阀泵并联控制系统的研究

    液压伺服控制系统一般有两种控制方式:泵控和阀控。泵控,又称为容积控制,用伺服变量泵给执行机构供油,通过改变泵的排量从而改变进入执行机构的流量,调节输出速度。这种方式效率高,但是动态响应差。阀控,又称为节流控制,通过伺服阀控制进入执行机构的流量,改变执行机构速度。这种方式效率低,但是动态性能好。为了实现系统的动态性能好,又能满足系统高效率的要求[1]。将两种调速方式结合起来,实现联合控制,是满足要求的一个重要研究方向。

    阀泵并联控制系统,是将电液伺服阀的输出流量和变量泵的输出流量联合起来对执行机构进行控制。在动态调节工程中,主要由电液伺服阀控制输出流量,保证动态调节达到要求,然后变量泵根据系统需要提供流量,保证了较高传动效率。

    1　工作原理

    阀泵并联控制原理图如图1所示。

    伺服阀可以由变量泵的输出流量作为油源,当然要求变量泵流量不能归零,还可以用外接辅助泵的输出流量作为其供油油源,要求辅助泵压力可调。控制器设定了液压缸位移及泵斜盘转角的调定值。当动态过程中,伺服阀控制进入液压缸流量,位移传感器检测活塞杆位移,然后检测后的位移量进入控制器,与设定值进行比较。所得到的偏差经过放大器放大,得到一个电流信号,这个信号控制伺服阀开口大小,从而调整进入液压缸流量。变量泵的斜盘位置也会通过位移传感器与控制器中设定值比较,液压缸位移误差,与泵斜盘倾角误差同时经过放大器放大,控制泵的流量。两个溢流阀起到过载保护的作用。

    2　系统方块图及回路分析

    根据图1建立系统方块图如图2所示。

    可以得到控制系统等效开环传递函数为:

    相当于在原系统基础上增加了一个零点,上式可以化为:

可以得到,y(t)是在y1(t)的基础上叠加了其导数的部分,由此可以看出,附加了零极点的影响是使得响应变快,上升时间减少。同时可以看出,通过改变Ka的值可以改变T1的值,从而改变加入的零极点的位置,可以实现调节效果的提高[2]。

    3　系统的改进

    根据误差来控制的泵控系统,因为存在一个小闭环系统,不一定能有效地达到最佳状态。当系统到达稳定状态时,要求系统稳态误差应该为零,此时,通过阀的流量也应该为零。即为在满足系统要求情况下,系统能量损失最小,那么需要对泵和阀的流量进行最佳的分配[3]。

    为了提高系统的稳态性能,在阀控回路加入了一个滞后超前补偿器,因为对泵回路的快速性没有太高要求,可以不必加入微分环节,但是为了消除稳态误差以及保证泵斜盘倾角回路的稳定,可以在泵回路加入积分器。可以得到控制系统方块图如图3所示。