液压变压器配流盘控制性能研究

　　目前,液压变压器作为一种新的流量控制元件,既可以无节流损失地调节输出压力,又可以解决液压系统中的压力耦联、流量耦联现象,是较理想的液压元件之一。但是,液压变压器仍未在实际工程中得到应用,主要因为配流盘的控制问题、噪声问题和配流盘径向力分布不均问题。针对配流盘的控制问题,作者进行深入研究。由于液压变压器的配流盘和缸体惯量小,液压变压器本身的动态响应速度快,因而它的抗干扰能力很差,配流盘的微小变动就直接影响变压器的输出压力,因此必须对液压变压器采用闭环反馈伺服控制。为了更有效地控制液压变压器的配流盘,作者针对该系统在PID、FLC (FuzzyLogic Controller)和Fuzzy-PID控制方式的性能进行仿真研究,分析该系统在3种控制方式下的基本控制性能及鲁棒性能。

　　1　液压变压器控制系统的工作原理及数学模型

　　作者采用电液伺服阀控缸来驱动液压变压器配流盘,通过检测变压器配流盘控制角来构造液压变压器的闭环控制系统,实现对配流盘控制性能的研究。系统工作原理见图1。

　　该系统的数学模型如下:

　　液压变压器配油盘摆角方程

　　比例阀线性化流量方程

　　Q_L=Kqxv-Kcp_L(2)

　　液压缸工作腔的连续性方程

　　液压缸与负载的力平衡方程

　　比例电磁铁电压增量方程

　　电磁铁的动力学方程

　　角度传感器方程

　　U_i=Krθ 　　(7)

　　式(2)—(4)联立可得

　　不考虑弹簧负载即KHT=0化简式(8)得

　　由于,故式(5)、(6)联立可得

　　考虑到时,将式(10)、(1)代入式(9)并化简为

　　式中:θ为配油盘控制角;α、β为A、B腰形槽对应的吸、排油角度;β为体积弹性模量, Pa;p_L为液压缸两端压力差, Pa;Kq为阀流量增益, m2/s;Kc为阀流量-压力增益, m⁵/(N·s);A_L为液压缸有效作用面积, m²;Fg为液压缸产生的驱动力, N;MHT为活塞与负载总质量, kg;B_HT为活塞与负载黏性阻尼系数, N·s/m;K_HT为负载的弹簧刚度, N/m;F_HT为活塞上的负载力, N;Ui为比例电磁铁的电压增量, V;L为线圈电感, H;Ke为感应电动势位移变化增益系数, V·s/m;Rc、rp分别为线圈和放大器的内阻,Ω;xv为线圈位移, m;Ki为电磁力转换系数, N/A;i为线圈控制电流, A;Bg为气隙磁感应强度, Wb/m²;D为控制线圈平均直径, m;Nc为控制线圈匝数;m_xt为衔铁组件的质量, kg;B_xt为阻尼系数, N·s /m;K_xt为衔铁组件的弹簧刚度, N/m;K_r为角度传感器的放大系数, V/(°)。