液压绞车运动跟踪前馈控制方法研究

　　绞车是用于提升、下放重物的动力设备,绞车通常分为电动绞车和液压绞车两大类。液压绞车是使液压元件和机械零部件相结合,利用液压马达直接或通过减速箱来拖动滚筒旋转,从而实现提升和下降作业。液压绞车具有液压系统固有的优点:功率密度大、结构紧凑、安全可靠等,从而使其在工程机械等领域得到了广泛的应用。

　　由于电液比例阀具有价格低、抗污染能力强和可靠性高等特点,能满足一般的工程应用要求,液压绞车通常采用电液比例阀控液压马达的控制方式。作者针对某液压绞车跟踪特定运动曲线的工程需求和液压绞车的最大速度低于跟踪运动的最大速度的实际情况,开展欠功率条件下液压绞车的运动跟踪前馈控制研究。

　　1　液压绞车机构与建模

　　液压绞车通常包括卷筒、减速器、液压马达、电液比例阀、平衡阀、液压站等装置。由于液压绞车通常需要提升重物,因此在液压绞车的控制回路上增加平衡阀,以防止重物下降时对液压系统产生冲击。液压绞车的速度由电液比例阀控制,电液比例阀的数学模型为

　　式中:Q(s)为电液比例阀的输出流量, U(s)表示电液比例阀的控制电压, K为比例控制器的增益; T为电液比例阀的响应时间。

　　阀控液压马达的传递函数为

　　式中:ωh为液压系统固有频率;δh为液压系统阻尼比。

　　由于液压绞车是一个大惯性、大负载系统,因此设计一个前馈控制器,通过改善液压绞车的响应速度,可以提高液压绞车的主动升沉补偿控制效率。

　　设前馈控制器的传递函数为Gc(s),由电液比例阀控制电压到液压绞车速度的传递函数为

　　假设液压绞车期望速度为V,以V作为前馈控器的输入,则控制器Gc(s)的设计需要满足

　　V·Gc(s)·G0(s)-V=0

　　则

　　通过代入液压系统的参数可知,如果液压绞车跟踪运动的频率比较低,则液压绞车的传递函数可以近似为

　　则

　　2　液压绞车跟踪运动控制试验

　　为了验证液压绞车运动跟踪前馈控制方法,利用液压绞车进行已知运动的跟踪控制试验。液压绞车前馈控制速度响应及跟踪速度误差曲线如图1所示。

　　液压绞车跟踪运动控制性能指标用相对误差δ表示,则

　　由图1可知,采用前馈控制的液压绞车对跟踪运动的相对误差为20%。

　　3　液压绞车非线性仿真分析