基于模糊自适应PID控制策略的液压变压器驱动直线负载系统研究

　　0　前言

　　液压变压器是在液压传动及控制系统中能够实现压力转换的一种液压元件,相当于压力转换器。采用液压变压器的液压恒压网络系统既没有理论上的节流损失,又能进行能量的回收与再利用,实现了在液压恒压网络系统中无节流损失地驱动负载或被负载驱动的工况。

　　液压变压器早在1965年就有美国专利对其进行描述,通常被称之为“传统型液压变压器”。1997年荷兰的Innas公司和Noax公司联合提出新型液压变压器的设计概念。与传统型液压变压器相比,新型液压变压器将液压泵和液压马达的功能集为一身,组成了一个独立的液压元件,简化了其结构形式[1]。新型液压变压器主要是基于定量轴向柱塞液压泵或轴向柱塞液压马达结构经过必要的变化而得到的[2]。本文所述的液压变压器特指新型液压变压器。

　　目前国内外主要是对手动变压式液压变压器的研究[3-4]。近年来,随着对执行机构驱动负载和负载驱动的运动平滑性、速度稳定性以及降噪、节能等要求的不断提高,迫切需要出现一种可根据负载出力、速度变化而实时改变压力、流量的无节流损失的液压转换元件。为适应发展趋势,哈尔滨工业大学机电工程学院液压与气动研究室突破发展的瓶颈,研制了新型伺服式液压变压器。新型液压变压器原理样机如图1所示,结构为采纳斜轴式轴向柱塞液压泵的基本结构形式,通过设计安装全新结构的配流盘及伺服变量机构而最终得到。

　　液压变压器是一种典型的非线性元件,且液压变压器控制液压缸系统的模型本身就具有较大的非线性因素,且系统的传递函数也很难表达。因此仅仅采用一般的控制策略很难达到满意的控制效果。

　　由于伺服式液压变压器是一种全新的伺服元件,本文作者提出采用模糊自适应整定PID控制策略来尝试对液压变压器驱动液压缸系统进行控制,从而提高液压变压器的伺服性能以及系统的动静态特性。

　　1　液压变压器驱动直线负载系统建模

　　液压动力机构是由液压控制元件、执行机构和负载组成。本文作者研究的液压变压器驱动直线负载的伺服控制系统中,液压控制元件是液压变压器,液压执行机构为液压缸。系统组成示意图如图2所示。

　　首先做出如下假设:

　　(1)液压变压器和液压执行机构的泄漏为层流,壳体回油压力为0;

　　(2)忽略管道压力损失,流体质量效应和管道动态影响;

　　(3)输入和输出的腔室(包括管道)总容积相等,且油液的温度和体积弹性模数为常数,压力均匀相等;

　　(4)液压执行机构和负载之间连接构件的刚度很大,忽略结构柔度的影响;