变量泵恒功率控制方法研究

　　1 引言

　　液压技术广泛应用于机床、工程机械、船舶等设备,而现代液压控制系统越来越趋向于高压大功率,因此要求更多的使用功率调节。液压系统恒功率控制是要求根据负载的变化情况调整其输出流量,使泵的输出功率接近于负载所需要的功率,实现动力源和负载之间的功率适应和功率匹配,使原动机工作在最佳工况下,从而减少原动机的能耗,达到节能之目的。目前,国内外出现的恒功率控制方案按提供的控制力可分为:液压力--弹簧力平衡方式;电磁力--弹簧力平衡方式。这两种方案均是基于阶梯变刚度弹簧力与控制力的平衡来实现变量机构的调节,其结果为以直代曲近似实现压力和流量之间的双曲线函数关系,因此很难保证系统工作在最佳工况下。本文提出一种包含压力反馈与位移反馈修正、输出功率可调、控制精度较高的恒功率控制系统的实现方法。

　　2 系统的构成及工作原理

　　1)系统的构成

　　根据恒功率特性的基本关系式:

　　式中:Ki为功率常数,i=1,2,3,,,。为了使液压系统中的压力与流量之间能自动调节形成恒功率特性,这就要求控制系统中反映系统压力参数大小的信号up与反映泵流量输出大小的信号u0应成反比函数关系,这可采用图1所示系统结构与控制原理来实现。该系统由压力反馈、比例放大器、滞回比较器、电子开关、可控硅整流源、二次液压回路和控制液压缸及位移反馈系统等组成。

　　2)工作原理及系统特性分析

　　对于图1所示控制系统,改变给定电压Ug就可以改变放大器的静态输出电压u0。输出电压u0的大小又正比于泵的流量输出,因此调节Ug即改变了泵的流量输出静态工作点。

　　图1中晶体管的/集-射极0之间等效为一个电阻,这个等效电阻的大小正比于负载压力产生的电压信号up,于是改变后的放大器,其输出电压u0不仅取决于给定电压Ug,而且还受控于液压系统压力产生的电压信号up。放大器的输出电压u0与油压产生的电压信号up形成反比关系。因此则有式(2)成立:

　　令-(R3.Ug)=Ki,R(up)=C0p,其中C0为阻/压转换系数。

　　而对于变量泵其流量输出为:

　　式中kq为泵的流量系数,A为泵斜盘倾角。

　　根据图1所示放大器的输出电压信号u0和位移反馈信号uL通过二次液压回路控制泵的变量机构以实现液压系统的流量调整,泵斜盘倾角可表示为:

　　式中C1为比例系数,sgn(u0,uL)为开关函数,其值决定控制液压缸的移动方向。

　　联立式(2)、(3)、(4)则有: