负载口独立控制负载敏感系统模式切换特性

　　负载口独立控制是一种进、出口节流面积能够独立调节的新型阀组技术,该阀组有2个或多个阀芯可独立调节.由该阀组组成的液压系统与传统的三位四通阀控制执行器系统相比,系统控制自由度增加,系统的压力和流量可以同时进行控制,在实现原有系统控制要求的基础上,可以兼顾其节能性能.

　　早在20世纪80年代末,Back?等[1]采用4个大流量插装阀来研究该新型阀的控制特性,系统的动态性能得到改善.最早提出负载口独立控制概念的是Palmberg等[2-3],他采用4个带负载补偿的Valvis-tor阀进行单执行器不同工况下的速度控制,同时实现系统的流量再生;他指导博士生进行了单执行器的速度和压力解耦控制,其压力控制目标函数为执行器两腔压力的最低值,解耦控制实现了执行器速度和系统压力2个状态变量的控制.Ruth等[4]用5个锥阀组成阀组,实现了不同中位机能三位四通阀的替代,并设计模拟装置,探讨防止气穴发生的方法,取得了较好的效果.Andersen等[5]研究不同工况下,执行器速度和系统压力的控制方法,提出了在超越负载情况下,执行器速度闭环控制,并监测进口压力防止产生气穴的压力调节方法.姚斌等[6]开展负载口独立系统自适应鲁棒控制的研究,主要是针对变负载工况,提出执行器进油腔自适应鲁棒速度控制,出油腔自适应鲁棒压力控制方法,实现执行器速度和系统压力同时控制.王庆丰等[7]应用负载口独立控制技术改善大惯量系统的启动和制动性能.姚静等[9]进行负载口独立控制阀组替代传统方向阀的性能研究.权龙等[10]应用负载口独立技术改善泵控差动缸系统的节能性能.前面的研究,主要集中在单执行器的控制,且多为定量泵控制系统,没有真正意义上实现负载口独立控制与变量泵控制负载敏感系统的结合研究.

　　本文主要从分析负载口独立控制与泵控负载敏感系统结合的角度出发,研究不同工作模式下多个执行器复合动作时各执行器的能耗特性,以减少系统能耗为原则设计执行器工作模式选择的准则及对应的模式切换控制器,并通过实验方法验证所设计的模式控制切换方法的有效性,为进一步改善负载敏感系统的节能性能提供技术支撑.

　　1 原理分析及模式能耗对比

　　1.1 工作原理

　　多执行器负载口独立控制负载敏感系统如图1所示,该系统由负载敏感泵及驱动单元、负载口独立阀单元(阀11和阀12组成执行器9的控制单元,阀21和阀22组成执行器8的控制单元)、系统安全阀、控制器组成.该系统是单泵供给多执行器系统,当只有一个执行器动作时,系统的压力由该执行器负载压力和负载敏感泵弹簧调定压差$p决定,当多执行器同时动作时,系统压力由承受重载的执行器支路的负载和弹簧调定压力决定,而承受轻载的执行器支路只是一个压力跟随系统.假定执行器负载FL1大于FL2,多执行器同时动作,左边的执行器9决定了负载敏感系统的系统压力,分析不同工作模式下执行器9和8支路的能量损耗.