【摘要】： 液壓系統(tǒng)的節(jié)能研究是流體傳動領(lǐng)域的重要課題之一,變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速的液壓系統(tǒng)由于其功率自適應(yīng)的特點而具有較好的節(jié)能效果,其中,閉式油路的變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單和節(jié)能效果顯著的優(yōu)點,適合應(yīng)用在勢能可回收且速度持續(xù)變化的大慣量液壓提升機械中,如液壓電梯、液壓抽油機等。然而,在節(jié)能化的同時仍然要保證系統(tǒng)的運行性能及控制特性,在閉式油路的變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的應(yīng)用研究中,發(fā)現(xiàn)其存在著開環(huán)控制精度不高和啟動始終有滯后的問題,而這也是大慣量的變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的共性問題和難點,因此,需要從以下兩個方面開展研究:第一,分析開環(huán)控制策略和傳統(tǒng)的閉環(huán)控制策略在該類慣量變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的速度控制中存在的局限性,提出有效的速度控制策略;第二,分析影響該類系統(tǒng)的啟動性能的因素,提出智能控制策略以實現(xiàn)良好的啟動。除上述兩方面外,基于液壓提升機械節(jié)能技術(shù)發(fā)展的要求,探索變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速以外的新型節(jié)能方法. 論文以閉式油路變轉(zhuǎn)速液壓電梯為研究對象,研究該類系統(tǒng)除節(jié)能特性以外的運行性能及控制特性。為提高系統(tǒng)的速度運行精度,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行分析,由于該系統(tǒng)是一個高階零型系統(tǒng)且具有低頻的特性,其存在著閉環(huán)控制下穩(wěn)態(tài)誤差大和采用積分校正有較大滯后的問題;為此,提出了基于比例微分控制的前饋-反饋控制策略來克服上述問題。針對變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的啟動控制問題,重點分析了系統(tǒng)運動部件中的非線性摩擦力對啟動性能的影響,通過試驗建立了系統(tǒng)非線性摩擦力的模型,并提出了基于專家控制器和模型預(yù)測控制策略的啟動控制方法,變工況下啟動性能的試驗結(jié)果表明,基于智能預(yù)測的啟動控制方法能使系統(tǒng)在不同負載工況下獲得非常好的啟動性能。論文還針對閉式油路變轉(zhuǎn)速液壓電梯的轎廂振動特性進行分析,建立了系統(tǒng)垂直方向上8自由度的動力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上對電梯系統(tǒng)進行試驗?zāi)B(tài)分析,結(jié)果表明所建立的動態(tài)模型是準確的。另外,試驗?zāi)B(tài)分析結(jié)果還表明,轎廂的主頻率在100-150Hz的范圍內(nèi),系統(tǒng)在運行過程中應(yīng)避免該頻率段的激勵而導(dǎo)致的共振。基于液壓提升機械節(jié)能技術(shù)發(fā)展的要求,論文中還從理論上探討了一種變配重節(jié)能方法,提出變液壓配重和機械配重變速度的兩種方案,詳細分析了變液壓配重的方案在液壓電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用,將其與已有變轉(zhuǎn)速液壓電梯系統(tǒng)進行了對比分析,結(jié)果表明變配重系統(tǒng)具有更優(yōu)的節(jié)能效果。通過以上研究,大慣量閉式油路的變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的速度閉環(huán)控制不好和啟動不佳的本質(zhì)原因得以闡述,且論文中提及的一些研究方法和結(jié)論適用于其它變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速的液壓系統(tǒng)。 論文主要結(jié)構(gòu)如下: 第一章,介紹了變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速的液壓系統(tǒng),并由此引出其典型應(yīng)用——變轉(zhuǎn)速液壓電梯;綜述了變轉(zhuǎn)速液壓電梯的研究和發(fā)展歷程,分析了目前變轉(zhuǎn)速液壓電梯中依然存在的問題,指出目前變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的發(fā)展需要和變轉(zhuǎn)速液壓電梯依然存在的市場需求,在此基礎(chǔ)上提出課題的研究內(nèi)容。 第二章,分析了閉式油路變轉(zhuǎn)速液壓電梯系統(tǒng)的穩(wěn)定性,提出適合該系統(tǒng)的速度控制策略。建立了系統(tǒng)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù),結(jié)合經(jīng)典控制理論對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行分析,結(jié)果表明閉式油路變轉(zhuǎn)速液壓電梯系統(tǒng)是低頻、低阻尼的高階零型系統(tǒng),其存在著閉環(huán)控制下有穩(wěn)態(tài)誤差和采用積分校正帶來較大滯后的問題;針對該問題,提出基于比例微分控制的前饋-反饋控制策略,并通過仿真和試驗驗證了該方法的有效性。 第三章,研究了以變轉(zhuǎn)速液壓電梯為代表的大慣量變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的啟動控制方法。指出了由于系統(tǒng)的大慣量和時滯特性,采用壓力預(yù)平衡方法和速度比較啟動法都存在著問題;重點分析了非線性摩擦力對系統(tǒng)啟動性能的影響,指出非線性摩擦力的影響程度并通過試驗建立了系統(tǒng)中摩擦力的模型,依據(jù)該模型針對性的提出了基于專家控制器和預(yù)測控制原理的智能預(yù)測啟動方法;在變工況下對系統(tǒng)的啟動性能進行了試驗研究,結(jié)果表明基于智能預(yù)測的啟動方法能使系統(tǒng)獲得良好的啟動性能。 第四章,從閉式油路變轉(zhuǎn)速液壓電梯轎廂的振動特性入手,分析電梯系統(tǒng)的動態(tài)特性和系統(tǒng)中存在的激振源對轎廂振動的影響。通過對電梯轎廂的原始振動加速度信號和液壓系統(tǒng)的負載壓力信號進行頻譜分析來尋找系統(tǒng)中的激振源;建立液壓電梯垂直方向上的8自由度集中質(zhì)量動力學(xué)模型并進行計算模態(tài)分析,依據(jù)該模型對系統(tǒng)進行了計算模態(tài)分析,并通過試驗?zāi)B(tài)分析驗證了所建立的動態(tài)模型的準確性;另外,分析結(jié)果還表明,電梯轎廂主頻率在100-150Hz的范圍內(nèi),系統(tǒng)在運行過程中應(yīng)避免該頻率段的激勵。 第五章,基于液壓提升機械節(jié)能技術(shù)發(fā)展的要求,闡述了變配重的節(jié)能方法。提出了變液壓配重和機械配重變速度的兩種方案,重點對變液壓配重的方案在液壓電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了論述,討論了其中主要元件的設(shè)計計算與選型;采用Amesim仿真軟件對采用變液壓配重的液壓電梯系統(tǒng)的能耗特性進行了仿真,將其和已有的三種變轉(zhuǎn)速液壓電梯系統(tǒng)進行了對比分析;討論了變配重的節(jié)能技術(shù)目前在系統(tǒng)效率、配重預(yù)存儲能量、動態(tài)特性三個方面存在的問題,給出了相應(yīng)的對策. 第六章,對本論文所作的研究工作進行總結(jié),給出主要的研究結(jié)論,指出課題的創(chuàng)新點,并對未來的研究工作進行展望。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH137
【圖文】：

