液阻全桥网络负载口独立电液系统节能控制策略仿真

针对传统电液控制系统节流损失大、能耗高、效率低的问题,采用液阻全桥网络搭建了具有负载口独立控制特性的新型电液控制系统,详细研究了该系统在典型四象限负载下的节能控制策略。液阻全桥网络电液系统由5个二位二通比例阀组成,根据其具有的负载口独立控制特性,将系统归纳为传统三位四通、负载口独立和负载敏感3种控制模式。传统三位四通下,两负载口开度控制模拟三位四通进出口耦合形式;负载口独立模式下,采用一腔控制流量另一腔阀口全开的控制策略;负载敏感模式下,控制泵出口压力比进油腔压力高一个定值,从而实现负载敏感功能。在超越负载下,3种模式都使用流量再生回路进行节能控制。AMESim+Matlab联合仿真结果表明,与传统的三位四通模式相比,三位四通流量再生、负载口独立、负载口独立流量再生、负载敏感模式分别节能43.38%、65.27%、77.91%、83.58%。

具有变超越负载的液压调平系统负载口独立控制方法

液压调平系统平台回落过程中存在超越负载,且随着负载重心偏移和平台倾角变化,作用于支腿液压缸的负载力也会随之变化。传统液压系统中负载控制阀或平衡阀在平衡变超越负载时速度控制效果差,容易发生速度抖动。为解决这一问题,采用负载口独立控制技术,针对平台回落时液压缸存在的变超越负载工况,提出对液压调平系统中液压缸有杆腔进行压力控制,无杆腔进行流量控制的压力-流量复合控制方法,建立其数学模型,并进行AMESim和Simulink联合仿真验证。结果表明,在负载力发生突变时,液压缸有杆腔压力和无杆腔流量均可在0.2 s内恢复至控制值,平衡掉系统变超越负载的同时,能够满足系统的速度控制需求。

负载口独立控制阀控非对称缸压力跃变消除方法研究

针对液压同步控制系统中非对称缸换向时产生的压力跃变导致同步控制系统振荡甚至不稳定问题,提出一种基于负载口独立控制阀控非对称缸系统的换向压力跃变消除方法。分析了传统阀、非对称阀和负载口独立控制阀控非对称缸系统产生压力跃变的机理。在AMESim中搭建传统阀与负载口独立控制阀控非对称缸系统模型,在不同系统压力和给定信号下,对比分析了两种系统液压缸位置跟随及换向时两腔压力跃变情况。搭建了负载口独立控制阀控非对称缸系统实验台,验证了该方法的有效性。仿真与实验结果表明,采用负载口独立控制阀控非对称缸系统通过模糊自适应控制算法可以很好地实现位置跟随;可以完全消除非对称缸换向时的压力跃变,减小系统抖动,使得系统动作更加平稳;当液压缸以方波动作时,换向时压力冲击较正弦波动作时大。

负载口独立控制系统非线性滤波振动抑制方法

针对负载口独立控制系统在作业过程中时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡及液压缸两腔压力波动,从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题,首先,分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方法抑振的局限性,阐明了引发速度振荡与压力波动的原因;然后,基于该控制系统,提出了采用非线性滤波器修改突变控制信号的抑振方法,并给出了非线性滤波器的边界选取原则;最后,设计了负载口独立控制系统的进出口阀控制器,通过修改参考流量信号,降低了不同突变信号对执行器速度带来的影响。基于20 t挖掘机负载口独立控制系统开展数值仿真,结果表明:相较于传统阻尼补偿方法,采用所提方法能够有效降低阶跃、斜坡信号引起的执行器速度振荡与压力波动,且在动臂液压缸全伸、全缩典型工况下压力波动较小,并使速度振荡降低了32.5%~64.7%,从而有效改善了系统的动态特性。

出口压差补偿的负载口独立控制系统防气穴特性研究

传统液压系统采用1根阀芯同时控制液压执行器进出口油路,系统能耗大、效率低,且在主动型负载工况下,易出现气穴现象。为防止液压缸在主动型负载工况下产生气穴现象,本文分别对传统液压系统、负载口独立控制系统、进口压差补偿负载口独立控制系统和出口压差补偿负载口独立控制系统4种液压系统防气穴特性进行了理论分析,获得了进、出口阀开口度比μ与空气分离压力Pm、负载力FL等参数之间的关系,建立了4种液压系统仿真模型,设置相同负载力FL、进口阀开口度K1等仿真参数,仿真结果表明,除传统液压系统外,其他3种负载口独立控制系统均可以通过改变μ使进口压力Pa大于0,从而避免气穴现象,且出口压差补偿负载口独立控制系统无需检测负载力FL。通过试验验证了仿真结果的可行性。

