基于AMESim的泵控马达变转速系统仿真分析

　　0　引言

　　变量泵控马达的容积调速回路常用于大功率液压系统中,在工程领域也有较广泛的应用,如采煤机、液压提升机等。但是这种泵控马达容积调速方式存在系统复杂、自动化程度低、对油液要求较高等缺点,其控制精度、工作效率没有得到很大的提高。交流变频电机与定量泵构成的电液控制系统不仅同样可以避免节流和溢流损耗,而且在轻载时还可提高异步电动机的运行效率和功率因数,泵控马达变转速调速系统在不同的控制参量时具有不同的性能特点和控制方法[1-2],本文主要是通过在AMESim中建立系统的仿真模型,分析马达的转速特性,并通过PID控制,改善系统的性能。

　　1　泵控马达变转速系统的原理

　　泵控马达变转速系统的原理图如图1所示,系统主要有由变频器、变频调速三相异步电机、变量泵、溢流阀、比例方向阀、比例溢流阀、马达和加载泵组成。

　　改变变频器1接收的控制信号,可以改变变频器供给异步电机2的电压,从而调节电机的转速,电机带动主液压泵3旋转使其输出一定流量的压力油,压力油经单向阀4、截止阀5和比例方向阀7驱动双向定量马达8做回转运动,通过改变主泵的转速和方向来控制马达8的转速和旋转方向,马达出油口的低压油经比例方向阀再流回油箱。马达输出轴用联轴节同转子轴相连,在转子轴上装有惯性轮9和转矩转速传感器10,转子轴的另一端用联轴节同加载泵11的输出轴相连,所以马达8的回转又带动加载泵11回转。电机15带动泵14旋转,泵14起到补油作用,以免加载泵11吸空,引起系统振荡。调节比例溢流阀16可以改变加载的大小,单向阀13的开启压力较大,保证低压管道有一个恒定的压力值,以防止出现气穴现象和空气渗入系统。

　　2　系统仿真模型的建立

　　2. 1　变频器及电机仿真模型的建立

　　变频器接受控制器的转速指令信号,输出模拟正弦波,从而改变输出到电机定子侧的电压U1和电流频率f1。变频器的控制电压uc到主泵转速的转换过程如图2所示,输入到变频器的控制电压uc的范围是0~10 V,电流频率的变化范围是0~50 Hz,变频电机和主泵转速的调节范围是0~1500 r/min。

　　uc与f1的关系可表示为:

　　f₁=Kuuc 　　(1)

　　异步电机的电磁转矩公式:

　　电机轴的转矩平衡公式:

　　电机负载转矩公式:

　　式中Ku为变频器的增益系数;mp为电机的磁极对数;R′2是电机折合到定子侧转子每相电阻;U1是异步电机的相电压;Kf是频率电压转换系数;np是电机的实际转速;Dp是泵的排量;Pp是泵的出口压力;ηpm是泵的机械效率;K1、K2、K3、K4、K5均为系数。根据以上3个公式,在AMEsim里建立变频器及电机的仿真模型,如图3所示。