PRINCIPLE TO CLOSED LOOP CONTROL DIFFERENTIAL CYLINDER WITH DOUBLE SPEED VARIABLE PUMPS AND SINGLE LOOP CONTROL SIGNAL

To control the position of differential cylinder closed loop without usingany throttle elements, a flew idea that two speed variable pumps are used to compensate thenon-symmetric flow of differential cylinder is carried out. According to the leaking property of thesystem, a speed offset principle is also proposed to eliminate the cavitation and tension caused bythe leakage and condensation of oil, which makes the system be in the same state as a valvecontrolled circuit. This principle is explained theoretically and experimentally. Further therelationship that the pressures in cylinder chambers change with load and leakage, and therelationship between biasing speed and pre-load pressures in cylinder chambers are established. Theresearch has proved that the new system has similar technique features as those of controlled withservo valves, but due to the elimination of all the throttle lose the efficiency of system can beimproved greatly.

A novel technology for control of variable speed pumped storage power plant

Variable speed pumped storage machines are used extensively in wind power plant and pumped storage power plant. This paper presents direct torque and flux control(DTFC) of a variable speed pumped storage power plant(VSPSP). By this method both torque and flux have been applied to control the VSPSP. The comparison between VSPSP's control strategies is studied. At the first, a wind turbine with the capacity 2.2 k W and DTFC control strategies simulated then a 250 MW VSPSP is simulated with all of its parts(including electrical, mechanical, hydraulic and its control system) by MATLAB software. In all of simulations, both converters including two-level voltage source converter(2LVSC) and three-level voltage source converter(3LVSC) are applied. The results of applying 2LVSC and 3LVSC are the rapid dynamic responses with better efficiency, reducing the total harmonic distortion(THD) and ripple of rotor torque and flux.

Hydraulic cylinder control of injection molding machine based on differential evolution fractional order PID

Injection molding machine,hydraulic elevator,speed actuators belong to variable speed pump control cylinder system.Because variable speed pump control cylinder system is a nonlinear hydraulic system,it has some problems such as response lag and poor steady-state accuracy.To solve these problems,for the hydraulic cylinder of injection molding machine driven by the servo motor,a fractional order proportion-integration-diferentiation(FOPID)control strategy is proposed to realize the speed tracking control.Combined with the adaptive differential evolution algorithm,FOPID control strategy is used to determine the parameters of controller on line based on the test on the servo-motor-driven gear-pump-controlled hydraulic cylinder injection molding machine.Then the slef-adaptive differential evolution fractional order PID controller(SADE-FOPID)model of variable speed pump-controlled hydraulic cylinder is established in the test system with simulated loading.The simulation results show that compared with the classical PID control,the FOPID has better steady-state accuracy and fast response when the control parameters are optimized by the adaptive differential evolution algorithm.Experimental results show that SADE-FOPID control strategy is effective and feasible,and has good anti-load disturbance performance.

Output Characteristics of a Series Three-port Axial Piston Pump

Driving a hydraulic cylinder directly by a closed-loop hydraulic pump is currently a key research area in the field of electro-hydraulic control technology,and it is the most direct means to improve the energy efficiency of an electro-hydraulic control system.So far,this technology has been well applied to the pump-controlled symmetric hydraulic cylinder.However,for the differential cylinder that is widely used in hydraulic technology,satisfactory results have not yet been achieved,due to the asymmetric flow constraint.Therefore,based on the principle of the asymmetric valve controlled asymmetric cylinder in valve controlled cylinder technology,an innovative idea for an asymmetric pump controlled asymmetric cylinder is put forward to address this problem.The scheme proposes to transform the oil suction window of the existing axial piston pump into two series windows.When in use,one window is connected to the rod chamber of the hydraulic cylinder and the other is linked with a low-pressure oil tank.This allows the differential cylinders to be directly controlled by changing the displacement or rotation speed of the pumps.Compared with the loop principle of offsetting the area difference of the differential cylinder through hydraulic valve using existing technology,this method may simplify the circuits and increase the energy efficiency of the system.With the software SimulationX,a hydraulic pump simulation model is set up,which examines the movement characteristics of an individual piston and the compressibility of oil,as well as the flow distribution area as it changes with the rotation angle.The pump structure parameters,especially the size of the unloading groove of the valve plate,are determined through digital simulation.All of the components of the series arranged three distribution-window axial piston pump are designed,based on the simulation analysis of the flow pulse characteristics of the pump,and then the prototype pump is made.The basic characteristics,such as the pressure,flow and noise of the pumps under different rotation speeds,are measured on the test bench.The test results verify the correctness of the principle.The proposed research lays a theoretical foundation for the further development of a new pump-controlled cylinder system.

