基于Matlab/Simulink的精密流量控制系统仿真研究

　　交流变频液压调速通过改变电机转速改变定量泵转速，实现可靠性较高的流量调节。这种系统避免了节流损耗和溢流、泄荷损耗，可以提高和改善异步电机的效率和功率因数，具有显著的节能效果[1]。作者建模仿真一套油过滤器的过滤流量精密控制系统。系统油路中为含有固体微粒杂质的样品油，如果采用传统流量控制方式会对油路中的精密调节阀工作产生影响，适合采用交流变频调速方式。系统主要由交流异步电动机、变频器、精密过滤器、压力传感器及数字控制器等组成。其中压力检测传感器实时监测过滤器两侧压力变化，实时反馈系统杂质过滤状况，由数字控制器进行精密流量调控、工况提示报警等操作。

　　1 变频液压调速技术及系统结构

　　如图1 所示，系统主要由变频调速模块、异步交流电动机模块、定量泵部分、压力检测模块、转速闭环调节模块、流量检测模块及转速智能调节模块组成。其中调速模块根据转速闭环调节模块的输出值对异步电机驱动频率或电流进行实时调节，以实现异步电动机调速。异步电机模块完成对电机及其磁链、转速等测量环节的仿真。系统采用变频调速电机驱动定量泵，由定量泵模块仿真流量与电机转速的比例关系。压力检测模块结合当前系统流量及滤芯两侧压力值，观测滤芯局部阻力系数变化而实现滤芯工作状况分析。转速智能调节模块需要根据专家诊断经验、由滤芯当前工作状况参数得到最佳转速范围，作为转速闭环调节模块的参考输入量。

　　2 系统的基本方程式

　　对于异步电机调速模块，恒压频比和转差频率控制方法能够在一定范围内实现异步电机平滑调速，但由于其控制规律是从异步电机稳态等效电路公式推导出的，完全未考虑动态情况及过渡过程。这使得调速系统在稳定性、转速动态响应等方面的性能不能使人满意。为获得同直流电机一样好的调速性能，考虑采用矢量控制变频调速方法实现系统变频变压调速功能[2 -3]。

　　矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则，将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流，并分别加以控制，从而实现电机磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。

　　由异步电动机在两相同步旋转坐标系上的基本方程可得旋转磁场按转子磁链定向时的控制方程式，包括电压方程、磁链方程和电磁转矩方程。

　　( 1) 电压方程

　　( 2) 磁链方程

　　( 3) 转矩方程