浅识阀泵并联控制

电液系统分析与设计1浅识阀-泵联合控制李丹丹机械工程TS14050112液压伺服控制系统一般有两种控制方式:泵控和阀控。泵控,又称为容积控制,用伺服变量泵给执行机构供油,通过改变泵的排量从而改变进入执行机构的流量,调节输出速度。这种方式效率高,但是动态响应差。阀控,又称为节流控制,通过伺服阀控制进入执行机构的流量,改变执行机构速度。这种方式效率低,但是动态性能好。为了实现系统的动态性能好,又能满足系统高效率的要求。将两种调速方式结合起来,实现联合控制,是满足要求的一个重要研究方向。根据阀控与泵控联合工作形式，阀-泵联合控制系统分为串联型和并联型。阀-泵串联控制系统：阀-泵串联控制是在液压泵和执行器之间，串联一个伺服阀或比例方向阀以控制流入执行器的流量，同时该阀也可作执行器换向用，进一步提高了系统的响应速度。工作原理：为提高变转速容积调速系统的响应速度，在主回路中串联比例方向阀，实现了变转速泵-阀串联控制，如图1所示。该系统的工作原理如下：在低速时，电机维持在最低转速，以获得稳定流量，由比例方向阀调节负载速度；加速时，阀口开到最大，电机加速，以增大泵的输出流量实现负载加速；稳态时，电机维持一定转速，通过阀控制系统速度；减速时，降低电机转速，同时减小阀的开口，以加快响应速度。该系统可以提高系统的低速性能和减速时的快速性，但是仍未解决加速时系统响应慢的问题，且又带来了节流及溢流的损失。图1变转速泵-阀串联控制阀-泵串联方案有如下特点：（1）在控制过程中，泵与阀输出的流量可同时调节，也可单独调节；（2）改善了以往节流调速中泵的压力及流量恒定且远大于需求的状况，使泵的压力及流量与负载相适应，减少或消除了恒压油源的溢流损失，并减少节流损失以及系统的泄漏损失，因此系统传动效率比阀控系统高，但比泵控系统低；（3）为使系统具有较快的响应能力，泵必须有一定的流量储备，并保证阀前有足够的压力，避免“供不应求”现象；（4）因阀串联在主路，而阀的通过流量有限，限制了主路的最大流量，因此阀-泵串联系统只适用于中小功率系统，而不适合大功率系统。电液系统分析与设计2阀-泵并联控制系统：阀-泵并联控制系统,是将电液伺服阀的输出流量和变量泵的输出流量联合起来对执行机构进行控制。在动态调节工程中,主要由电液伺服阀控制输出流量,保证动态调节达到要求,然后变量泵根据系统需要提供流量,保证了较高传动效率。工作原理：阀-泵并联控制原理图如图2所示。图2阀泵并联系统结构简图伺服阀可以由变量泵的输出流量作为油源,当然要求变量泵流量不能归零,还可以用外接辅助泵的输出流量作为其供油油源,要求辅助泵压力可调。控制器设定了液压缸位移及泵斜盘转角的调定值。当动态过程中,伺服阀控制进入液压缸流量,位移传感器检测活塞杆位移,然后检测后的位移量进入控制器,与设定值进行比较。所得到的偏差经过放大器放大,得到一个电流信号,这个信号控制伺服阀开口大小,从而调整进入液压缸流量。变量泵的斜盘位置也会通过位移传感器与控制器中设定值比较,液压缸位移误差,与泵斜盘倾角误差同时经过放大器放大,控制泵的流量。两个溢流阀起到过载保护的作用。为使大功率液压调速系统在承受负载阶跃扰动时，既能保持较高的效率，又能实现快速调节，Sato等提出了节流式阀控液压马达调速方案（如图3所示），西安交通大学的王孙安分析了该系统的控制特性，并将之应用于大功率飞机发动机地面模拟系统。该系统具有如下特点：伺服阀装在旁路上，且频响远高于泵，所以可以通过阀控泄漏量实现快速调节；旁路功耗较小，因此系统效率仅低于泵控系统；旁路泄漏增加了系统的阻尼，提高了系统的稳定性；阀处于泄漏状态，系统的速度刚度较差。