大惯量矢量变频液压复合调速系统仿真研究

　　0　引言

　　变频液压调速系统是一种从动力源头考虑功率匹配的全局型的新型节能动力系统,是解决传统液压动力设备尤其是大功率大惯量液压动力设备效率低、系统复杂等缺点的一条行之有效的途径[1-4],属于变转速调速即利用变频电机调节定量泵的工作转速从而控制系统的流量。常规的V/F控制的变频电机转速常因负载的变化而调速精度不高。由于液压泵都有一稳定转速,当低于其最低稳定转速时,会引起流量和压力脉动,影响速度稳定性;对于变频电机,低频导致转矩不足和转速波动,以上因素影响变频液压调速的低速稳定性[1,3-4]。作者选择带矢量控制的变频器进行变频液压调速,较大程度地提高变频电机转速轴的速度刚度,有利于提高调速精度;在低速阶段采用比例调速阀进行旁路节流调速,以提高低速阶段的系统响应速度和稳定性,由此形成了大惯量矢量变频液压复合调速系统。

　　1　矢量液压变频复合调速系统模型

　　如图1所示,系统主要由驱动系统、液压容积节流调速系统和加载系统组成。驱动系统由变频器和电机组成;液压容积节流调速系统主要包括定量泵6和定量马达11组成的闭式容积调速回路,以及由比例调速阀7组成的旁路节流调速回路;由加载泵13实现对系统加载,负载大小由比例溢流阀14控制。补油泵8、16分别给调速系统和加载系统供油[5-6]。uc控制变频器输出频率,进而控制电机及主泵转速,调节其输出流量,从而控制马达11的转速,实现变频液压调速;u1调节比例调速阀放大器输出电流大小,改变比例调速阀开口,从而控制旁路泄漏流量。u2调节比例溢流阀放大器输出电流大小,控制比例溢流阀压力,以达到调节负载的目的。为提高系统的低速稳定性,在主泵的出口处并联了一个比例调速阀7,当主泵在其最低稳定转速下工作时,通过调节旁路的泄漏量,以控制马达的速度。当阀芯完全关闭且马达转速达到相应转速后,切换至变频液压调速,从而实现矢量变频液压容积调速和旁路节流调速相结合复合调速系统。

　　2　系统数学模型

　　将此复合调速系统分为变频器-电机环节,旁路节流环节,加载环节和泵控马达环节。

　　2·1　变频器-电机环节

　　矢量控制变频电机其实质是将交流电机等效为直流电机,分别对速度、磁场两个分量进行独立控制,电机环节机械特性较硬,转速几乎不随负载变化而变化。

　　忽略变频器的动态响应过程,将变频器简单地看成比例环节,即

　　式中: uc为变频调速的调节电压; Kf为变频器的频率增益; f为输出频率。

　　变频电机的极数p=2,故变频器的角速度给定值ω0可写为