变频液压乘人装置中负载压力前馈补偿的研究

　　斜井变频液压架空乘人装置是在一根循环运行的钢丝绳上，按一定的间距悬挂吊椅，供煤矿井下工作人员坐在吊椅上上下班使用。该装置采用的是变频泵控马达调速系统，其负载刚度小，除了受液压泵驱动电机的转差影响外，受泵和马达的容积泄漏影响也很大，正如文献 ［1］ 所指出的那样，当压力从无负载到定负载时，开环泵控马达系统流量变化大约为8% ～ 12% ，其中 40% 左右是由液压泵驱动电机的转差造成的，其余是由液压泄漏造成的。由于该装置的负载变化范围很大 ( 4 239 ～17 210 N·m) ，如果不加以补偿，小负载时的实际速度比大负载时的实际速度大得多，从而影响速度的稳定一致性，降低了运行效率和乘坐舒适度。作者采用负载压力前馈补偿法对变频泵控马达调速系统进行了补偿，效果较好。

　　1 速度控制系统的负载特性

　　在变频泵控马达液压调速回路图 1 中，假设液压泵与液压马达间的油管很短，忽略油管和溢流阀的泄漏量和电动机的机械特性，可推导出回路的负载特性如下式［2］:

式中: n_m为马达转速，D_p为泵的排量，D_m为马达的排量，k_nc为电机转速和变频器的控制电压的静态转换系数，u_c为变频器的控制电压，Δu_c为变频器的调节死区电压，C∑为回路的总泄漏系数，Tm为负载转矩。

　　由式 ( 1) 知，负载转矩 Tm速降低，而且负载转矩越大，使马达转速降低越大。实际上油温和油液特性的变化会影响泄漏量的大小，从而会影响马达转速稳态值的变化。对于有较高调速精度的该系统而言，必须对马达的速度降落特性进行补偿。

　　2 负载压力前馈补偿法理论分析

　　变频泵控马达调速系统的负载压力前馈补偿控制方案框图如图 2 所示，图中 k_cL是补偿系数。由于该系统采用的变频器是矢量控制，液压回路是闭式回路，且有补油装置，液压油热量能及时得到散发，故可忽略电动机的速度降落和油温变化的影响，于是可得补偿系数［3］

式中: C_lp和 C_lm分别是液压泵和液压马达的泄漏量，μ_T0是温度系数。以上所确定的补偿系数只是理论补偿系数，实际上由于马达和泵的泄漏系数都随负载的变化而变化，故补偿系数也随负载工况变化。由于该泵控马达系统采用的是闭式回路，且有补油装置，液压油热量能及时得到散发，故可忽略温度变化的影响，此时取 T = T₀。那么只要检测负载压力或者说系统压力，就可以利用软件近似地计算出负载补偿系数，给出变频器的补偿电压，消除或减小负载对控制速度的影响，提高系统的速度刚度。