图3节流式并联阀控液压马达调速系统电液系统分析与设计3针对该系统的速度刚度较差的问题，西安交通大学的盛万兴提出了补偿式阀控液压马达调速方案。如图4所示，旁路伺服阀有自己独立的供油系统，总是工作于向系统补油状态，从而能使系统能获得较好的刚度；同时伺服阀阀口压差不仅决定于系统压力，还受补油压力的影响，因此提高补油压力，可以提高系统的响应速度。图4补油式并联阀控液压马达调速系统在上述阀控方案的整个调速阶段，泵始终处于定排量状态，为液压马达的稳态工作提供全部或大部分流量，而伺服阀仅工作于小流量状态，保持了系统的高效率。当马达调速在受到负载阶跃扰动时，单独依靠阀控支路实现转速的快速调节，因此上述阀控系统属于恒值调速系统，但转速调节范围不可过大，否则造成阀节流损失过大，无法保持系统的高效率。为解决变频液压调速系统的低速稳定性问题，丁海港等研发了变转速泵-旁路阀并联调速方案。如图5所示，变频电机驱动定量泵，比例调速阀并联在泵出口，进入马达的流量为泵流量减去调速阀的泄漏量。在低速段，变频电机在低频工作，泵转速稳定在其最低稳定转速以上，采用旁路比例节流调速，调速阀的阀口由大变小，使马达转速由小增大；在高速段，调速阀关闭，采用变转速泵调速，通过改变电机转速，调节泵的流量，控制马达转速。该方案拓展变转速液压调速系统在低速阶段的应用范围。图5变转速泵-旁路阀并联调速系统电液系统分析与设计4参考文献[1]丁海港，赵继云，李广洲.阀泵联合大功率液压调速方案分析.煤炭学报,2013,38(9):1703-1709.[2]翁振涛，凌俊杰，方曙光.变频与电液比例技术复合调速系统和方法[P].中国发明专利,CN1332397A,2002.[3]ManasekR.Simulationofaneletcro-hydraulicload-sensingsystemwithACmotorandfrequencychanger.Proc.of1stFPNI-PhDSymposium,Slovakia,pp.311-324,2000.[4]刘佳东，彭天好，朱刘英.泵控马达复合调速系统控制[J].流体传动与控制,2010(4):16-19.[5]纪友哲，祁晓野，裘丽华.泵阀联合EHA效率设计仿真分析[J].北京航空航天大学学报,2008,34(7):786-789.[6]王孙安，林延圻，史维祥.大功率液压马达速度伺服系统的控制方法研究[J].西安交通大学学报,1991,25(4):100-108.[7]盛万兴，王孙安，林延圻.并联阀控液压马达调速系统管道效应的研究[J].机床与液压,1994(2):77-82.[8]王孙安，盛万兴，林廷圻.新型电液伺服飞机发动机模拟系统及其智能控制[J].航空学报,1995,16(1):109-112.[9]盛万兴，王孙安，林延圻.改善液压速度伺服系统性能的新方案[J].机床与液压,1993(2):69-72.[10]丁海港，赵继云，石峰.矢量变频液压容积节流调速系统研究[J].机械科学与技术,2009,28(9):1221-1224.[11]张鹏，罗璟，刘森，巴少男，张宗成，何敏.阀泵并联控制系统的研究[J].科学技术与工程,2010,24(8):1671-1815.[12]郎燕，李运华.电液复合调节作动器的建模与AMESim仿真[J].航空学报,2007,28(增):1692-1697.[13]祁晓野，付永领，王占林.功率电传机载作动系统方案分析[J].北京航空航天大学学报,1999,25(4):426-430.[14]付永领，张卫卫，纪友哲.电机泵阀协调控制作动系统的建模及仿真[J].机床与液压,2010,38(11):69-72.[15]刘佳东，彭天好，朱刘英.泵控马达复合调速系统控制[J].流体传动与控制,2010(4):16-19.