本文關(guān)鍵詞： 補油式閥-泵并聯(lián)控制 泄油式閥-泵并聯(lián)控制 變結(jié)構(gòu) 調(diào)速系統(tǒng) 閥-泵權(quán)重比 綜合性能 虛擬儀器　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：傳統(tǒng)的液壓馬達調(diào)速系統(tǒng)有兩種基本形式：閥控和泵控。閥控響應(yīng)快但效率低，適用于對快速性要求較高的中小功率場合；泵控效率高但響應(yīng)慢，適用于大功率和對快速性要求不高的場合。近年來，閥-泵聯(lián)合控制得到了迅速發(fā)展，其充分發(fā)揮了閥控與泵控各自的優(yōu)勢。論文提出了一種嶄新的閥-泵并聯(lián)控制系統(tǒng)，即閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)，在調(diào)速過程中控制模式隨控制要求而變，可實現(xiàn)大功率液壓調(diào)速系統(tǒng)的綜合性能，即低速平穩(wěn)快速啟停、快速調(diào)節(jié)負載干擾、全程高效率。 論文的主要工作和研究成果如下： （1）總結(jié)和分析了國內(nèi)外目前閥-泵聯(lián)合控制系統(tǒng)的工作原理和特點，并指出目前的閥-泵聯(lián)合控制方式難以實現(xiàn)上述綜合性能。 （2）設(shè)計了閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)，其關(guān)鍵點有兩點，一是閥可以根據(jù)控制要求處于補油或泄油兩種狀態(tài)，以使系統(tǒng)處于補油或泄油式閥-泵并聯(lián)兩種控制模式，二是可以通過改變Kvp，調(diào)節(jié)閥控與泵控在速度控制中的比重；建立了閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析了系統(tǒng)的參數(shù)，并指出傳統(tǒng)的泵控系統(tǒng)加入閥控后，液壓固有頻率不變，但總泄漏系數(shù)明顯增大，導(dǎo)致系統(tǒng)阻尼比顯著增大且隨閥的工作點（閥開口及系統(tǒng)壓力）而變化，同時導(dǎo)致系統(tǒng)剛度下降，易受負載干擾。 （3）設(shè)計了開式以及閉式閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立了補油式和泄油式閥-泵并聯(lián)控制閉式系統(tǒng)的流量平衡方程，分析了各流量之間的關(guān)系，指出在閉式閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)中，補油回路及沖洗回路是必需的，不能因有閥控補油就取消補油回路，同時沖洗回路除了有熱交換的作用還有平衡系統(tǒng)流量的作用。建立了液壓模擬系統(tǒng)與實際系統(tǒng)之間參數(shù)匹配的理論基礎(chǔ)，指出為模擬實際系統(tǒng)的動態(tài)特性，應(yīng)分別按照泵排量、馬達排量、轉(zhuǎn)動慣量三個參數(shù)來配置模擬系統(tǒng)，本實驗系統(tǒng)是以煤礦液壓提升機這種大功率大慣量液壓系統(tǒng)為例而建立的模擬系統(tǒng)。 （4）提出了閥控權(quán)重Kv和泵控權(quán)重Kp的概念，并依據(jù)不同的Kv和Kp，建立了傳統(tǒng)泵控、閥控與閥-泵并聯(lián)控制之間的聯(lián)系；為了判別閥與泵在聯(lián)合調(diào)速中的作用，建立了閥-泵權(quán)重比的概念，即Kvp=Kv:Kp，并通過該權(quán)重比以及閥控狀態(tài)，判別系統(tǒng)處于何種控制模式。 （5）提出了補油式和泄油式閥-泵并聯(lián)兩種控制模式，研究了不同權(quán)重比對控制特性的影響，并獲得了閥-泵并聯(lián)控制的規(guī)律：在不同的權(quán)重比（Kvp=1:0～0:1）下，系統(tǒng)響應(yīng)速度呈金字塔形，兩頭慢（閥控和泵控），中間快（閥-泵并聯(lián)控制），因此無論對于指令信號，還是負載干擾的快速響應(yīng)，閥-泵并聯(lián)控制比單獨泵控或閥控響應(yīng)都快；因閥控的開環(huán)增益大于泵控，對于相同的權(quán)重之和（Kv+Kp），，以閥控為主的系統(tǒng)響應(yīng)快于以泵控為主；閥與泵的流量之比與閥-泵權(quán)重比成正比；補油式比泄油式閥-泵并聯(lián)控制更具優(yōu)勢，因為前者使系統(tǒng)的阻尼比更穩(wěn)定，這有利于系統(tǒng)的預(yù)測與控制，并且還可通過提高Ps，進一步提高響應(yīng)速度和增大速度剛度，更適用于對負載干擾的快速調(diào)節(jié)，仿真與實驗結(jié)果表明，此處取Kvp=1:0.2較合適。 （6）研究了不同控制模式下大慣量系統(tǒng)的低速特性。泄油式閥控或泄油式并聯(lián)閥控通過增加可控的泄漏，增大系統(tǒng)的阻尼比，以增強低速平穩(wěn)性，而且由閥控泄漏引起的阻尼比的增加，可補償因摩擦負斜率（Stribeck效應(yīng)）引起的阻尼比的下降，進一步增強了系統(tǒng)的低速穩(wěn)定性。閥初始電壓對提高低速特性至關(guān)重要，建立了閥初始電壓的理論公式，并研究了不同油溫，不同開口對系統(tǒng)低速特性的影響，獲得了泄油式閥控在啟停低速階段的控制規(guī)律，同時實驗表明，只要閥初始電壓設(shè)置在理論值附近，均能獲得滿意的低速特性，這使泄油式閥控具有操作性和實用性，且此處取Kvp=1:0.1較合適。 （7）建立了閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)的AMEsim仿真模型以及基于虛擬儀器技術(shù)的實驗系統(tǒng)，研究了一個調(diào)速周期內(nèi)的閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速特性。仿真與實驗結(jié)果表明，在調(diào)速過程中，不同控制模式之間切換平滑連續(xù)，閥和泵的工作狀態(tài)符合預(yù)期；通過改變不同調(diào)速階段的控制模式，實現(xiàn)了大功率液壓馬達調(diào)速系統(tǒng)的綜合性能，即在低速段采用泄油式并聯(lián)閥控，實現(xiàn)了大慣量的平穩(wěn)快速啟停，在高速段采用補油式并聯(lián)閥控，實現(xiàn)了對負載干擾的快速調(diào)節(jié)，在加速和減速段泵提供主要流量，充分了發(fā)揮泵控的高效的優(yōu)勢。 閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)控制，利用閥控及泵控雙通道，建立了控制結(jié)構(gòu)(模式)依控制要求而變的靈活的控制機制，通過改變閥-泵權(quán)重比，使閥控與泵控協(xié)調(diào)工作，充分發(fā)揮了閥控、泵控各自的優(yōu)勢，豐富了液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式，使電液控制系統(tǒng)更具靈活性和適應(yīng)性，可實現(xiàn)大功率液壓調(diào)速系統(tǒng)的綜合性能，如低速平穩(wěn)快速啟停、快速調(diào)節(jié)負載干擾、全程高效率。