负载口独立控制的压铸机比例插装压射速度系统研究

以压铸机压射系统为研究对象,针对只采用出口比例插装阀系统出现启动冲击、低速稳定性差、高速易超调和工作压力高等问题,提出一种独立阀口控制的速度系统,对出、入口比例插装阀同时采用前馈加反馈复合控制。通过采用双比例插装阀对进、出口速度控制的压铸机压射系统进行分析,建立关键元件和压射系统仿真模型,并在现场压铸机上进行试验验证。结果表明,这种控制方式能够消除启动时的瞬间速度前冲,提高了低速段时速度稳定性、降低了高速段超调,并且减小了出口比例插装阀的工作压力,同时也证明了联合仿真的有效性,为同类系统的设计提供参考。

电液比例负载口独立控制系统压力流量控制策略

介绍了电液比例负载敏感负载口独立控制系统组成结构和工作原理,建立了该系统的数学仿真模型;针对执行元件的不同工况,分别设计了基于计算流量反馈的速度控制器和基于压力闭环控制的压力控制器,实现了系统的压力流量复合控制;仿真和实验结果表明,该控制系统有较高的速度控制精度和良好的节能效果。通过变参分析,研究负载口独立阀单元频响和阻尼及死区对系统控制性能的影响,为负载口独立阀单元的开发和应用提供理论指导。

基于泵阀联合控制的负载口独立系统试验研究

为了解决工程机械液压系统能耗高、效率低的问题,提出负载口独立节能系统的泵阀联合控制策略.系统每个执行器由2个比例方向阀分别控制进出口,多个执行器共用一个电比例变量泵.同时考虑变量泵与比例方向阀,设计2层结构的控制器实现该系统的运动控制及节能控制.上层控制器通过负载与指令速度选择合适的工作模式;下层控制器根据选择的工作模式,采用计算流量反馈的速度控制和压力反馈的背腔压力控制调节进出口比例阀阀口开度,利用变压力裕度的电液负载敏感方法控制变量泵的排量.为了验证提出的控制器的有效性,在2t小型挖掘机上,针对挖掘机动臂和斗杆的运动进行试验.试验结果表明,根据不同的工况,动臂和斗杆执行器可以选用相应的工作模式,在满足控制要求的情况下尽可能降低系统能耗;变压力裕度的排量控制器可以根据指令速度改变系统压力裕度,降低传统负载敏感系统压力裕度过大导致的能耗.

负载口独立控制负载敏感系统模式切换特性

传统负载敏感系统在多执行器复合运动而执行器负载差别较大时系统效率低,为改善系统效率,研究新型负载口独立控制负载敏感系统模式切换控制器的设计方法.通过理论推导对比承受轻、重负载执行器支路在不同工作模式下的能耗特性,以减少系统能耗为准则得出不同支路的工作模式选择标准及模式切换的控制方法,并通过实验方式验证所提出的模式切换方法的有效性.模式切换控制实验中执行器速度控制平稳,背腔压力波动小而且维持在低压值,改善了系统的节能性能.研究结果表明,模式切换方法切实可行,负载口独立负载敏感系统在保证系统速度控制特性的前提下,能够进一步提高系统的节能性能.

负载口独立控制挖掘机机液耦合模型建立与试验

负载口独立控制挖掘机系统是一个包含许多未知参数的机液耦合系统。为了准确建立参数化模型,需要精确地辨识各元件参数,并包含机械系统与液压系统的耦合联接。为此首先建立各系统的数学模型,通过试验测试获得各个关键参数。采用基于试验测试结果的NLPQL多目标优化方法寻优难以估计特性参数的最优值,提高参数辨识的速度和精度。基于辨识参数的数学模型,建立参数化的机液耦合仿真模型。相比于现有研究中的联合仿真模型,该模型在同一参数化平台下运行,计算时间短,并且易于根据不同工况修改机械系统参数,仿真效率更高。最后将2 t小型挖掘机的试验结果与仿真进行对比,结果证明该仿真模型具有较高的计算精度,可为负载口独立技术在移动液压中的控制策略研究提供参考。

负载口独立控制系统静态工作点选取原则及仿真分析

采用液压阻力回路方法对负载口独立控制系统进行静态建模以求取最佳静态工作点。总结出了独立控制系统液导反向准则和能量损失守恒准则,分别从能量损失、速度敏感及压力范围三个方面,总结出了静态工作点的选取原则,从而为负载口独立控制阀与系统的设计和现场调试提供了理论依据。

负载口独立控制系统压力速度复合控制的耦合特性

以2个比例方向阀组成的负载口独立控制系统为研究对象,分析其压力与速度复合控制中的耦合特性.基于相对增益矩阵,推导反应其相互干扰程度强弱的耦合因子;理论分析其耦合程度与系统不同工作参数之间的关系,总结降低耦合程度的负载口独立系统设计及控制准则.通过仿真模型以及2t小挖系统试验测试,分析该系统的速度及压力特性,验证理论分析的正确性.针对耦合特性的准确分析可为改善负载口独立系统多变量控制性能提供了理论参考.

