伺服直驱泵控液压系统及其节能机理研究

伺服直驱泵控液压技术是运用在工业领域内的新型系统,具有节能高效、运用范围广、干扰性小、数字化控制方式便捷等诸多优势,在一部分加工装备领域内有很大的发展潜力。但是由于系统存在容积调速的特性,驱动器和电机让系统存在响应慢和控制性差等特点。以某公司现有压铸机伺服节能改造为例,探析其中的节能机理。

静压造型线伺服直驱泵控液压系统的理论计算与工程实践

静压造型线采用液压传动,常规动力系统由三相异步电机驱动,通常系统发热严重,存在较高的功率损失。为有效降低系统能耗,依托“清洁铸造、锻压设备绿色产品设计平台及示范应用”国家科技重大专项,液压系统采用伺服直驱泵控技术方案,由控制时序得出负载流量循环,进而折算为伺服电机转速,充分发挥液压传动与电气控制的双重优点。实践表明,伺服电机能快速响应指令变化,达到负载流量、压力匹配,与常规动力系统相比具有较低的能耗。本次实践将对新设备设计及旧设备改造具有重要的参考价值。

静压造型线伺服直驱泵控液压系统设计

为了提高液压系统的动态响应,保证静压造型线顺利运行,设计静压造型线伺服直驱泵控液压系统.系统信号采集反馈模块使用压缩感知方法,获取静压造型线内液压缸的压力和位置信号,将信号经系统主控制器比较处理后,运用D/A数模转换模块转化为控制信号,并传送到电动机控制器;依据控制信号控制电动机驱动定量泵执行方向和速度的切换,实现静压造型线内液压缸的压力与位置控制.实验结果表明:该系统采集的信号质量较高,具有较好的静压造型线内液压缸的压力和位置控制效果.

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。

基于指数趋近率的液压机泵控伺服系统滑模控制

滑模控制方法具备较强鲁棒性,控制器结构也较简单,被广泛应用于泵控电液伺服液压系统上。在分析泵控系统原理的基础上,为克服传统PID控制很难抵抗较强外部干扰力的缺点,泵控伺服系统建立指数趋近律滑模控制器,建立泵控伺服系统MATLAB/Simulink仿真。研究结果表明:正弦信号跟踪下,滑模控制最大稳态跟踪误差与PID相比降低83.4%,同时控制器IMSE指标相对PID控制器发生了显著降低。该研究有助于提高液压机运行效率,对提高产品质量具有一定的指导意义。

泵控直驱式线控制动单元的设计与分析

为简化传统汽车制动系统结构,更好地满足智能网联汽车对制动力快速调节的需求,提出了一种泵控直驱式线控制动单元,采用泵控直驱容积伺服技术,通过伺服电机直接驱动双向齿轮泵,实现对制动轮缸压力的控制和快速调节,消除阀控系统的节流损失,有效提升系统效率。在泵控直驱式线控制动单元参数设计及数学建模的基础上,试制了制动单元样机与性能测试平台,分析了轮缸压力变化的响应曲线以及跟随特性。仿真和试验结果证明了泵控直驱式线控制动单元的可行性,12 MPa压力阶跃响应时间为200 ms,系统具有良好的响应速度和稳定性,为线控制动技术提供了一种新的实施方案。

前馈模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统

针对液压挖掘机在工作过程中大量动臂势能被浪费,提出一种复合速度前馈与模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统。在MATLAB/Simulink中,建立直驱泵控差动缸系统模型,通过试验验证其正确性,在该模型基础上搭建直驱泵控三腔缸系统模型,设计速度前馈模糊PID控制器,建立挖掘机动力学模型,将所提出节能系统应用于挖掘机动臂。通过仿真,对动臂在典型挖掘工况下的运行性能及能耗特性进行分析。结果表明,相比于直驱泵控差动缸系统,所提出系统峰值功率降低25.12%和节能33.11%;同时所设计控制器将位移跟踪误差控制在3%,与传统PID、速度前馈PID相比,响应速度快、超调小、位置跟踪精度更高。

