能量调节电液变转速驱动多PID复合控制策略研究

　　0 引言

　　电液变转速驱动是利用可变转速电动机来驱动定量泵的,通过改变电动机转速来调节泵的输出流量,以达到容积式控制的效果。近年来,电液变转速驱动的研究进展很快,并已逐步应用到液压电梯、注塑机、风机等领域^[1-9]。电液变转速驱动技术获得广泛应用的主要原因是节能效果显著,负载需求流量与液压泵输出流量之间具有很好的匹配性。但由于电动机及泵转动惯量大、电动机及变频器低速性能不佳等原因,电液变转速驱动存在着响应速度慢、低速性能差等缺点。其中,响应速度慢这一主要缺点,使得电液变转速驱动目前仅适用于对响应速度及控制精度要求不高的场合。在普通电液变转速驱动的基础上加上阀控,组成变转速-节流复合驱动,有利于提高控制精度和减速时的响应速度,但不能提高加速时的响应速度^[10-11]。

　　金波等^[11]提出的能量调节电液变转速驱动是解决响应慢这个问题的一种很好途径,通过在变转速-节流复合驱动系统中加装能量调节器来实现能量调节电液变转速驱动。但这也带来了控制上的难题,因为能量调节电液变转速驱动是多输入多输出系统,且具有强非线性及参数时变的特点。如何针对能量调节电液变转速驱动的特点,研究其控制方法,这关系到能量调节效果,也是这种驱动方式得到推广应用的关键。

　　本文首先简要分析了能量调节电液变转速驱动的原理,然后说明了能量调节方法。在此基础上,提出了多PID复合控制策略,并讨论了参数的整定规则及方法。最后,用试验验证了多PID控制方法及参数整定规则的有效性。

　　1 能量调节电液变转速驱动

　　系统原理如图1所示,虚线框内的为能量调节器(energy regulation device,ERD),虚线框以外的为主系统。在主动力源方面,由变频器控制的三相异步电动机驱动定量泵,改变变频器的输入频率,可以改变电动机的转速,进而改变泵的输出流量。能量调节器在系统中作为辅助动力源使用,蓄能器是能量调节器中的储能元件,比例节流阀5控制流进或流出蓄能器的油液流量。主系统中,溢流阀4用来调定系统压力;能量调节器中,溢流阀6作为安全阀使用。

　　图1中,主回路比例方向阀8的主要作用是加快马达减速时的响应,因为马达减速时,方向阀可以快速关闭。通常情况下,方向阀8保持最大开口,以尽量减小节流损失。此外,方向阀还可以切换液压马达转速方向。因此,图1所示系统中的定量泵仅需单向旋转,这样可减少泵因频繁换向而造成的冲击,延长了使用寿命。

　　图1所示的能量调节电液变转速驱动的基本工作原理为:当系统需要能量,而液压泵由于加速响应慢而不能快速加速时,能量调节器释放能量,加快执行对象的加速响应;系统能量过剩时,同样由于液压泵的减速响应慢而不能快速减速,能量调节器吸收能量,减小系统节流及溢流损耗。其余情况下,能量调节器关闭。