大流量液压系统的油温控制

　　液压控制系统具有执行器功率重量比大、抗负载能力强等优点，在航空航天、制造装备、工程机械等各行业应用广泛[1].如何使液压控制系统在实际使用过程中保持高性能及实现高效率传动成为国内外学者长期关注的研究热点.油液温度是影响液压系统性能的一个重要参数，油温变化直接引起油液黏度和系统泄漏等特性的变化，影响系统阻尼比，进而影响液压系统的稳定性和动态响应.此外，若液压油温度过高，则将使密封件变质和油液氧化至失效，引起腐蚀和形成沉积物，从而影响系统的正常运行[2-3].在运行过程中，保证油温的恒定是提高液压控制系统工作性能和可靠性的有效措施.

　　液压油温随系统工况、环境温度及热交换特性变化而变化，具有一定的复杂性和随机性.流动油液的温度具有较大的惯性，对其施加的控制作用，须经过一段时间的滞后才能体现.在液压系统中，由管路、控制阀、油箱及冷却器等组成的温度场，本质上是一种大时滞、非线性的时变系统，尤其是大流量液压系统[4].本文根据某运动模拟器大型液压伺服驱动系统的油温恒定需求，分析系统的发热模型及油温变化的特性，设计一套温度控制系统，通过仿真和实验分析比较常规PID与参数自整定模糊PID控制策略。

　　1　温控系统的原理及组成

　　本液压系统由供油泵组、压力调节阀及6组伺服液压缸组成，系统最大体积流量达1　802L/min，油温控制原理如图1所示[5].在回油路设置板式换热器，利用水冷方式使热油与冷却水在板式换热器内进行充分热交换.由离心泵循环提供冷却水，采用三通比例流量水阀基于分水原理调节经过板式换热器的冷却水流量(A口).比例流量水阀B口串联-静态平衡阀，调节B路液阻与A路换热器液阻相匹配，以改善控制品质.在供油路和换热器出口分别设有温度传感器监测油温，将两者的平均值作为系统当前 油 温.可 编 程 序 逻 辑 控 制 器 (programmablelogic　controller，PLC)在比较目标温度与采集温度后，执行预设的控制方案自动调节比例水阀开度，使系统发热和冷却达到平衡，保持油温恒定在期望值。

　　2　温度数学模型

　　假设因管路沿程压力损失引起的发热与管路表面的散热基本平衡，介质的密度和比热容保持恒定.由热力学第一定律可知，系统总发热量为

　　式中：Q_s为系统的散热量，c₁为介质的比热容，ρ为介质的密度，V为第i区段介质的体积，dθ_i为第i区段介质的温度变化量.

　　液压系统发热主要由液压泵的功率损失、压力阀和伺服阀的节流损失、液压缸内能量转换等引起.设液压泵工作在绝热状态，无用功率全部转化为油液温升，则有