基于能量调节的电液变转速控制系统中能量调节器的分析与设计

　　0 前言

　　电液变转速技术一般指异步电动机驱动定量　　泵，通过变频器控制电动机的转速，从而使泵的输出流量发生变化，达到容积式控制的效果。它具有增加系统可靠 性和拓宽调速范围等优点，但由于电动机和泵的转动惯量大，电液变转速系统有响应速度慢、控制精度低、低速性能差等缺点[1-8]。

　　为解决这些问题，可在液压回路中加装节流阀，实现电液变转速和节流控制相结合的复合控制。这可提高控制精度和解决系统低速性能差的问题[5-8]，低 速时，使泵维持某一最低转速，获得稳定的流量输出，而由节流控制实现对系统的调节。还可提高系统减速时的响应速度，系统减速时节流阀快速响应，克服了泵减 速慢的缺点。但对加速时系统响应速度的提高却无能为力[8]。

　　电液变转速系统的这些缺陷，尤其是响应速度慢，限制了它在工业领域的应用。目前，电液变转速技术主要应用在变频液压电梯、注塑机、液压升降机等对响应速度 和精度要求不高的场合[8]。针对此，浙江大学金波等[5-8]提出了基于能量调节的电液变转速控制思想，在节流—电液变转速复合控制系统基础上增加能量 调节器，试验研究表明此系统能极大地提高系统的加速响应，同时，节能效果很好，响应速度和节流控制系统相媲美，而功耗却比节流控制系统小很多[5-8]。 其中能量调节器的设计是基于能量调节的电液变转速控制系统的关键所在，它的能量调节效果直接关系到系统控制性能的好坏[8]。因此有必要对能量调节器的工 作特性以及设计原则进行深入分析。

　　第 1 节简要介绍了基于能量调节的电液变转速控制系统的结构和工作原理。第 2 节推导出了能量调节器的数学模型，在此基础上，第 3、4 节对能量调节器进行了静态和动态特性分析。第 5 节以执行对象液压缸为例，详细说明了能量调节器的设计原则。第 6 节对此设计原则进行仿真分析，验证了此设计原则的正确性和可行性。第 7 节通过三种典型液压系统的位移响应、功耗对比，说明了基于能量调节的电液变转速控制系统的优越性能。

　　1 系统结构与工作原理

　　本系统为液压缸位置控制系统，其结构如图 1所示。

　　由普通的异步电动机驱动定量泵，比例方向阀7 用来控制通往液压缸油液的流量大小和方向。液压缸自带的位移传感器用来检测活塞杆的位移，此位移信号用作闭环控制的反馈，实现对液压缸位移的精确控制。图 1 中 pa为蓄能器内气体压力，pe为能量调节器内部油液压力，ps为系统压力。

　　能量调节器是系统中最重要的环节，安装在泵的出口处，用来调节能量。它由皮囊式蓄能器 4、比例节流阀 5 和溢流阀 6 组成。它的主要作用是：当系统加速，且 pe大于 ps时，节流阀 5 打开，能量调节器释放油液来加快系统加速过程；当系统减速，且 pe小于 ps时，节流阀 5 打开，能量调节器吸收油液，减小系统节流及溢流损失；在系统稳态及低速，且 pe小于 ps时，能量调节器打开储存能量。其余情况下能量调节器关闭。