensing control and constant supply pressure control, are implemented. Thus, for verifying the feasibility of the integrated control systems and comparing the energy-saving effects, velocity control of the hydraulic cylinder can be integrated with four different energy-saving control systems (ESCSs) and also the conventional hydraulic system without energy-saving control. A fuzzy sliding mode control that can simplify the complex fuzzy rule bases is used for solving the complex two-input two-output systems. The experimental results show the excellent performance of the integrated concurrent control systems.     

注塑机电液控制系统能量效率对比研究

在同一注塑机上,对采用异步电动机驱动定量泵、变转速异步电动机驱动定量泵、异步电动机驱动变量泵、变转速异步电动机驱动变量泵、交流伺服电动机驱动定量泵,5种电液控制方案加工同一制品的能量效率进行理论分析和试验对比。建立不同控制回路电动机和液压泵功率传输数学模型,绘制出能量特性曲线,分析对比注塑机工作在保压和冷却工况下,液压系统和电动机驱动系统功率消耗。研究结果证实,在部分负载和空载工况,异步电动机驱动定量泵系统存在大的溢流、节流损失,效率低;在此基础上引入变转速控制,包络系统所需的流量,可减少电动机功率消耗,提高系统效率,能量效率与异步电动机驱动变量泵相当;异步电动机驱动变量泵系统,可完全消除液压系统的溢流损耗,但电动机仍存在较大的空转损耗,在此基础上引入变转速控制,使电动机输出功率与液压负载相匹配,可进一步提高能量利用率26.5%;研究也表明,采用交流伺服电动机驱动的定量泵系统能量效率最高,较异步电动机驱动的定量泵系统节能88%,并且结构简单、动态性能好。     

煤矿液压绞车电液比例闭环驱动系统设计与仿真分析

液压绞车广泛应用于煤矿运输与提升，传统的液压绞车采用手动开环控制，存在自动化水平不高、调速精度低、平稳性差等问题。采用电液比例控制技术改造液压绞车的主变量泵，设计了电液比例闭环驱动系统，建立了变量泵控液压马达的数学建模，并进行了模型简化和仿真分析。仿真结果表明，简化前后系统的阶跃响应基本一致，简化模型可以表示驱动系统的控制模型；采用电液比例闭环控制后，液压绞车具有较好的调速特性，速度跟踪精度高，且平稳性较好。对液压绞车的电液比例改造和提高自动化水平具有借鉴意义。     

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%。     

Integrated control of clamping force and energy-saving in hydraulic injection moulding machines using decoupling fuzzy sliding-mode control

The objective of this research is to implement a novel parallel control of clamping force and energy-saving in hydraulic injection moulding machines (HIMMs) in order to simultaneously achieve accurate force control response and high energy efficiency. In order to verify the feasibility of the integrated control system and compare energy-saving effects, the clamping force control of HIMMs can be integrated with two different energy-saving control systems or integrated with a conventional hydraulic system without energy-saving control. The overall control system is a coupled two-input two-output system. Therefore, a decoupling fuzzy sliding-mode control (DFSMC) strategy, which can reduce the fuzzy rule numbers and counteract the coupling effects, is developed for the integrated control of HIMMs. The experimental results show the outstanding performance of the parallel control in HIMMs with DFSMC .     

泵控缸液压系统全局功率动态匹配图示化监测方法

为在线监测液压系统的运行状态及功率匹配信息,识别其在典型工况下的功率匹配关系,以变转速泵控缸液压系统为例,基于多源信息融合思想,提出了李萨如图和功率圆图的动态功率匹配图示化监测方法.基于LabVIEW开发了测控程序进行变工况下的功率软测量,验证并分析了系统的能效特性.结果 表明:恒定转速下,系统总效率随负载增大先升高后...     

基于DSP的泵控液压缸变频调速系统

变频泵控调速系统通过改变输入供电频率来改变电机的转速,从而改变定量泵的排量,实现对液压缸的速度调节.相比于传统的阀控调速系统,无节流损失,效率高,结构简单,精度高,适用于对精度要求高的大惯量液压提升机械.本文利用智能IPM模块及DSP控制器搭建1套基于DSP的泵控液压缸调速系统平台,通过DSP输出SVPWM波控制IPM...     