多级压力源切换负载口独立控制系统能耗特性实验研究

在多级压力源切换系统的基础上,结合负载口独立控制技术提出了两级压力源切换负载口独立控制系统。首先给出了该系统的组成原理,提出了在阻抗工况下的位置-压力复合控制方法以及在超越工况下的单腔位置控制方法;其次采用机理建模的方法,建立了包含泵源、阀矩阵、比例阀、执行器、负载及蓄能器能量回收的能量传递模型;最后搭建实验系统对该系统能耗特性进行了实验研究。实验结果表明:与传统单压力源液压控制系统比较,两种系统位置控制精度相近,且两级压力源切换系统在阻抗工况下具有节能潜力,并在超越工况下具有能量回收的功能;在阻抗工况,两级压力源切换系统的输入总功比单压力源系统节能约10%,在超越工况时能够回收并储存负载所做功,不同工况下的回收率均在70%以上,从而验证了该系统在控制与节能方面的可行性。

基于静态工作点前馈补偿的负载口独立控制系统

针对负载口独立控制系统中不同负载流量和负载压力工况时动态响应和稳态精度相差较大的问题,提出了基于静态工作点前馈补偿的控制算法,分析了在考虑速度敏感情况下进油阀与出油阀液导的选取方法,证明了此算法能保证各种工况下的响应速度和抗干扰能力。

负载口独立控制系统中防止气穴的理论研究

介绍负载口独立控制系统的工作原理;根据负载的大小、方向及指令输出信号,确定负载口独立控制系统的工作模式。分析得出在不同工况下,防止气穴现象产生的最小阀芯开口面积比大小,为整个控制器的设计提供参考。

负载口独立控制系统的节能边界

为了找寻负载口独立控制系统的极限节能边界,并明晰其节能机理,建立传统阀控系统和负载口独立控制系统的静态效率与静态能耗模型,利用归一化处理使模型转化为无量纲形式。选取与传统阀控系统可比拟的2种工况,即同泵源压力和同阀口开度,在负载口独立控制系统处于节能极限时(出油阀口全开)进行对比。仿真分析不同工况下2种系统的静态效率与能耗对比情况,并绘制效率分布谱获取全工况下效率分布对比情况。结果表明:同泵源压力下,负载口独立控制系统最多能提升阀控液压系统效率约5.7%,降低能耗约22.7%;同阀口开度下,负载口独立控制系统最多能提升阀控液压系统效率约19.4%,降低能耗约53%。负载口独立控制系统能够降低阀口节流损耗,进而降低阀控液压系统能耗。

基于回油补偿的负载口独立系统节能特性分析

针对抗流量饱和研究中传统负载敏感系统节流损失大、电液压差补偿控制难度高的问题,将负载口独立控制技术应用于负载敏感系统,设计一种新型抗流量饱和的负载口独立系统。建立该系统节能特性模型,并与传统负载敏感系统的节能特性进行对比。结果表明:该系统的效率优于传统负载敏感系统,当液压缸处于阻抗缩回工况时,该系统节能效果更明显,节能效率为15.97%。

基于负载口独立的挖掘机回转液压系统仿真分析

负载口独立技术增加了系统的控制自由度,进、出口节流面积可独立调节。此方法与挖掘机回转液压系统的加速启动、减速制动的分段控制过程相吻合。利用系统增加的自由度进口采用计算流量反馈的控制方法控制回转平台转速,出口采用压力反馈控制方法实现回转平台的平稳制动。理论分析和Matlab/SimHydraulics仿真分析表明,利用负载口独立技术,可以提升挖掘机回转启动的快速性、降低减速制动时的压力冲击及减少反复振荡,是提升效率、启制动平稳性的有效途径之一。

机液负载敏感负载口独立控制研究

主要研究了一种基于机液负载敏感的负载口独立控制系统。此种系统结合了传统机液负载敏感的可靠性以及负载口独立控制的灵活性,具有更加广泛的适用范围和节能性。负载敏感部分由比例溢流阀、传统机液负载敏感泵以及节流阀组成。分析了改变反馈压力的间接变压力裕度方法以及背压阀开口对系统阻尼的影响。最后通过建立仿真模型验证了上述理论的正确性。

截割部升降油缸负载口独立控制研究

针对传统掘进机截割部液压系统控制自由度低、背压高、灵活性差等问题,采用负载口独立控制技术对截割部升降油缸进行控制,实现升降油缸压力、速度独立控制。介绍截割部升降油缸负载口独立控制液压系统设计思路,提出了基于升降油缸2种工作状态的独立控制策略;其次,利用AMESim和MATLAB软件搭建了截割部机械-液压-控制联合仿真模型,通过对升降油缸伸出和缩回过程的阶跃控制仿真、正弦控制仿真以及工况切换控制仿真,验证了升降油缸负载口独立控制液压系统及其控制策略的有效性。