基于ARM控制的变频调速恒压源液压系统的研究

　　恒压源液压系统是一种节能的压力调节系统。传统的恒压源液压系统是通过恒压变量泵负载流量的调节来控制系统的压力,使系统压力近似恒定。传统恒压源液 压系统的调节精度和反应速度受到恒压变量泵变量调节机构性能的影响。作者结合变频调速技术和恒压变量泵的调节原理,构建一种新型的恒压源液压系统,实现液 压动力源的恒压输出和系统节能。

　　1　恒压源液压系统的变频控制

　　1·1　传统恒压源液压系统控制原理

　　传统恒压源液压系统控制原理图如图1所示。

　　传统恒压源液压系统的恒压控制是通过恒压变量泵来实现。由于液压系统的负载具有阻尼特性,恒压变量泵通过负载压力的变化及反馈自动调节负载流量,通过对负 载流量的调节来控制系统的压力恒定。如果系统的压力过高,则泵的流量减小,由于是阻尼负载泵的输出压力随其流量的下降而下降,回到调定值,使泵的工作压力 基本不变。同理,如果系统压力过低,则泵的流量增大,泵的输出压力随其流量的升高而升高。恒压变量泵的流量—压力特性曲线如图2所示。由于恒压变量泵变量 机构采用弹簧作为力平衡元件,因附加弹簧力的影响,使泵的特性存在恒压偏差。

　　1·2　恒压源液压系统的变频控制

　　1·2·1　恒压源液压系统变频控制原理

　　变频控制的恒压源液压系统是在传统恒压源液压系统控制原理的基础上结合变频调速技术形成的一种电控式恒压调节系统。它摆脱了传统恒压源液压系统采用的液压 力—弹簧力平衡调节的控制方式,改用反馈数字量与设定值相比较的调节方式,根据负载变化调节电机转速。系统中加入压力传感器、ARM单片机、变频器等传感 元件和控制元件,用变频器和定量泵来实现变量泵功能,其控制原理如图3所示。

　　1·2·2　恒压源液压系统变频调速调节过程

　　变频控制功率适应性液压系统属闭环系统。采用ARM单片机与变频器调节电机的转速使定量泵的输出流量发生改变,由于负载的阻尼作用,进而改变了泵的输出压 力。系统工作时,根据负载的压力要求,调节ARM程序中的设定值。当负载压力增大,泵的输出压力p随之增大,压力传感器采集变化后的泵的输出压力信号,并 将采集的信号输入到ARM中,信号在ARM中经A/D转换后与设定压力值p0进行比较、运算,运算结果经D/A芯片(AD5320)转换为模拟量信号,该 模拟量信号作为变频器的控制信号调节变频器的频率设定值,使电机转速减小,定量泵的输出流量减小。由于负载的阻尼特性,泵的输出压力随着其输出流量的下降 而下降,压力传感器再次对变化后的压力信号进行采集、反馈, ARM再次对反馈信号进行比较、运算,并通过变频器对电机转速进行调节,直到反馈的泵的输出压力信号值与设定值相等,即p0=p,调节过程结束。同理,若 负载压力减小,通过上述调节过程增大电机的转速,使泵的输出流量增大,泵的输出压力随之增大,最终使泵的输出压力值与设定值相等。