变转速泵控马达软件补偿速度降落

　　1 引言

　　变转速泵控马达调速系统是一类新型的节能传动系统,在注塑机、盾构等液压动力设备中有着广泛潜在的应用。但是这类调速系统不可避免地会因为负载的作用而使马达转速出现一定的降落,实际上油温及油液特性的变化会影响泄漏量的大小,也会使得马达转速稳态值变化,因此对于有较高调速精度要求的场合,必须对各种因素产生的马达转速降落进行补偿。补偿的方法可以单纯用液压的方法,如流量补偿法、压力恒定法、负载流量反馈法等[1],也可以采用软件补偿的方法。所谓软件补偿方法是指利用控制程序对各种影响因素引起的马达转速降落在控制量中加以补偿。可以将软件补偿方法分为间接补偿法和直接补偿法。间接补偿法是指根据目标量的检测值和给定值的误差进行闭环反馈控制加以补偿;直接补偿法是指根据系统的运行状态,直接计算出马达转速降落的大小而在控制量中加以补偿。

　　2 软件间接补偿法

　　软件间接补偿法控制原理框图如图1所示。图中nm2是系统因泄漏和电机的机械特性损失的马达转速部分,nm是马达的实际转速,nr是给定的马达转速。马达的实际转速因液压系统的泄漏和电机的速度刚性偏离目标转速而产生转速误差e,此误差经补偿控制器得到补偿控制量u,此补偿控制量作用于系统使得误差减小。

　　由图1知,软件间接补偿控制也就是变转速液压调速系统中的速度大闭环反馈补偿控制。软件间接补偿控制法的特点是:

　　(1)需要精确地检测执行器的速度,以便实现反馈控制;

　　(2)不需要实时检测系统压力pp和油液温度t;

　　(3)由于反馈控制系统包括多个环节,控制量的作用可能需要一定的时间才能产生响应输出,所以需要研究不同的控制策略来提高控制系统的性能。

　　3 软件直接补偿法

　　3.1 补偿泵和马达泄漏的关系式

　　在变转速泵控马达调速系统中,泵和马达的内泄漏可表示为:

　　式中pp--系统压力

　　t--油液温度

　　Clp--泵的泄漏系数

　　Clm--马达的泄漏系数,可分别由泵和马达的容积效率确定

　　K--液压油的黏温系数

　　Lt0--温度为t0时油液动力黏度所以只要实时地检测出系统压力pp和油液温度t,就可以计算出泄漏量的大小。如果忽略泵与马达之间的阀及管道的容积损失,只考虑泵和马达的泄漏,则泵的出口流量方程为:

　　式(5)为补偿泄漏后泵转速平衡方程。在变转速泵控马达调速系统中,马达和泵的排量应匹配,其比值为1,因此系统无泄漏时给定的马达转速值nm即是泵的转速值np,故上式也就是补偿泄漏后的马达转速值,即: