螺杆膨胀机电液调速系统的建模与仿真分析.pdf

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1、13O电力与能源第33卷第2期2012年4月螺杆膨胀机电液调速系统的建模与仿真分析方冰，余岳峰(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：以螺杆膨胀机电液调速系统为研究对象，用机理分析法建立了系统的数学模型，并在MATLAB／SIMUIINK环境中分别对转速控制的鲁棒性和甩负荷试验以及功率控制的调节阀扰动进行了仿真分析。结果显示控制效果理想，基本与实际相符，证实了数学模型建立的正确性，得到的仿真模型对将来系统的优化设计与调试维护具有一定的实用价值。关键词：螺杆膨胀机；电液调速系统；机理建模；仿真分析中图分类号：TP272

2、文献标志码：A文章编号：2095—1256(2012)02—013O—O5ModelingandSimulationAnalysisonElectroHydraulicControlSystemofScrewExpanderFangBing．y2zYuefeng(SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Theelectrohydrauliccontrolsystemofscrewexpanderisre

3、gardedasaresearchfulobjectinthispa—per．Themathematicmodelsofsystemarebuiltbyusingtheapproachofmechanismanalysis，andsomechar—acteristicincludingrobustnessofspeedcontrol，testofloadingrejectionanddisturbanceactionofpowercon—trolissimulatedinMATLAB／SIMUIINKenvironment．Resea

4、rchshowsthatthemodelsarecorrect．Thismodelisofsomeuseinoptimizationdesign，debuggingandmaintenance．Keywords：screwexpander；electrohydrauliccontrolsystem；mechanismmodeling；simulationanalysis调速控制系统(ScrewExpanderElectro—Hydrau—0引言lieControlSystem，SEEHCS)的设计研究却几乎螺杆膨胀机(ScrewExp

5、ander)是一种回转容空白。本文通过对螺杆膨胀机电液调速系统的建积式膨胀动力机，兼有活塞膨胀机和透平膨胀机模与仿真分析，求得系统的仿真模型，可对螺杆膨两者之特点口]，适合过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水两胀机电液调速系统的优化设计以及维修调试等提相湿蒸汽以及热水等工质；适用低温余热回收发供技术帮助。电以及地热和太阳能热发电等多种用途l_2]。螺杆l系统结构与机理分析膨胀动力机的功率一般在1O～1500kW之间[3j，而我国目前小汽轮机发电功率为750kW左数字电液调速(DEH)系统发展到现在已经右]，螺杆膨胀机正好弥补了小汽轮机单机功率相当

6、成熟，其系统结构复杂，具有转速控制、功率不能太小的缺陷。控制和主汽压力控制，还具有汽压保护、真空保通常情况下，螺杆膨胀机余热回收发电都是护、防超速保护和快速减负荷等多种功能。并网运行，此时螺杆机的转速受到电网的钳制，几为了使螺杆膨胀机发电系统能够同时适应并乎保持不变，主要是控制螺杆机的功率；当需要在网和孤岛运行，对螺杆膨胀机电液调速系统的转小网甚至是孤网运行时，则必须保证发电频率稳速控制和功率控制进行研究，其转速／功率控制结定，波动较小，主要是控制螺杆机的转速]。构回路主要由PI控制器、电液伺服油动机、调节目前，数字式电液调速控制系统

7、(DEHCS)在阀、螺杆膨胀机和测速／测功装置组成，如图1汽轮机上的运用十分成熟，但是螺杆膨胀机电液所示。方冰，等：螺杆膨胀机电液调速系统的建模与仿真分析131其转速控制原理为：由数字计算机给出的转杆，芯杆产生位移导致二次油压变化，推动错油门速给定值，与转速测量装置检测到的实际转速值滑阀芯杆，将电信号成比例地变换成控制油口面进行比较，其偏差值进入PI控制器进行运算处积的变化。理，再由PI控制器输出控制指令给执行机构电液对于线圈芯杆运动组件，在不计惯性力的时伺服油动机。候，由静态和动态的力平衡关系可得增量方程为：油动机对此做出反应，改变

8、活塞行程，通过活AXd一u塞连杆机构改变调节阀的开度，从而调节进入螺传递函数为：杆膨胀机的主汽量，最终达到调节螺杆机转速的目的。G㈤一一南系统的功率控制原理与转速控制原理相同，式中：k为上弹簧的刚度；为下弹簧的刚度；k为