[Abstract]:The traditional hydraulic motor speed regulation system has two basic forms : valve control and pump control , the valve control response is fast but the efficiency is low , it is suitable for occasions with high speed requirement . The main work and research results of the thesis are as follows : ( 1 ) The working principle and characteristics of the current valve - pump joint control system at home and abroad are summarized and analyzed , and it is pointed out that the current valve - pump joint control mode is difficult to achieve the above - mentioned comprehensive performance . ( 2 ) The valve - pump parallel variable structure speed regulating system is designed . The key points are two points . One is that the valve can be in the two states of oil filling or oil drain according to the control requirements , so as to make the system be in the two control modes of feeding oil or oil drain valve - pump in parallel . The parameters of the system are analyzed , and it is pointed out that the traditional pump control system is changed with the valve control , the damping ratio of the system is obviously increased and the system damping ratio changes with the working point of the valve ( valve opening and system pressure ) , and the system rigidity is reduced , and the load interference is easy . ( 3 ) The structure of the open and closed valve - pump parallel variable structure control system is designed , the flow balance equation of the closed system is established , and the relationship between the flow rates is analyzed . It is pointed out that in the closed valve - pump parallel variable structure speed regulation system , the oil feeding circuit and the flushing circuit are necessary , and the simulation system can be configured according to three parameters of the pump displacement , the motor displacement and the moment of inertia in the closed valve - pump parallel variable structure speed regulation system . ( 4 ) The concept of valve - controlled weighting and pump - control weights is put forward , and the relation between traditional pump control , valve - control and parallel control of valve - pump is established according to different kinds of KV and KP . In order to judge the function of valve and pump in joint speed regulation , the concept of valve - pump weight ratio is established , that is , Kvp = KV : KP , and the control mode of the system is discriminated by the weight ratio and the valve control state . ( 5 ) The effect of different weight ratios on the control characteristics is studied , the effect of different weight ratios on the control characteristics is studied , and the valve - pump parallel control is faster than that of the valve - pump control . ( 6 ) The low - speed characteristics of the large inertia system in different control modes are studied . By increasing the controllable leakage , the damping ratio of the system can be increased by increasing the damping ratio of the system , so that the low - speed stability of the system is enhanced . ( 7 ) The simulation model of valve - pump parallel variable structure speed control system is established and the experiment system based on virtual instrument technology is established . The simulation and experimental results show that the switching between different control modes is consistent with the expectation in the process of speed regulation . By changing the valve - pump weight ratio , the valve control and pump control coordination work is established , the valve control and the pump control coordination work are fully exerted , the speed regulation mode of the hydraulic system is fully exerted , the comprehensive performance of the high - power hydraulic speed regulation system can be realized , such as low - speed smooth start - stop , rapid adjustment of load interference and full - process efficiency .

【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH137.51

【參考文獻】

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本文編號：1513622