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  • 泵控馬達復合調速系統的仿真實驗探究
  • 發表日期：[2012-03-07] 來源企業：東北制造網

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    　　1仿真系統構成
    　　整個系統分為主回路部分和控制部分。主回路部分采用典型的泵控馬達變轉速節流復合調速系統，控制部分采用閉環控制結構，具備較強的抗干擾能力。系統工作時，利用控制器操縱復合調速系統，使系統的被控制量等于給定值或給定信號變化規律去變化。
    　　1.1實驗系統
    　　泵控馬達變轉速節流復合調速實驗系統是由變頻器、電機、泵、流量控制閥和馬達組合而成的一種液壓系統。在AMEsim環境中，可以在Sketch模式下調用系統提供的液壓（淺談液壓離合器）庫、信號庫、機械庫建立系統原理圖，然后編譯進入Parameter模式下對仿真模型中的每個元件模塊設置與實驗臺一致的參數值。其中，液壓主回路部分主要包括主泵、比例方向閥、比例溢流閥和馬達；加載回路由加載泵和比例溢流閥實現；主回路中的馬達通過聯軸器同加載泵相連。變頻器采用VVVF控制方式，即變頻器的輸入電壓范圍0V10V，相應的變頻器輸出到定子側的電流頻率為0Hz50Hz.
    　　1.2系統控制方案
    　　1.2.1聯合仿真模型
    　　本系統有兩個被控對象，即變頻器和比例方向閥。控制器的輸入信號為實際速度V1和目標速度V2，輸出信號為變頻器控制電壓信號U1和比例方向閥控制電壓信號U2，構成一個兩進兩出系統，以達到復合控制的目的。
    　　AMESim與Simulink的聯合仿真是通過AMESim中的界面菜單下創建輸出圖標功能與Simulink中的S函數實現連接的，首先在AMESim中建立Hydrauliccomplexcontroller控制器接口圖標，經過系統編譯、參數設置后自動打開Simulink環境，將建好的AMESim模塊當作一個普通的S函數添加到整個系統的Simulink模型中，仿真生成的數據返回到AMESim當中，從而可以在兩個環境中獲得相同的結果。這一整個過程實現了AMESim與Simulink的聯合建模與仿真。
    　　1.2.2復合控制器
    　　在生產中液壓馬達的速度控制有著最廣泛的運用，根據節流調速和變轉速調速的不同特點，對于泵控馬達變轉速節流復合調速系統提出如下控制策略。
    　　V1<V2系統需要加速，變頻器驅動電機轉速增加，電液比例方向閥保持最大開口；V1>V2系統需要減速，變頻器驅動電機轉速下降，電液比例方向閥開度減小，進行節流；V1=V2系統處于穩態，變頻器驅動電機轉速保持不變，電液比例方向閥用于精度控制。
    　　V2很小時處于低速時，變頻器驅動電機轉速維持穩定流量輸出的最低轉速，電液比例方向閥用于精度控制。
    　　因為泵控具有調速效率高，馬達需要加大供液量時只要通過增大泵的排量即可較好地實現；而閥控的精準度和動態特性好，在速度達到基本穩定時，調節比例方向閥可以達到準確的調速。由于電機制動速度慢導致單獨依靠泵控不能實現快速減速，所以必須輔以閥控來實現。
    　　2仿真與分析
    　　仿真時，先設定有關元件的參數，如主泵的公稱排量為63ml/r，額定轉速為1500r/min等；溢流閥的壓力10MPa，PID參數經調試確定為0.1、10、0.01.然后進行方波信號下速度快速上升下降時的仿真分析和速度跟蹤及帶負載能力的仿真分析。
    　　方波信號響應仿真中，分析在速度快速上升及下降時變轉速節流復合調速的控制特性。本文設定控制器輸入信號為方波信號，加速時給定馬達目標轉速nm為100r/min階躍到200r/min；減速時，給定馬達目標轉速nm為200r/min突變到100r/min.曲線1為變轉速開環控制下的實際速度，曲線3為變轉速節流復合調速在復合控制器控制下的實際速度，曲線4為變轉速閉環控制下的實際速度。由仿真結果可知，閉環控制無超調，無穩態誤差，控制效果明顯優于開環控制，而復合調速的快速性要優于單一變轉速調速。
    　　速度跟蹤和帶負載能力仿真中，在馬達工作的不同階段加上負載擾動，曲線2為變轉速節流復合調速在復合控制器控制下的實際速度，仿真初始時存在小幅震蕩，之后響應比較快，有一定超調量，穩定后跟蹤性較好；速度上升階段，當在1.0s時系統受到一定負載擾動時，速度下滑，但系統波動較小，動態響應較快，穩定時間小于0.1s；速度保持階段，在2.0s處受一負載擾動，速度下滑后迅速恢復，在3.0s時負載突然變小，速度提升后迅速返回跟蹤；速度下降階段，在4.0s時負載再次變小，速度提升后依然迅速返回跟蹤，因此復合系統受負載影響較小。在相同負載擾動下曲線3和曲線4分別是變轉速調速閉環控制和開環控制下的實際速度，。無論是閉環還是開環控制，通過仿真曲線比較可知，復合控制具有更良好的負載適應能力和控制特性。
    　　3結束語
    　　本文利用系統工程仿真平臺AMESim搭建了一套泵控馬達變轉速節流復合調速系統，通過AMESim與MATLAB/Simulink聯合建模與仿真對系統的控制部分進行了研究。仿真結果與傳統控制結構和方法對比，體現了泵控馬達變轉速節流復合調速系統的優越性，而新的控制結構和方法更進一步提高了復合調速系統的控制特性，這為下一步優化泵控馬達變轉速節流復合調速系統的控制結構及智能控制算法的研究奠定了基礎，同時對擴展其工程應用領域有一定的指導意義。
    　
    　
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