采用非线性流量特性补偿的直驱式变转速泵控系统轨迹跟踪控制

变转速电机-泵直驱电液系统的发展与伺服技术的提升使得泵控系统在保留高能效特性的同时,具有更高的硬件集成度和更快的响应速度;但是在低转速泵控工况下,此类系统依旧存在泵的流量非线性、流量偏差大等控制难点,使得变转速泵控系统难以完成高精度的执行器运动轨迹跟踪。为实现泵控液压缸系统的精密运动控制,提出了一种新颖的非线性流映射方案,以此得到精确的泵输出流量;同时,利用非线性自适应鲁棒反演控制策略(Adaptive Robust Controller Backstepping,ARCB)实现液压系统在高阶动力学、参数不确定性下的精确控制。试验表明,提出的控制策略可有效解决变转速泵的流量偏差问题,实现理想的控制性能和轨迹跟踪精度。     

基于泵控缸位置伺服系统的模糊控制系统设计

在电液位置伺服控制技术中,大多采用电液伺服阀控制液压缸位置,其缺点是能耗大、效率低。为此设计了一种通过数字泵直接控制液压缸位置的模糊控制器,该控制器的设计目标是在实现液压缸的精确位置伺服控制的同时追求节能降耗。     

容积伺服一体化系统泵控单元传递效率特性

电液伺服泵控单元是容积伺服一体化电液系统的重要组成部分,由伺服电机与双向闭式泵集成于一体。电液伺服泵控单元作为整个系统的动力输入与控制单元,其自身的传递效率直接影响了系统的输出效率,所以电液伺服泵控单元的能量传递效率已经成为了衡量该系统性能的一个重要指标。通过建立容积伺服一体化电液系统数学模型,重点分析影响伺服电机与双向闭式泵传递效率的各种能量损耗,得到电液伺服泵控单元效率模型,并对电液伺服泵控单元在不同负载工况下进行了效率特性测试,将为容积伺服一体化电液系统的工程推广应用奠定基础。     

履带车辆无线遥控变量系统的设计

为实现车辆操控的方便性，以履带车辆纯机械液压变量系统为基础，提出一种新型无线遥控电液伺服变量控制系统。基于无线传输易被干扰出现乱码的情况，设计了无线遥控指令信号的生成方法，介绍了硬件电路和电液伺服系统的原理及组成。考虑到无人驾驶对液压系统响应的快速性要求，以提高电液伺服系统的响应速度，在AMESim中完成对液压伺服系统建模，分析了活塞和高频响比例伺服阀结构参数对电液伺服系统响应速度的影响，找到了提高响应快速性的几个重要影响因素，为无线遥控变量液压系统设计奠定了理论基础。实验证明方案可以实现无线遥控的功能。     

电液伺服泵控系统柔性传动比理论研究

电液伺服泵控系统具有高效节能、高功重比和环境友好等技术优点,但受诸多非线性因素的影响,系统传动特性表现出极强的非线性。通过深入研究电液伺服泵控系统的传动特性,提出柔性传动比理论,建立电液伺服泵控系统的数学模型,得到伺服电机-定量泵-液压缸之间的柔性传动比规律。对柔性传动比应用进行研究,提出基于广义排量的压力控制策略。搭建系统柔性传动比仿真与试验平台,对柔性传动比理论应用进行仿真和试验研究。研究结果表明,柔性传动比理论的应用对压力控制具有良好的控制效果,将为电液伺服泵控系统的工程推广与应用奠定良好的基础。     

基于转矩控制的定排量恒压电液动力源运行特性

通过协调电液动力源转速和排量可以提升其能效,也是目前电液动力源的研究热点,随着变频和伺服技术的发展,变转速电液动力源也越来越多地应用在工业生产和航空航天装备中。目前,电液动力源实现流量控制可以采用变排量控制,也可以采用变转速控制,这两种控制方式已非常成熟,应用也较多。但在压力控制中,还往往只能依赖液压泵变排量控制结合压力反馈实现压力控制机能,采用变转速控制压力时,难以适应负载流量随机快速变化工况。为此,提出采用高效率的伺服电动机直接驱动定量泵,进一步提出基于转矩控制和转速补偿的压力控制方案,在负载压力变化时,无需控制电动机转速,具有动态响应快、系统结构简单的优点。通过理论分析和试验研究,结果表明,采用设计的方案可以很好地实现压力控制,在相同条件下,与常规恒压变量泵相比,压力响应时间从160 ms降低到50 ms,响应速度远超国际同类恒压控制泵。     

电液伺服系统RBF神经网络滑模控制

针对阀控液压缸位置伺服系统非线性导致模型参数确定困难及干扰问题，在分析三阶位置控制的电液控制系统原理及模型的基础上，引入神经网络的RBF 径向基控制模型和自适应滑模算法，同时考虑了非1负反馈参数，建立了基于RBF 神经网络滑模控制的电液伺服控制系统数学模型。通过选取合适的Lyapunov 函数，分析了系统稳定性，解决了参数未定及挠动情况下的电液伺服系统控制器设计问题。仿真结果证明，所设计的控制器使系统的输出对给定信号的跟踪精度高，响应快，具有较强的鲁棒性。     