直驱泵控三腔液压缸挖掘机动臂节能研究

针对液压挖掘机动臂系统举升时峰值功率大、下降时重力势能转换为热能浪费等情况,提出直驱泵控三腔液压缸动臂节能系统。该系统采用柱塞缸与活塞缸结合形成的三腔液压缸,通过伺服电机驱动定量泵控制A,B腔,C腔与蓄能器相接进行存储释放势能,并对蓄能器不同初始压力下对系统能耗进行分析。同时增设逆变器、电容等对马达工况回馈的能量进行电气式能量回收。MATLAB/Simulink建立直驱泵控三腔液压缸节能系统模型。在仅动臂升降工况下进行仿真,结果表明,相比直驱泵控差动缸,提出的节能系统可降低峰值功率36.64%和节能40.24%,实现高效的势能回收,取得良好的节能效果,同时系统运行速度最大误差减小了23%,进一步提高了系统运行平稳性。

直驱泵控式液压机液压系统的动态特性仿真及优化

为了更好地表达液压系统各变量的输入、输出关系,以及更全面地考虑液压系统中的非线性,采用功率键合图建立了直驱泵控式液压机液压系统的数学模型,探讨了直驱泵控式液压机液压系统的负载、管路直径及泵的阻尼对液压系统动态特性的影响规律.同时,以液压缸的出口压力动态响应作为优化目标,用ODE变换法对仿真模型进行了参数优化.研究结果表明:液压系统的管路直径对系统的动态响应有较大的影响,泵的阻尼对液压系统的输出压力及输出速度影响很大.通过参数优化,得出当泵的阻尼为0.031 1时,该液压系统具有较为理想的动态响应.

基于AMESim-MATLAB联合仿真的双泵直驱电液伺服系统压力控制

针对直驱式电液伺服系统受定量泵最低转速,不能反转的限制以及动态响应较慢,不能实现较低压力控制的情况,提出一种双泵直驱电液伺服系统。由于人工整定PID参数较为困难、效率较低,并且粒子群算法(PSO)具有收敛速度快、参数设置少等优点,故采用PSO对PID控制器进行参数优化。将粒子群算法优化的PID控制器应用于双泵直驱电液伺服系统的压力控制,通过AMESim和MATLAB的联合仿真实验,结果表明PSO-PID控制的双泵直驱电液伺服系统动态特性好,抗干扰能力强,能够实现较低的压力控制。

直驱泵控压力伺服系统自适应模糊PID控制

直驱泵控压力伺服系统属于典型的非线性时变系统,采用传统PID控制存在系统适应性差、压力波动幅度大以及跟踪控制精度低等问题。根据PID参数对压力伺服系统响应特性的影响规律,设计了根据系统误差和误差变化率在线自适应调整PID参数的自适应模糊PID控制器,分别采用传统PID控制和自适应模糊PID控制策略进行了直驱泵控压力伺服控制仿真与实验研究。结果表明,自适应模糊PID控制策略能大大改善PID控制的性能,使系统具有响应速度快、压力波动幅度降低、滞后与超调小的特点,提高了系统的动态品质和控制精度。

直驱泵控电液位置伺服系统模糊滑模控制仿真与实验研究

针对直驱泵控电液位置伺服系统采用普通滑模控制存在高频抖振现象以及跟踪控制性能欠佳的问题,在普通滑模控制的基础上引入模糊控制量来柔化控制信号,从而削弱滑模切换时产生的剧烈抖振,提高电液位置伺服系统控制精度和稳定性。设计了比例切换模糊滑模控制器,实现了利用模糊控制输出项柔化滑模切换控制。采用滑模控制和模糊滑模控制对单位阶跃响应和余弦跟踪特性进行了仿真与实验研究。结果表明:模糊滑模控制能显著提高直驱泵控系统的动态响应速度和稳态控制精度,增强系统的鲁棒性,削弱普通滑模控制存在的高频抖振现象。

直驱泵控电液位置伺服系统模糊PID控制仿真与实验研究

直驱泵控系统由于控制精度高、响应快、功率损失小、结构紧凑等优点,逐渐被应用到工业控制领域。但直驱泵控系统存在严重饱和与死区、非线性、时变性、时滞性的特点。我们采用模糊PID控制方法进行直驱泵控系统的液压缸位置伺服控制。在AMESim/Simulink联合仿真平台上建立了系统模型与模糊PID控制算法,采用PID和模糊PID控制算法对系统阶跃响应和正弦跟踪性能进行了仿真研究,同时在自行开发的电液比例伺服控制实验台上对PID和模糊PID控制性能进行了实验研究。结果表明:自适应模糊PID控制能大大改善了PID控制的性能,具有响应速度快、上升时间短、无滞与超调小的特点。

