大功率液压系统能量损耗的仿真研究

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1、万方数据第18卷第6期计算机仿真2001年11月大功率液压系统能量损耗的仿真研究连振旭李从心洪锡军(E海交通大学，a】0030)擅要该文建立了大功率液压机鲥阀控电箍伺服系统仿真模型，分析了电磁比例方向闽通过节流控树流量而实现位移或速度控制时产牛的能量损耗．从而导致系统的液压油掘度的升高，影响液压系统的稳定工作。通过计算机仿真，分析了直接-孵动大功率液压机的能量损耗与控制方式之间的矛盾。在甸样控制精度下．采用迭代学习PID控制器比P1D控制器时的能量损耗低一个数量级。最后，给出r采用迭代学习PID拄制器时，液压机滑块位移与系统压力的仿真曲线以及实际应用时的采

2、样曲线。美键词电液伺服系统能量损耗迭代学习PID控制器中围分类号TG3154THl37文献标识码1引言电液伺服系统具有动态响应快、高的力一质量比和控制精度，并且可以提供高效、简单的直线运动(尤其大的作用力)：因此，近几十年随着微电子技术与液压技术的结合．液压传动卫得到重新认识与广泛应用。根据液压源的不同可以将液压伺服系统分为两大类，即定量泵一比例阀构成的阀控液压伺服系统(msisteax：econtr01)和变量泵或伺服电机构成泵控(di咖r耽contr01)液压伺服系统。一般泵拄液压伺服系统的效率高，但动态响应较慢；而阀控液压伺服系统则相反。在阎控系统中

3、，伺服J珂周芯位移的大小采用节流的方式调节通过的伺服同流量，控制执行机构的位移或速度。定量泵的流量是常量，因此节流控制必然引起液压参数(流量与压力)的变化．同时伺服阀节流导致能量损耗，液压油温度升高，液压油性能发生改变，影响控制系统的动态性能和稳态性能。为解决上述脚题，常用溢流阁+蓄能器构成定压液压源(呻sm胂supply)，系统压力基本可以保持稳定，同时增加冷却系统，保持油温的稳定，该方法在小功率系统中得到比较成功的应用L1J。但是对于大功率掖压伺服系统则不宜采取溢流的方法，而采用定量泵直接驱动的方式。本文针对液压机控制中所遇到的控制精度与能量损耗问题，

4、考虑液压机重复工作的特性，提出J’迭代学习PID控制策略2a⋯。，通过计算机仿真分别对PID控制器和迭代学习PID控制器进行研究，对二种控制器的控制效果进行仿真比较，得出在保证重复控制精度的前提下，采用迭代学习PⅢ控制器可以大大减小系统发热。2大功率阀控液压系统的建模大功率阀控液压系统具有设计简单、可靠的特性，在塑性成彤设备中得到广泛采用。图1为直接驱动的高速液压机系统的结构示意图。工业控制计算机、I／0板、D／A板、A／D板以及传感器构成对液压机滑块(油缸活塞)位移的闭环控制。其工作过程是通过控制主缸进液比例阀Pvl的电磁铁通电，主缸进油，活塞在液压油的

5、作用下向下运动，推动滑收稿日期：2000—09一07——64——块运动至下设定位置，比例阀PVl关闭，主缸排液闽OV和回程缸进液比例阀PV2通电打开，回程缸进液活塞向上运动，带动滑块回到起始位置，完成-个工作行程。在每个工作行程的向下运动过程中，滑块施加作用力，使得锻件产生塑性变形。滑块不断地上下运动，配合操作机央持的坯料前后移动，逐渐完成镦粗、拔长等自由锻工艺。围1液压机结构示意图捌震液压机的控制系统可以简化为向下位置伺服控制系统和向上位置伺服控制系统。由于向上运动位置控制精度没有要求，在此不予分析与讨论。将向下的位置伺服系统作为研究对象，其控制系统的框

6、圈如图2所示。计算机完成对设定值Yd与反馈值Y的比较计算，输出控制数字量经D／A板转换为控制比例阀电磁铁的模拟控制量，控制比例阀的阁芯位移，从而实现对通过阀芯的流量和油缸活塞位移的控制。液压系统动态特性的分析一般将电液伺服阀和液压缸分别变换成一阶线性模型，然后通过计算机仿真研究系统在时间域和频率域的特性⋯。该研究方法不能对液压系统的能量传递进行分析，为此，本文利用计算机的计算能力，直接在时间域内解微分方程，得到系统的液压参数压力与流量的万方数据图2控制系统框圈变化．从而得到系统能量的传递。因此将图2中比例阀分解为两部分，如图3所示。增加一个环节，计算比例阀

7、的阀芯位移x，从而计算通过比例阔的流量：圈3液压系统分解控制框图9。=如·z-√2(，：一^)印由连续流量方程和流体弹性模量得到液压源压力只和液压缸内的压力Pm的微分方程：警=vEo(Q。一Q。一仉)警=毒(“+血dz‘A。一Q。一仉)根据Newton第二定律可以得出液压机滑块的动力学方程如下：m盘dt2+口害=巳·A。+m·g—R恤一，式中只系统压力z一阀芯位移^二阀的流量系数p流体的密度P。主缸内压力n—I旦I程缸内压力F流体的弹性模量h液压源部分的容腔体积k一液压缸部分的容腔容积p0_泵的流量Q．主缸比例阀的流量Q6一回程缸的流量p删一主缸排液时周的

8、流量0泄漏流量^，主缸活塞的截而积m一滑块部分的质量At一回程缸{