電子控制變量泵分析

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現代社會信息化的快速發展，導致液壓傳動系統的信息化程度也越來越高，出現了大量的數字化液壓元件。作為液壓傳動的動力元件—液壓泵，其數字化的水平很大程度上決定了系統的信息化水平，特別是在大功率應用場合，其影響更為明顯。傳統的變量泵不同的控制功能對應不同的機械結構，實現復雜的復合控制時，往往是不同功能的結構疊加，導致其結構復雜，調試困難，故障概率大。數字化的變量泵可以通過嵌入控制器的程序，利用軟件代替傳統的單獨功能的變量閥，方便的實現對流量、壓力等參數進行調整進而實現各種復雜的控制，可以與負載功率相匹配實現最佳工作狀態，達到提高控制性能和節能的目標。因此，電子控制變量泵的研究具有很強的工程理論和應用價值[1]。

1電子控制變量泵的工作原理

電子控制變量柱塞泵由軸向柱塞變量泵、電液比例閥、變量液壓缸、運算放大器、流量傳感器、壓力傳感器和位移傳感器組成，如圖1所示。恒壓力控制：當負載壓力升高時，壓力信號通過傳感器反饋給控制器4，通過運算輸出電流信號使電液比例閥2的左位起作用，高壓油進入變量液壓缸3的腔，活塞桿左移，推動斜盤使傾角變小，泵的供油量減少，系統壓力降低。當壓力降低時，壓力信號傳送給控制器4，經控制器運算輸出電流信號使電液比例閥2的右位起作用，高壓油進入變量液壓缸3的左腔，活塞桿右移，推動斜盤傾角變大，泵的供油量增大，壓力升高。通過閉環壓力控制使泵的壓力穩定在某一恒定值，實現電子控制變量泵的恒壓控制，恒壓控制流程如圖2所示。流量控制：當流量增大時，流量信號輸送給控制器4，經過控制器運算輸出電流信號使電液比例閥2的左位起作用，高壓油進入變量油缸的右腔，活塞桿左移，推動斜盤傾角減小，泵的流量減小。當流量減小時，流量信號通過控制器輸出信號使電液比例閥2的右位起作用，高壓油進入變量油缸的左腔，活塞桿右移，斜盤的傾角增大，輸出流量增大。通過流量傳感器的反饋作用使流量恒定在某一恒定值。其流量控制流程如圖3所示。功率是壓力和流量相乘，功率控制時，設定功率值除以反饋壓力信號得出流量值的大小。壓力增大時，流量按照功率曲線減小。壓力減小時，流量按照功率曲線增大。其控制流程如圖4所示。

2數學模型的建立

2.1伺服比例閥的特性

對于小質量閥芯彈簧環節的處理：由于比例控制不是開關控制，因此閥芯運動化為分段一階方程不再適用。閥的運動模型可簡化為數學方程[2]。簡化模型如圖5所示。

2.2斜盤組件動態特性

斜盤組件由變量活塞推動，變量活塞受控制滑閥控制。如圖6所示，控制滑閥閥口流量可用以下線性化公式表示。通過閥口的流量流入變量活塞左腔。此流量與從活塞右腔泄露至左腔的油一起產生使活塞向右運動的

2.3液壓泵輸出壓力特性

變量活塞位移的向右運動的方向使泵的排量減小。泵的流量增量式為Qs=-KQnxp式中Qs———泵的輸出流量；KQ———變量泵的排量梯度；n———泵的轉速，通常視為常數。考慮油液的彈性和泄漏影響后，泵輸出流量的連續性方程為Qs-QL-（A1-A2）dxpdt-V1Eβdp1dt-CLps=VtEβdpsdt式中Vt———泵輸出負載的容積；QL———負載流量；CL———泵的總泄漏系數。式中VtEβdp1dt項的值相對較小，可不計。

3最小值控制器的設計

電子控制變量泵具有多種控制功能，不僅能夠實現獨立的流量、壓力和功率控制功能，而且能夠通過改變參數方便的實現復合控制。從變量泵的工作模式情況看，主要有流量、壓力和功率3種模式以及它們之間的組合。其結構如圖7所示。在圖中功率信號是設定值。控制器中依次進行壓力、功率和流量的比較，確定變量泵的工作模式，隨后產生對應的排量指令值，由控制器校正放大后輸出到伺服比例閥。在進行最小值比較時，需要考慮各種模式下所對應的控制誤差，以確保工作的可靠性[4]。

4仿真分析

論文設計了最小值控制器，利用Simulink仿真軟件建立了變量泵仿真模型。如圖8所示，泵的參數如表1所示。從變量泵恒壓力、恒流量調節的響應情況，加載情況下壓力和流量調節速度情況四個方面查看電子控制變量泵的響應情況。加載方式為脈沖加載，如圖9所示。

4.1恒流量控制動態特性

通過圖10和表2可以看出：電子控制變量泵達到穩定壓力所用的時間短，超調量小，動態特性良好。通過圖10和表3看出：在1s時刻加載壓力，恒流量的調節時間短，動態響應良好。

4.2恒壓力控制動態特性

通過圖11和表4可以看出：電子控制變量泵達到穩定壓力所用的時間短，超調量小，動態特性良好。通過圖11和表5可以看出：電子控制變量泵在第1s時刻加載相同壓力時，電子控制變量泵達到穩態所用的時間短，動態特性良好。

4.3變壓力時變量泵的調整情況

變量泵在變量時斜盤傾角變量不穩，容易產生壓力波動，如圖12所示。通過電子控制變量泵流量隨壓力變化的更快，并且可以有效的改善功率、壓力、流量控制切換產生的壓力流量波動，如圖13所示。壓力、流量、功率控制只需要改變設定參數即可，控制更加靈活、方便。

5結論

通過以上結果得出，電子控制變量泵的優點是：①電子控制變量泵響應迅速；②改變設定參數就能實現不同功能，功能豐富；③控制性能更好，靈活度更大，可以適應各種工況。