泵控马达复合调速系统控制

　　前 言

　　节能一直是液压动力传动中的主要研究方向之一[1]。为了使系统既节能，又能动态响应快，于是提出了在系统主回路中加装比例方向阀，实现变转速动力源和阀控相结合的复合调速方案[2]。泵控马达变转速节流复合调速系统是一个较为复杂的非线性时变系统, 所以要精确地建立其数学模型非常困难, 以往在 MATLAB 仿真中只能建立其近似数学模型。为了准确建模，可以利用 AMESim 软件作为一个完整的系统工程仿真平台, 同时 Simulink 能够在具备强大运算能力的 MATLAB 下建立系统框图和仿真环境，可以作为事实上的控制系统设计的标准平台[3,4]。在仿真实验中，利用点对点的 AMES－im2Simulink 接口提供了一个使用便捷和行之有效的工具，用于 AMESim 的被控对象模型和控制系统模型之间的耦合分析（如图 1）[5]。把两个优秀的专业仿真工具联合起来使用就能既发挥 AMESim 突出的流体机械的仿真效能，又能借助 MATLAB/Simulink 强大的数值处理能力。

　　1 仿真系统构成

　　整个系统分为主回路部分和控制部分（如图2）。主回路部分采用典型的泵控马达变转速节流复合调速系统，控制部分采用闭环控制结构，具备较强的干扰能力。系统工作时，利用控制器操纵复合调速系统，使系统的被控制量等于给定值或给定信号变化规律去变化。

　　1.1 实验系统

　　泵控马达变转速节流复合调速实验系统是由变频器、电机、泵、流量控制阀和马达组合而成的一种液压系统。在 AMEsim 环境中，可以在 Sketch 模式下调用系统提供的液压库、信号库、机械库建立系统原理图，然后编译进入 Parameter 模式下对仿真模型中的每个元件模块设置与实验台一致的参数值，如图 3 所示。其中，液压主回路部分主要包括主泵、比例方向阀、比例溢流阀和马达；加载回路由加载泵和比例溢流阀实现；主回路中的马达通过联轴器同加载泵相连。变频器采用 VVVF 控制方式，即变频器的输入电压范围 0 V～10 V，相应的变频器输出到定子侧的电流频率为 0 Hz～50 Hz。依据[1]，异步电机的电磁转矩公式：

　　电机轴的力矩平衡公式 ：

　　负载转矩公式：

　　在 AMEsim 里面建立变频器及电机的仿真模型。

　　1.2 系统控制方案

　　1.2.1 联合仿真模型

　　本系统有两个被控对象，即变频器和比例方向阀。控制器的输入信号为实际速度 V1和目标速度V2，输出信号为变频器控制电压信号 U1和比例方向阀控制电压信号 U2，构成一个两进两出系统，以达到复合控制的目的。