变频控制恒功率液压源系统的研究

　　0 引言

　　恒功率液压源系统是一种节能液压源，传统的恒功率液压源系统是通过对变量泵的恒功率调节，使泵的输出功率恒定，调节过程依靠控制油和复杂的变量机构来实现，调节精度和反应速度受到变量调节机构性能的影响。 变频调速技术作为一种新兴的节能技术，越来越多地应用到液压系统中。 本文将变频调速技术与传统恒功率调节方式相结合，构成一种高效、高精度的恒功率液压源系统，利用电机、变频器和定量泵实现液压源系统的恒功率调节功能。

　　1 恒功率液压源系统的变频控制

　　1.1 传统恒功率液压源系统的控制原理

　　传统恒功率液压源系统是采用恒功率变量泵实现系统的恒功率控制，它是根据负载压力的变化及反馈自动调整液压泵的输出流量, 并在调节过程中使泵的输出功率基本保持不变，实现液压泵和负载之间的功率适应和功率匹配, 减少液压系统的能耗,达到节能的目的。 传统恒功率液压源系统的控制原理如图 1 所示。

　　恒功率液压源系统属闭环控制，在工作过程中以负载压力作为反馈信号，通过负载压力的适时反馈和液压泵变量调节机构的动作，控制、调节泵的输出流量，使泵的输出功率基本不变。 恒功率变量泵的恒功率值是以泵的最大流量 q0和开始变量时的工作压力 p₀的乘积来表示。恒功率变量泵的输出功率

　　N=p₀q₀≈const 　　（1）

　　恒功率变量泵是在泵的变量调节机构中设置调节功率弹簧和变量弹簧，通过调节功率弹簧的设定值来设定泵的恒功率值。 控制系统的输入指令信号为调节功率弹簧的弹簧预压缩量，反馈信号为泵的工作压力，控制系统的输出量为泵的流量，控制结果是实现泵的恒功率特性。 由于采用弹簧作为力平衡元件，因此，恒功率特性曲线由折线构成，近似于双曲线，恒功率变量泵流量－压力特性曲线如图 2所示。

　　1.2 变频控制恒功率液压源系统

　　（1）变频控制恒功率液压源系统的控制原理

　　变频控制恒功率液压源系统是在定量泵液压系统和控制系统中加入流量传感器、 压力传感器、PLC 控制器、变频器等传感元件和控制元件，用变频器和定量泵来代替变量泵，变频控制恒功率液压源系统的控制原理如图 3 所示。

　　液压源的电控系统由 PLC 控制器、 压力传感器、流量传感器和变频器组成。 在 PLC 控制器中根据负载功率设定泵的恒功率值。 系统的反馈信号是泵的输出压力和输出流量。 压力传感器与流量传感器适时采集定量泵的输出压力与输出流量信号，并反馈输入到 PLC 控制器， 在 PLC 控制器中经运算后与设定的恒功率值进行比较，根据比较结果调节变频器的频率和电机的转速， 从而调节定量泵的输出流量。 传感器再次采集泵调节后的输出信号并反馈到PLC 控制器，再次与设定值进行比较，如此循环，直至反馈功率值与设定功率值相等，调节过程结束。