基于AMESim的矢量控制变频液压绞车系统仿真

　　液压绞车由于具有优越的防爆性、良好的容积调速、恒定的扭矩输出、体积小结构紧凑及操作简单等优点,在煤矿井下斜井提升中得到广泛应用,在金属矿山及其它工程领域作为非防爆提升设备也得到一定程度的推广。但是,该绞车因为采用变量泵控马达闭式液压系统带来许多运行和控制方面的问题,如控制依赖于人工手动操作,自动化水平低,速度及加减速度控制难度大,平层精度差,液压驱动回路与安全制动回路的动作协同性差,液压二级制动特性不理想,系统效率很低,发热量大,严重影响系统安全^[1]。

　　近年来随着变频技术的发展,变频液压技术已开始应用于液压容积调速系统^{[2, 3]}。变频液压调速是利用变频电机调节定量泵的工作转速从而调节定量泵的输出流量,电机始终处在高效率的工作状态,节能效果好,调速系统具有更好的控制性能,降低了变量泵的成本,提高了系统的可靠性。特别是矢量控制这一新型变频技术出现,将电动机定子电流含有的励磁和转矩两个矢量分离,分别进行控制,具有很好的力矩特性,调速性能完全可以和直流调速媲美。但是,其低速性能还受到定量泵的低速稳定性的制约,限制了这类系统在低速、大惯量负载系统中的应用。

　　本文把节流调速和液压变频技术有机结合起来,将其应用于具有低速大惯量负载的液压绞车驱动系统,利用AMESim软件,建立了矢量控制的变频液压绞车仿真模型,并对该系统进行了性能仿真。

　　1 矢量控制变频液压绞车系统模型

　　矢量控制变频液压绞车系统模型如图1所示,该系统主要由驱动部分、液压容积节流调速系统和绞车滚筒加载系统3大部分组成。驱动部分由变频器和变频电机组成,该部分有3个输入信号,即磁链设定信号、速度设定信号和开、闭环转换信号。液压容积节流调速系统主要包括定量泵和定量马达组成的闭式回路及由比例节流阀组成的旁路节流调速回路。定量泵由变频电机驱动,实现容积节流复合调速。加载部分是绞车,由滚筒,提升钢丝绳和提升载荷组成^[4~6]。

　　2 矢量控制液压绞车仿真模型建立

　　2.1 异步电动机矢量控制仿真模型

　　根据异步电动机在两相静止坐标即M-T坐标系下的数学模型可得到矢量控制的基本方程式为^[7,8]：

　　式中:iM₁、i_T1分别为M、T轴转子电流;T₂为转子时间常数,T₂=L₂/R₂,L₂为转子自感,R₂为转子绕组电阻;P是微分算子,即P =d/d_t;L_m为定子和转子间的互感;W₂为转子磁链M轴上的分量;T_e、T_l分别为电磁转矩和负载转矩;N_P为极对数;X_r、X_s、X₁分别为电机转子角频率、电机转差角频率和同步角频率。