核心器件冗余的低能耗电液伺服纠偏控制技术

针对带钢生产线广泛应用的对中(对边)纠偏电液伺服系统,现有技术能源利用效率低、易发热,核心器件伺服阀和偏差检测传感器容易发生故障,造成生产中断的不足,提出采用双伺服阀主从控制、光电传感器和电容传感器组合检测带钢偏差、两套光电传感器组合的硬件冗余检测原理,减少纠偏系统发生故障的概率,降低因纠偏设备故障,引起生产中断造成的损失。提出用变转速驱动的定量泵,配合蓄能器按压力控制方式工作,改善系统的能量效率。研究中,制定串联和并联两种偏差传感器冗余的检测原理,试验测试光电检测和电容检测两种纠偏方式的动态特性和控制精度,对比在变转速和恒定转速驱动液压泵两种方式下,纠偏过程的能量消耗情况和动态响应特性,测试连续扰动下系统的纠偏过程,研究表明,采用新的控制方案,可以在降低系统能耗70%的基础上,满足纠偏过程动静态特性的要求,达到预期目标。     

注塑机交流伺服电动机驱动液压泵系统的应用及设计研究

交流伺服电动机驱动液压泵系统具备节能高效的特性,越来越广泛使用于注塑机。研究了交流伺服电动机与六种不同类型的泵组合的动力驱动源的性能特点及应用范围;研究了交流伺服电动机驱动液压泵系统与整机性能设计之间的特点;研究了交流伺服电动机驱动液压泵系统与三相交流异步电动机驱动液压泵系统之间的注射性能的不同点。根据交流伺服电动机是一个多变量、强耦合、非线性、变参数的特点,开发现代非线性控制方法应用于注塑机上的研究,是提高注射成型控制性能的迫切需要解决的课题。根据注射成形特点,开发交流伺服控制器的控制性能。举例说明了交流伺服电动机驱动液压泵系统设计应用及需注意的问题。     

变频调速控制多腔液压缸液压系统节能研究

由于能量密度高、结构紧凑和噪声低,电液控制系统被广泛应用于工业生产中。定转速电机驱动变量泵系统为了匹配控制系统执行器速度以及多执行器功率,电机和泵都按系统最大功率匹配,电机在部分负载工况下效率较低,甚至达到15%,并且变量泵也常工作在小排量区,导致电液动力源在部分负载工况下效率更低。为此提出变转速电动机驱动定量泵方案,并采用多腔液压缸,在低负载功率需求下,采用小面积油腔连接方式,在高负载功率下,采用大面积油腔连接方式,从而提高电动机能量效率,进而提高系统能效。     

电液位置伺服系统的模糊自整定PID控制研究

针对电液位置伺服系统的不确定性、非线性和常规PID控制的缺点,设计了具有在线PID参数调整的模糊自整定PID控制器,以减小电液位置伺服系统中参数摄动等引起的超调和振荡。利用AMESim与Matlab软件各自的优势,分别进行了液压系统建模、控制器设计。联合仿真结果表明,模糊自整定PID控制器使系统有较高的稳态精度、较快的动态响应,系统具有很好的适应性。     

伺服电动机驱动泵控缸的位移软测量方法

针对位移传感器在液压系统应用中存在的不足,提出了一种液压缸活塞杆的位移软测量方法。该方法基于泵控缸系统的伺服电机转速、转矩信号以及泵、缸、油液相关参数,建立其液压缸活塞杆的位移软测量模型。根据油液黏温、黏压特性补偿活塞杆的位移,以减少软测量位移误差,并在MATLAB/Simulink中建立伺服电机泵控缸系统模型和位移软测量模型。结果表明:所提出的位移软测量方法比位移传感器获取的位移精度略差,但响应速度快,是一种替代位移传感器来获取液压缸位移的有效方案。     

无阀液压系统在注塑机中的节能分析

针对注塑机在国内外塑料制品行业的广泛应用,分析了无阀液压系统在注塑机中的节能应用。无阀液压系统也叫直驱式液压系统,即用调速电机直接驱动液压泵,实现对液压系统的控制。这是一种全局性的新型液压调速方式,采用变频器、异步电机、定量泵/变量泵的形式,省去复杂的变排量机构,通过改变电机的供电频率来调节电机转速,从而实现液压系统的流量调节,进而实现对液压系统的控制。其最重要的特点就是使用交流调速电机代替传统的伺服阀,集成了液压系统和交流调速系统的优点,更加环保、省油。