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提高液压提升机速度特性的几种伺服控制方案比

发布人:鼎恒液压机械   发布时间:2019-05-08
液压防爆提升机的主要功能在很大程度上依赖于液压伺服变量液压泵一定量液压马达回路及其控制系统构成的驱动系统、大惯量滚筒一负载系统、电液定位与制动系统等多方协调平衡工作,而其速度特性,尤其是动态速度控制精度则主要取决于液压驱动及其变量控制系统的特性。在液压防爆提升机的发展中,除降低噪声、提高液压系统工作效率和可靠性等问题仍需继续研究并加以解决外,如何提高液压提升机的动态控制精度以提高其安全可靠性、层位控制精度和乘坐舒适性等综合性能,则是其所面临的新问题,而实现液压提升机的计算机控制则是较基本的手段。
优选液压伺服系统的控制方案是实现液压提升机计算机控制的关键,优选后的控制方案要求能保证系统的大功率(≥1000kW)、大负载、大惯量特性,增大系统的速度刚性,缩短负载扰动下系统的调节过程和保持系统高工作效率等;针对优选后的方案,选择一种合适的控制算法并进行控制器的设计则是下一步的工作重点。
液压驱动系统是典型的具有大惯性负载、非线性、时变性的高阶系统,其动态性能随着负载的变化而变化很大,对这类系统开环控制想要达到较高的性能十分困难,因为系统无法预知由于各种干扰信号的存在而对输出的影响,也就是很难对它们进行补偿,只有采用闭环控制,同时采用多种控制策略来增强系统刚度,使系统控制精度达到较高要求,这样才能达到比较满意的液压提升性能。针对液压提升机存在的问题,可同时采用模拟控制与数字控制方法来校正和控制、除了采用比较典型的PID控制、自适应控制、变结构控制等策略,近年来一些控制策略如模糊控制、神经网络等人工智能控制策略也已得到迅速发展与应用。
本文简要分析液压提升机的现有液压系统结构与控制方式的特点,提出了有可能成为液压提升机速度控制方式的几种液压伺服方案,并根据实验情况对其进行综合性能简单比较,目的在于为矿井液压提升机的进一步研究和设计提供参考依据。
现有液压系统控制结构与特点
现有提升机系列产品为全液压传动与控制结构,其液压系统的组成、工作原理基本相同,其中核心部分是液压驱动系统。
液压驱动系统是大功率时变负载与钻度的液压系统。变量泵控制定量马达的液压回路具有结构简单、工作效率高、恒转矩输出等特点,这类变量系统输出的流量能跟随输入信号—减压式比例阀阀芯位移作连续比例变化。在液压提升机工作过程中,司机操作减压式比例控制阀,向变量控制系统的比例液压缸输入一逐渐变化的压力油,比例液压缸位移控制伺服阀阀芯位移,伺服阀又通过差动液压缸控制摆动缸体改变变量泵的斜盘倾角,使输入液压马达的液压油流量逐渐变化,从而控制液压马达的旋转速度,实现提升容器的加速起动与减速运行,在恒速升降与低速爬行阶段,司机保持操作手柄不动,从而完成一个提升循环。
液压驱动系统为变量液压泵直接反馈排量调节变量控制结构,和开环加简单的手动操作比例式减压阀控制方式,该控制方式中液压泵输出流量容易受负载的影响而不稳定,液压泵的容积效率随系统工作压力的高低及液压油钻度的变化而变化,使液压泵的输出流量受负载及油温的影响,由于液压油的可压缩性、管道的弹性、液压元件的泄漏等因素的影响,加之系统又没有设置马达输出速度检测与反馈控制回路,系统不能自动消除负载变化等多种因素引起的液压马达输出速度误差,因此现有液压驱动系统的速度控制精度较低,影响到了液压提升机的安全可靠J陛,不能达到现代液压提升机的高精度控制和乘坐舒适性等性能要求。
因此,优选液压驱动系统控制方案实现液压提升机的计算机控制以改善其综合性能显得十分迫切,以下提出几种提高系统的速度刚性、缩短负载扰动调节时间、保持系统工作效率的大功率、大惯量负载泵控马达伺服系统的控制方案,并进行比较。
这是一个阀控缸位置伺服系统和泵控马达系统串联而成的系统。伺服阀控制液压缸的活塞位移,推动变量泵的斜盘以调整倾角,使泵的输出流量变化,从而改变马达的转速。当系统外负载变化时,系统压力随之变化,泵和马达的泄漏量也随之变化,这时液压马达的输出转速必然改变,为了达到稳速的目的,采用一定的控制措施来弥补液压马达速度的变化,如数字式PID调节器。此时,通过测速装置测出的马达转速变化量,通过比例环节使控制信号形成误差信号,并通过控制器后输入伺服阀,使变量泵的流量增大,以达到补偿泄漏,稳速的目的。
该系统具有较好的快速性、稳定性和抗干扰能力,若能合理设计控制器,系统的性能将获得进一步改善。这类系统除泵和马达外,没有其他泄漏,因为泄漏所占的比例相当小,且系统压力又随负载而变,即系统压力与外负载相匹配,因而系统效率很高,适于大功率场合,同时不用考虑伺服系统本身要单独使用油源的问题。这是一阀控系统,其效率很低,较大不超过38.5%,但消耗的功率并不大。
 
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