舞台升降液压泵控缸同步控制系统研究

　　重型升降舞台有很多种传动方式来实现升降动作，作者采用液压同步系统来实现舞台升降，能以一定的指定速度同步升降，实现连续自动控制。需要实现的主要技术指标如下:

　　( 1) 舞台直径为 9 m，高 7. 5 m，总负载质量450 t，升降距离为 6 m，在 2 min 内完成升降。

　　( 2) 由 6 个油缸实现舞台的升降，两缸间距为1. 2 m。

　　( 3) 升降过程中6 个液压缸的同步误差≤20 mm。

　　常规同步控制是由伺服阀或比例阀等构成闭环系统实现，阀控方式响应性能较好、结构简单、控制精度高，但是其存在效率低、发热量大的缺点。该系统总计功率在 350 kW 左右，采用阀控系统将会有近150 kW 的功率用于发热消耗掉，不但浪费大量能源而且还需要加功率很大的制冷机，使得能量消耗进一步加大，而且将使系统变得比较复杂。泵控缸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中，泵控机构基本上可视作为线性元件，因而在常值负载或负载变化量很小的工况下，泵控同步系统也能保证较高的同步精度，但是泵控系统动态响应性能较慢［1 －2］。该重型舞台升降速度较慢，也不要求太高的动态响应速度，采用泵控方式是一个较合理的控制策略。针对重型升降舞台技术要求，作者完成了泵控液压系统的设计，借助 MAT-LAB 下的 SIMULINK 工具包进行仿真建模，对泵控液压缸液压系统的动态特性进行研究，得出较合理的控制参数，使系统的控制性能得到改善。

　　1 控制系统物理模型及工作原理

　　图 1 是一个由比例变量泵和手动变量泵控制非对称液压缸所构成的闭环位置同步控制系统原理图，图中只列出了与同步有关的液压控制部分，其他如液压锁和平衡阀等元器件未给出。正常工作时手动变量泵检测油缸 1 的位置，与比例变量泵通过计算机构成闭环位置及速度控制系统。同时，通过位移传感器 2 检测油缸 2 位置，将检测到的两缸位置信号 U_f1与 U_f2相比较，经处理后作为控制信号再输出到泵放大器中，改变比例泵的排量来实现舞台同步升降。

　　2 控制系统的数学模型

　　2. 1 变量泵的基本方程

　　由于变量柱塞与液压缸相比较响应较快，可以按一阶环节处理。

　　变量柱塞位移带动的变量机构摆角相对于输入电信号的传递函数为:

　　式中: T 为变量机构时间常数。

　　变量泵的排量为

　　D_p= K_pγ 　　( 2)