基于排量控制的电液比例恒压变量数字控制径向柱塞泵的研究

　　引 言

　　压力控制变量泵是变量泵的基本控制功能之一, 广泛应用于调节系统压力和小流量系统保压。这种泵工作时, 系统压力低于设定压力则按照定量泵工作, 提供最大流量; 系统压力达到调定压力则按变脸泵工作, 流量随负载变化而变。采用压力控制变量泵能够实现系统的流量适应, 具有明显的节能效果。随着信息技术的深入发展, 数字控制液压元件大量涌现并进入工业实际应用, 但国内相关产品和研究较少, 针对这一背景, 本文提出了基于排量控制原理的数字压力控制径向柱塞泵, 并对排量控制机构行了分析; 对压力控制变量泵进行了建模分析和仿真, 并利用快速控制原型技术搭建了数字控制架构, 进行了实验研究。该项研究对传统变量泵向数字控制泵转化具有较大的理论和工程价值。

　　1基于排量的压力控制原理

　　通常液压系统的负载总带有阻尼的性质, 即系统压力通过泄漏与负载流量有关。压力控制变量泵通过对负载流量的调节来控制系统压力使其近似恒定。若系统压力升高, 则排量减小, 由于是阻尼负载, 泵压力随其输出流量的下降而下降, 恢复到调定值, 因此压力控制变量泵的控制过程本质上是变量机构的位置控制过程。基于此, 在排量控制机构的基础上, 通过增加必要的压力传感器等部件, 构成压力控制的大闭环实现变量泵的压力控制是可行的。图1所示为其原理图。图中的流量压力特性描述的是泵的内部泄漏和外负载的特性。压力传感器采集的是变量泵的出口压力。整个工作过程是:压力传感器实时采集泵的工作压力, 并与设定值比较, 产生压力偏差信号, 经放大器放大后产生控制电流推动电液比例排量控制机构动作, 使径向柱塞泵的定子偏心改变, 对应改变泵的排量(流量), 使泵出口的压力维持在设定值。

　　2数学建模和特性分析

　　2.1比例排量控制机构特性分析

　　图2所示为所采用的电液比例排量控制变量泵原理图。该机构采用了位移—力矩反馈原理,由于比较量采用力矩形式, 由于存在力臂这一可调整参数, 因此输入力和反馈力的大小调整方便, 便于参数的选择匹配。图3是其方块图, 输入信号是指令电流, 输出是径向柱塞泵定子的位移。其中p为变量泵的工作压力, FL为变量机构的变量阻力。

　　变量机构的稳态输出特性方程为:

　　变量泵的理论排量为:

　　泵的实际输出流量为:

　　2.2压力控制变量泵建模

　　前述已知变量机构的输出特性和方块图, 只需要建立输入信号比较和泵的输出特性部分方程即可。设输入压力信号为u, 压力传感器反馈系数为Kf, 积分放大器为, 则比例排量控制机构的输入为: