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  • 泵控馬達(dá)復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)探究
  • 發(fā)表日期：[2012-03-07] 來源企業(yè)：東北制造網(wǎng)

  • dbzz.net　
    　　1仿真系統(tǒng)構(gòu)成
    　　整個(gè)系統(tǒng)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(dá)變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)，控制部分采用閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，具備較強(qiáng)的抗干擾能力。系統(tǒng)工作時(shí)，利用控制器操縱復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)，使系統(tǒng)的被控制量等于給定值或給定信號變化規(guī)律去變化。
    　　1.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    　　泵控馬達(dá)變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由變頻器、電機(jī)、泵、流量控制閥和馬達(dá)組合而成的一種液壓系統(tǒng)。在AMEsim環(huán)境中，可以在Sketch模式下調(diào)用系統(tǒng)提供的液壓（淺談液壓離合器）庫、信號庫、機(jī)械庫建立系統(tǒng)原理圖，然后編譯進(jìn)入Parameter模式下對仿真模型中的每個(gè)元件模塊設(shè)置與實(shí)驗(yàn)臺(tái)一致的參數(shù)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(dá)；加載回路由加載泵和比例溢流閥實(shí)現(xiàn)；主回路中的馬達(dá)通過聯(lián)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(yīng)的變頻器輸出到定子側(cè)的電流頻率為0Hz50Hz.
    　　1.2系統(tǒng)控制方案
    　　1.2.1聯(lián)合仿真模型
    　　本系統(tǒng)有兩個(gè)被控對象，即變頻器和比例方向閥�？刂破鞯妮斎胄盘枮閷�(shí)際速度V1和目標(biāo)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(gòu)成一個(gè)兩進(jìn)兩出系統(tǒng)，以達(dá)到復(fù)合控制的目的。
    　　AMESim與Simulink的聯(lián)合仿真是通過AMESim中的界面菜單下創(chuàng)建輸出圖標(biāo)功能與Simulink中的S函數(shù)實(shí)現(xiàn)連接的，首先在AMESim中建立Hydrauliccomplexcontroller控制器接口圖標(biāo)，經(jīng)過系統(tǒng)編譯、參數(shù)設(shè)置后自動(dòng)打開Simulink環(huán)境，將建好的AMESim模塊當(dāng)作一個(gè)普通的S函數(shù)添加到整個(gè)系統(tǒng)的Simulink模型中，仿真生成的數(shù)據(jù)返回到AMESim當(dāng)中，從而可以在兩個(gè)環(huán)境中獲得相同的結(jié)果。這一整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了AMESim與Simulink的聯(lián)合建模與仿真。
    　　1.2.2復(fù)合控制器
    　　在生產(chǎn)中液壓馬達(dá)的速度控制有著最廣泛的運(yùn)用，根據(jù)節(jié)流調(diào)速和變轉(zhuǎn)速調(diào)速的不同特點(diǎn)，對于泵控馬達(dá)變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)提出如下控制策略。
    　　V1<V2系統(tǒng)需要加速，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，電液比例方向閥保持最大開口；V1>V2系統(tǒng)需要減速，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電液比例方向閥開度減小，進(jìn)行節(jié)流；V1=V2系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，電液比例方向閥用于精度控制。
    　　V2很小時(shí)處于低速時(shí)，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速維持穩(wěn)定流量輸出的最低轉(zhuǎn)速，電液比例方向閥用于精度控制。
    　　因?yàn)楸每鼐哂姓{(diào)速效率高，馬達(dá)需要加大供液量時(shí)只要通過增大泵的排量即可較好地實(shí)現(xiàn)；而閥控的精準(zhǔn)度和動(dòng)態(tài)特性好，在速度達(dá)到基本穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)比例方向閥可以達(dá)到準(zhǔn)確的調(diào)速。由于電機(jī)制動(dòng)速度慢導(dǎo)致單獨(dú)依靠泵控不能實(shí)現(xiàn)快速減速，所以必須輔以閥控來實(shí)現(xiàn)。
    　　2仿真與分析
    　　仿真時(shí)，先設(shè)定有關(guān)元件的參數(shù)，如主泵的公稱排量為63ml/r，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min等；溢流閥的壓力10MPa，PID參數(shù)經(jīng)調(diào)試確定為0.1、10、0.01.然后進(jìn)行方波信號下速度快速上升下降時(shí)的仿真分析和速度跟蹤及帶負(fù)載能力的仿真分析。
    　　方波信號響應(yīng)仿真中，分析在速度快速上升及下降時(shí)變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速的控制特性。本文設(shè)定控制器輸入信號為方波信號，加速時(shí)給定馬達(dá)目標(biāo)轉(zhuǎn)速nm為100r/min階躍到200r/min；減速時(shí)，給定馬達(dá)目標(biāo)轉(zhuǎn)速nm為200r/min突變到100r/min.曲線1為變轉(zhuǎn)速開環(huán)控制下的實(shí)際速度，曲線3為變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速在復(fù)合控制器控制下的實(shí)際速度，曲線4為變轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制下的實(shí)際速度。由仿真結(jié)果可知，閉環(huán)控制無超調(diào)，無穩(wěn)態(tài)誤差，控制效果明顯優(yōu)于開環(huán)控制，而復(fù)合調(diào)速的快速性要優(yōu)于單一變轉(zhuǎn)速調(diào)速。
    　　速度跟蹤和帶負(fù)載能力仿真中，在馬達(dá)工作的不同階段加上負(fù)載擾動(dòng)，曲線2為變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速在復(fù)合控制器控制下的實(shí)際速度，仿真初始時(shí)存在小幅震蕩，之后響應(yīng)比較快，有一定超調(diào)量，穩(wěn)定后跟蹤性較好；速度上升階段，當(dāng)在1.0s時(shí)系統(tǒng)受到一定負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，速度下滑，但系統(tǒng)波動(dòng)較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，穩(wěn)定時(shí)間小于0.1s；速度保持階段，在2.0s處受一負(fù)載擾動(dòng)，速度下滑后迅速恢復(fù)，在3.0s時(shí)負(fù)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(shí)負(fù)載再次變小，速度提升后依然迅速返回跟蹤，因此復(fù)合系統(tǒng)受負(fù)載影響較小。在相同負(fù)載擾動(dòng)下曲線3和曲線4分別是變轉(zhuǎn)速調(diào)速閉環(huán)控制和開環(huán)控制下的實(shí)際速度，。無論是閉環(huán)還是開環(huán)控制，通過仿真曲線比較可知，復(fù)合控制具有更良好的負(fù)載適應(yīng)能力和控制特性。
    　　3結(jié)束語
    　　本文利用系統(tǒng)工程仿真平臺(tái)AMESim搭建了一套泵控馬達(dá)變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)，通過AMESim與MATLAB/Simulink聯(lián)合建模與仿真對系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果與傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)和方法對比，體現(xiàn)了泵控馬達(dá)變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性，而新的控制結(jié)構(gòu)和方法更進(jìn)一步提高了復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)的控制特性，這為下一步優(yōu)化泵控馬達(dá)變轉(zhuǎn)速節(jié)流復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及智能控制算法的研究奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)對擴(kuò)展其工程應(yīng)用領(lǐng)域有一定的指導(dǎo)意義。
    　
    　
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