管道封堵机器人控制特性响应分析与实验研究

为了提高管道封堵机器人在管道维抢修的效率与精度,设计了一种管道封堵机器人封堵液压控制系统,通过仿真分析,评估了该控制系统的响应特性.搭建了封堵液压控制实验装置,研究了封堵过程中橡胶筒轴向位移的变化,以及不同输出流量对封堵速度的影响.结果表明,所设计的液压控制系统能够确保机器人各个执行机构协调运作,避免相互干涉,液压缸的位移、流量及速度与理论设计值相符.当橡胶筒变形轴向位移达到61.55 mm时,控制系统能够实现10 MPa的油气压力封堵.液压系统流量对封堵速度影响显著,流量越大,封堵速度越快.

基于IPSO优化模糊PID的液压变速器转速控制

为了提高液压变速器转速跟踪能力,开发了一种改进粒子群(IPSO)优化模糊PID控制算法。利用Matlab/Simulink分析阶跃负载信号时响应性能差异性,在HMCVT段范围内完成无级调速的控制效果。研究结果表明:负载影响下,系统扰动幅值快速降低55rad/min。受系统闭环反馈影响,在0.1s内重新跟踪输入参数,可以使HMCVT泵控系统1s时间完成马达转速跟踪的功能。本次开发的HMCVT泵控系统可以满足马达转速的准确跟踪效果,具备低超调量、高鲁棒性等优点。

考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制

当系统出现频率跌落时,变速抽蓄机组可大幅降低转速、迅速释放转子动能,从而为系统提供惯量支撑,但目前已有的调频方案未能有效发挥变速抽蓄机组的这一优势。为充分利用转子动能,提出一种考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制策略。首先,从变速抽蓄机组的有功支撑特性和不对称转速约束条件出发,得出适用于变速抽蓄机组的最优频率控制结构,该结构中包含两个时间常数不同的虚拟惯量控制环节。然后,分析各惯量控制环节的作用并整定相关参数。在此基础上,计及变速抽蓄机组运行特性与电力系统调频需求,设计了变速抽蓄机组不对称综合惯量控制策略,使得机组转速降低时可以为系统提供更大的惯量支撑。仿真结果表明,所提调频策略能够充分发挥变速抽蓄机组的优势,维持系统频率稳定。

基于自适应反步法的直驱式泵控液压系统控制策略

在闭式泵控伺服系统位置输出控制过程中,会出现非对称缸建模难、参数不确定性和控制算法调试困难等问题,为此,提出了一种自适应反步法控制策略(控制器),并采用半实物仿真平台对其可行性进行了验证。首先,推导了考虑单向阀和溢流阀的直驱式泵控非对称缸液压系统的数学模型;其次,采取引入向量的方式,将数学模型变成了严格反馈形式,以此设计了新的自适应反步法控制器,解决了参数不确定问题;最后,在Linux+Preempt-RT半实物仿真平台下,完成了直驱式泵控非对称缸位置系统自适应反步法控制的阶跃信号、正弦信号和加入时变负载的正弦信号试验,并将其控制结果与传统PID控制结果进行了对比分析。研究结果表明:采用自适应反步法的控制器的稳态精度可以达到±3.98 mm,相比PID的控制精度提高了53.6%;同时,在系统位置控制过程中,采用参数自适应律对系统的不确定性参数进行实时调整估计,可以呈现出良好的自适应动态逼近过程。该自适应反步法控制策略具有良好的跟踪性能和鲁棒性。

风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制

针对单个变速抽蓄调频容量不足和风电场调频后转子转速恢复容易引发频率二次跌落的问题,提出一种风电场与多分布式变速抽水蓄能协同调频控制策略。首先,当电网发生频率事件时,该策略根据风电场风速和区域内多分布式变速抽水蓄能可调节容量对电网频率提供支撑。然后,针对风电调频后转子转速恢复过程容易引发系统频率二次跌落的问题,在风电转子转速恢复时通过多分布式变速抽蓄提供功率支撑来缓解系统频率二次跌落。最后,以含风电场与分布式变速抽蓄的四机两区域系统为例,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略相比风电场和多分布式变速抽水蓄能独立调频对于系统具有更好的调频效果。