而普通變量泵系統(tǒng)的電機輸入功率達額定功率的90%;但在滿負載時，兩者的效率很接近。2004一2006年浙江大學(xué)黃方平、邵文彬等人在設(shè)計了一種液壓閉式回路的變頻動力單元，其原理如圖1.4中所示，并對該系統(tǒng)在液壓提升機械(包括液壓電梯和液壓抽油機)和注塑機中的應(yīng)用進行了探討[7，8]。變變頻器器.11，， 11.…mll.，1.……，.1:n1.主電機2.外嚙合雙向齒輪泵3.補油單向閥4.溢流單向閥5.安全閥6.雙向液壓馬達7.蓄能器8.溢流閥9.單向閥10.平卜油泵11.凈卜油電機12.濾油器圖1.4變頻動力單元液壓原理圖除基礎(chǔ)理論研究外，相關(guān)的研究者及廠家也開展了對變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的應(yīng)用研究，其中最典型和最早的應(yīng)用對象是液壓電梯，這在后面一節(jié)將重點介紹。另外，變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速技術(shù)還在注塑機、汽車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、飛機液壓、制磚廠等場合中得到了廣泛應(yīng)用[9一

變變頻器器1.主電機2.外嚙合雙向齒輪泵3.補油單向閥4.溢流單向閥5.安全閥6.雙向液壓馬達7.蓄能器8.溢流閥9.單向閥10.平卜油泵11.凈卜油電機12.濾油器圖1.4變頻動力單元液壓原理圖除基礎(chǔ)理論研究外，相關(guān)的研究者及廠家也開展了對變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的應(yīng)用研究，其中最典型和最早的應(yīng)用對象是液壓電梯，這在后面一節(jié)將重點介紹。另外，變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速技術(shù)還在注塑機、汽車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、飛機液壓、制磚廠等場合中得到了廣泛應(yīng)用[9一，5]。

魷!回州曰圖1.6汽車液壓轉(zhuǎn)向原理圖(b)泵控1.7(c)變頻驅(qū)動磚廠中的三種液壓升降系統(tǒng)國外有許多研究機構(gòu)和企業(yè)將電機與泵做成一體，采用變頻電機或者是伺服電機驅(qū)動，簡化結(jié)構(gòu)提高響應(yīng)，如升unige:公司的EPQ動力單元(如圖1.8所示)，日本oPToN

【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 鄭洪波;伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)及其節(jié)能機理研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 郝鵬飛;基于油氣懸架的車輪收放控制系統(tǒng)虛擬樣機研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

2 劉森;電液比例控制在鉛陰極步進輸送機的應(yīng)用研究[D];昆明理工大學(xué);2011年

3 吳松濤;全液壓鉛殘極板移載機械手的數(shù)字樣機研究[D];昆明理工大學(xué);2012年

4 戴長秋;基于變頻技術(shù)的泵控缸液壓調(diào)速系統(tǒng)的模糊PID控制[D];武漢工程大學(xué);2012年

本文編號：2791826