直驱泵控伺服液压机节能分析及试验研究

直驱泵控伺服液压机采用定量泵和交流永磁同步电机作为动力单元,该伺服液压系统依靠改变电机转速实现系统流量调节,从而实现对液压系统的控制。与传统的阀控系统相比,具有体积小、高效节能、可靠性高等特点,是目前电液驱动技术发展的一个新方向。以拉深工艺为例,分析系统的节能原理,进行了普通液压机和伺服液压机能耗对比的试验研究。分析泵控伺服液压机的主要节能环节:容积调速、待机停止。通过样机试验可得:直驱泵控伺服液压机比普通多功能拉深液压机节约了20%以上的能量。

基于伺服直驱泵控系统的磁压机及节能分析与研究

介绍了稀土永磁液压机的基本结构及压制工艺流程,分析了能耗产生的原因,设计了一种适合伺服直驱泵控的磁压机的系统。实验测试与实际使用表明,该系统的能耗大幅降低,完全满足产品工艺要求,目前已对400多台液压机进行了节能改造,取得了良好的经济效益。

基于仿真的伺服直驱泵控注塑机系统参数匹配研究

伺服直驱泵控系统的参数匹配对节能注塑机的整体性能有显著影响。介绍了一种基于仿真的参数匹配方法。首先采用AMESim软件对伺服直驱泵控系统进行建模仿真,然后基于正交试验技术对选取的系统参数进行优化选型,得到了一组最优控制参数组合方案,并完成了相关的实验对比验证。结果表明,基于仿真的伺服直驱泵控系统的参数匹配方法思路合理,实际可行,能得到准确度较高的系统参数寻优结果。

直驱容积控制电液伺服系统模型与动态特性

为了研究直接驱动容积控制电液伺服系统动态响应特性不高的原因,分别建立直驱容控电液驱动系统的电机控制、液压动力机构和液压执行机构等子系统的力学模型,并建立直驱容控电液伺服作动器的数学模型.利用MATLAB软件对系统主要部件进行数值仿真分析.结果表明,系统动态特性不高的根本原因是泵控动力机构的动态特性不高.对系统各组成部件的动态特性进行了分析,并提出改进系统性能的措施与策略.

直驱泵控电液伺服泄露补偿保压方法研究

为解决传统阀控或变量泵保压系统在工程应用中因温升高、结构复杂而带来的对油液污染敏感、保压精度差、效率低等问题,在分析永磁同步交流伺服电机调速性能和效率的基础上,结合齿轮泵结构简单、可靠性高的特点,提出了一种直驱泵控电液伺服泄漏补偿保压方法。系统保压时,根据流量连续性方程,使齿轮泵输出流量仅补偿回转液压缸泄漏量。该系统较传统保压系统结构简单、可靠性高且实现了节能。通过齿轮泵实际流量实验以及回转液压缸泄漏实验得到齿轮泵转速和系统保压压力之间的数学关系,建立系统保压数学模型,通过系统阶跃响应实验分析了该系统的动态性能。实验结果表明,该系统的输出能很好地跟随输入,满足系统保压性能要求。

直驱式容积控制电液伺服系统及其发展现状

常规液压机存在能源利用率不高、系统复杂、可靠性差等问题。为了解决上述问题,先后出现了泵排量控制系统和泵转速控制系统(直驱式容积控制电液伺服系统)。介绍直驱式容积控制电液伺服系统的组成、原理、特点、动态性能和控制方法,对直驱式容积控制电液伺服系统国内外研究和应用现状进行综述,并讨论这种系统的发展趋势。

模糊PID控制器在直驱式电液伺服系统中的应用

阐述直驱式电液伺服系统的原理、组成和特点。将由吸排阀和锁阀组成的集成阀块与液压泵放入压力油罐组成直驱式油源,并对直驱式系统的动态特性进行理论分析。为改善其动态性能,设计模糊PID控制器,并进行试验研究。结果表明设计装置运行平稳可靠,控制器的控制效果良好,系统对外界干扰及负载变化有较强的鲁棒性。