双馈抽水蓄能机组最优功率控制策略及提升风电并网能力仿真

提出一种考虑损耗及转速影响的抽水蓄能机组最优功率控制策略。首先,对抽水蓄能机组在发电和抽水工况下的功率损耗来源进行辨析,推导计及损耗与转速影响的电磁功率与机械功率表达式。然后,计及转子动能对阶跃变化与斜坡变化的不同功率控制策略进行调节能力分析,提出最优功率协调控制策略。最后,构建半实物仿真平台对发电与抽水工况下抽水蓄能机组的不同有功功率阶跃模式进行仿真对比验证。结果表明,该文所提控制策略可优化调速器与励磁控制的协调配合,与传统方法相比,该文方法的功率调节速率更快,对电网功率指令的响应也更为准确,且有效缓解了风电等新能源所带来的消纳及一次调频问题。

LS-2600五缸钻井泵设计与应用

针对现有应用于超深井、复杂井石油开采的三缸钻井泵存在的效率低等问题,研制了一种大马力、单电机、五缸钻井泵。通过变频电机的选型,设计了与之匹配的减速箱、动力端总成及液力端总成,并配置有控制系统、喷淋系统、动力端润滑系统和在线监测系统,从而实现钻井作业。通过样机试制、厂内型式试验及胜利油田工业性试验,对五缸钻井泵性能、稳定性和可靠性进行充分验证,试验期间设备运行良好、性能可靠、各系统稳定可靠、各项参数均满足设计要求。试验表明,该五缸钻井泵对钻井提速提效、节能减排、井下压力安全控制等效果显著,具有较好的市场前景及推广价值。

对称/非对称泵控非对称缸系统四象限工况运行特性对比

闭式泵控系统驱动非对称液压缸时,需要增加复杂的大流量补偿回路来补偿非对称缸两腔面积差引起的非对称流量。挖掘机作业负载力较小时,补油腔和控制腔频繁切换,补油阀开启状态不稳定,难以实时匹配大流量的油液补偿。同时大流量油液频繁流动造成速度和压力波动,产生液压冲击,影响系统的平稳性。提出非对称泵控非对称液压缸系统方案,利用非对称泵自身结构匹配非对称流量。以典型四象限工况执行器斗杆为对象,构建非对称泵控和对称泵控斗杆挖掘机仿真模型,对比研究运行特性。结果表明,该系统无需大流量补偿即可平衡非对称流量,消除了速度和压力波动,且发现四象限工况切换和速度、压力波动的产生是不同步的。

变转速变排量双动力源泵阀协同电液系统特性分析

针对起重机阀控系统响应快但能耗大,泵控系统效率高但控制精度低的问题,提出了一种变转速变排量双动力源泵阀协同的多执行元件电液系统。首先,提出了一种多模式控制策略,即在单动作微动模式下,其中一个动力源卸荷,由于系统小流量时动态响应较慢,因此小流量时采用双变量模式控制系统,通过阀芯位置自适应调节和动力源的压力闭环控制,实现了流量精准匹配的目的;其次,在单动作快速运动模式下,双动力源合流驱动单执行元件,通过控制电液动力源相关参数,补偿了因负载变化引起的泵泄漏量,以实时控制执行元件速度;在复合快速运动模式下,双动力源分流单独驱动多执行元件,通过调节单个动力源的相关参数来实时控制各执行元件速度,以及实现系统流量比例分流的目的;然后,建立了系统AMESim-Simulink的联合仿真模型与试验平台;最后,对该系统在同一设定压差下的不同设定流量的控制特性进行了仿真和试验分析。研究结果表明:该系统能实现负载变化时对流量的补偿目的,并且该系统与定转速变排量泵阀协同液压系统相比,在单动作微动模式下的流量控制精度优化了约14.76%,动态响应时间减少了约0.12 s;在单动作快速运动模式下,流量变化减小了约6.21%,系统能耗降低约了13.94 kJ;在复合快速运动模式下,系统能耗降低了约50.31 kJ;同时,该系统比传统抗流量饱和负载敏感系统具有更好的流量稳定性。

定速与变速抽水蓄能机组联合运行一、二次调频仿真及特性研究

变速抽水蓄能机组在电网频率—功率快速调节及主动支撑等方面相较于定速机组具有独特优势,为此开展定速与变速抽水蓄能机组联合运行一、二次调频仿真及特性研究。即首先建立定速与变速机组联合运行一、二次调频数值仿真模型,然后实现一、二次调频协调仿真,最后揭示定速与变速机组联合运行一、二次调频动态特性。结果表明,频率阶跃的幅值越大,定速与变速机组出力和有功功率一次调频90%目标值响应时间、二次调频目标值响应时间越长。机组的调功指令配比越高,其出力和有功功率的二次调频目标值响应时间越短,变速机组出力和有功功率二次调频目标值响应时间对调功指令配比的变化更为敏感。定速与变速机组的调功指令配比相同时,联合运行的二次调频目标值总体响应时间更短。

