泵控缸速度控制系统动态特性研究

　　1　引言

　　泵控缸电液伺服系统的优点是电动机拖动变量泵所消耗的功率能较好地和负载所要求的功率相匹配,系统功率损失小、效率高,广泛用于大功率重载设备的速度控制。针对某热轧厂步进加热炉泵控液压系统的液压系统改造工程,我们完成了泵控液压系统的设计,使得系统的元件减少,结构紧凑,故障点减少。在实际应用中取得了较高的精度,完全满足了用户的要求。

　　2　液压系统的设计

　　该系统主泵采用某公司的比例控制双向变量泵。该泵如图1所示,变原来的机液伺服控制为电控制方式,简化了液压系统及控制系统,使系统的故障点减少。

　　该液压系统的原理图如图2所示,采用比例泵控制非对称缸(NSPC)系统,该系统容积效率高。在电控方面,本套系统采用德国某公司的S7系列可编程控制器为控制中心,组成一个闭环控制系统,对多个被控参数实行分段巡回检测,来控制系统压力和流量的大小，完成所需的动作过程。在编程时,采用增量式PID控制算法和积分分离的PID算法相结合,对液压缸的运动速度进行精确控制。

　　3　系统的动态模型

　　图2所示加热炉步进梁液压系统主要包括四通比例方向阀、柱塞泵变量机构、阀控制器、泵控制器、闭式回路等。主泵斜盘由四通比例阀控制,由于电液比例阀本身需要闭环控制来提高阀的性能,通过阀控制器构成滑阀位置控制回路,阀位移通过差动变压器进行反馈。控制方框图如图3所示。

　　参照图3所示的泵控缸控制原理框图,可分别建立各组成部分传递函数如下。

　　3.1　泵控缸回路的传递函数

　　3.1.1　变量泵的流量连续性方程

　　变量泵的排量方程:

　　式中　Kp———变量泵的排量梯度

　　γ———变量泵变量机构摆角

　　变量泵的流量方程为:

　　式中　np———泵的转速

　　Cip———泵的内泄漏系数

　　Cep———泵的外泄漏系数

　　p1———高压管道压力

　　p2———低压管道压力

　　由于p2是常数,式(2)流量方程的拉氏变化式为:

　　式中　Kqp———变量泵流量增益,Kqp=Kpnp

　　Ctp———泵的总泄漏系数,Ctp=Cip+Cep

　　3.1.2　液压缸的连续性方程

　　活塞高压腔的压力为p1,V1是压力为p1的液体的总容积。容积为V1的液体由于压力增加ΔV1后,液体压缩又需要补充的流量为dV1dt=V1βe·dp1dt