含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究

鉴于含定速与变速机组的抽水蓄能电站安全、稳定、高效联合运行是充分发挥变速机组技术优势的关键,基于数值仿真方法,开展含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频动态特性研究。首先建立含定速与变速机组的抽水蓄能电站一次调频仿真模型,然后分析定速与变速机组单独运行一次调频动态特性,最后分析定速与变速机组联合运行一次调频动态特性。结果表明,相同的调速器和变频器参数下,变速机组频率阶跃减的幅值越大,动态响应时间越长、速度越快;频率阶跃增幅值越大,动态响应时间越短、速度越快;定速与变速机组联合运行可提高定速机组的出力和有功功率动态响应速度及变速机组的出力动态响应速度,但对变速机组的有功功率动态响应速度的影响较小。

基于自适应模糊PID的连续管作业机注入头速度控制研究

连续管作业机工作过程中起/下管速度控制主要依赖手动调节注入头泵的排量、马达压力等。为解决操作复杂、自动化程度低等问题,将连续管作业机注入头液压系统简化为闭式泵控马达系统,将传统手动控制方式改进为自动控制方式。分析泵控马达系统的工作原理,在AMESim中构建泵控马达系统的液压仿真模型;利用MATLAB/Simulink设计出AMESim仿真模型的PID及自适应模糊PID控制模型,从而构成整个系统的闭环控制联合仿真平台。采用PID算法及自适应模糊PID控制算法对系统响应进行仿真分析。结果表明:采用自适应模糊PID控制方式后,液压模型的响应速度更快、无超调和滞后现象、稳态误差更小,泵控马达系统具有良好的动态特性。

单双泵控混合分布式挖掘机液压系统性能分析

针对泵控非对称缸中存在流量不平衡问题和挖掘机(动臂、斗杆及铲斗)各液压缸的多象限工况,提出一种单双泵控混合分布式挖掘机液压系统。基于挖掘作业时工作装置的各液压缸速度-负载特性,为二象限工况的动臂设计单泵控液压单元,四象限工况的斗杆及铲斗设计双泵并联式泵控液压单元。以微型挖掘机为对象,在MATLAB/Simulink中建立多体动力学模型和液压系统模型,设计PID位置控制器,在典型挖掘工况下进行仿真分析。结果表明:单泵式的效率与双泵并联式的基本相当,但后者在负载力突变时,几乎不产生速度波动;在典型挖掘工况下,所提出的单双泵控混合分布式挖掘机液压系统的总效率为62%。

全功率变速抽水蓄能机组控制策略与调节特性

全功率变速抽水蓄能机组协调控制中通常采用变流器控制机组功率、调速器控制机组频率(转速)的快速功率控制,其忽视了对机组频率安全与效率的影响,且控制模式单一。分析了机组多控制模式振荡特性和功频响应特性,提出了机组发电工况快速频率控制与快速功率控制相结合的协调控制策略,以及水泵工况定导叶开度变转速控制策略。设计了常规试验与性能优化试验结合的变速工况调试方法并应用于我国第一台全功率变速抽水蓄能机组启动调试中,验证了控制策略和调试方法的有效性。现场测试结果表明,调速器和变流器控制不协调易引发机组振荡,采取所提协调策略后机组安全高效运行,且具备百毫秒级的有功、无功快速调节能力。

PWMI控制技术在液压缸速度控制中的应用

在电液控制系统中,为实现液压缸的速度控制,采用一种电流控制输出PWMI的控制技术,对通过比例阀的电流实时控制,结合比例阀的体积流量调节特征曲线图,使用经典PID控制理论,成功实现了对液压缸速度的控制。PWMI控制技术已成功应用于多个电液控制系统的液压缸速度控制应用中,为实现液压缸速度的控制提供一种可行的解决方案。

泵控液压系统中马达转速稳定控制及仿真分析

泵控液压马达系统中,由于外负载突变会导致发动机转速变化,进而引起变量泵转速改变,最终造成液压马达转速波动量过大及调整时间过长。针对变量泵-定量马达闭式液压系统,构建数学模型,得到传递函数框图,分析负载变化导致马达转速波动的原因。提出一种前馈补偿控制方法,通过实时改变变量泵的斜盘摆角来补偿变量泵转速扰动而引起的流量变化。推导补偿函数,并分别对阶跃100%负载、阶跃20%负载工况及斜坡100%负载、斜坡20%负载工况进行仿真。结果表明:增加前馈补偿控制后,马达转速波动量最大减少了3.87%,调整时间最多缩短了1.77 s。