泵控并联变量马达速度系统复合控制策略_郑琦

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变频泵控马达调速系统遗传算法PID控制

变频泵控马达调速系统遗传算法PID控制变频泵控马达调速系统遗传算法PI D 控制彭天好,徐　兵,杨华勇PID C ontrol of Pum p 2control 2m otor S peed G overning System withInverter Based on G enetic Alg orithmsPeng T ian 2hao ,Xu Bing ,Y ang Hua 2y ong(浙江⼤学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州　310027)摘　要:提出了基于遗传算法的变频泵控马达调速系统的PI D 参数寻优⽅法。

仿真结果证明了遗传算法寻优后的PI D 控制器较常规PI D 控制器具有更好的控制特性,对模型失配和负载扰动表现出更强的适应性和鲁棒性,很适合具有慢时变和存在负载扰动的变频泵控马达调速系统的控制。

也指出了⽤遗传算法寻优变频泵控马达调速系统PI D 参数的局限性。

关键词:变频泵控马达;调速系统;遗传算法;寻优;PI D 控制中图分类号:TP214　⽂献标识码:B ⽂章编号:100024858(2003)1120001203　收稿⽇期:2003204221　基⾦项⽬:国家⾃然科学基⾦资助项⽬(N o 159835160)　作者简介:彭天好(1964—),男,江西波阳⼈,副教授,博⼠⽣,主要研究⽅向为机电系统的控制和液压动⼒系统的节能等。

0　引⾔电机变频调速技术依靠改变供电电源的频率就可实现对执⾏机构的速度调节,将电机变频调速技术⽤于液压系统,可以克服液压系统的⼀些缺点,如简化液压回路,减少液压系统的能量损失,提⾼系统效率,降低噪声等。

其中最重要的是减少液压系统的能量损失(包括溢流损失和节流损失),提⾼整个系统的效率。

传统的PI D 调节器以其结构简单,对模型误差具有⼀定的鲁棒性及易于操作等优点,所以⽬前尽管有许多先进的控制⽅法,但PI D 调节器仍是最普遍采⽤的控制器。

在PI D 控制中,控制效果的好坏完全取决于PI D 参数的整定与优化。

【国家自然科学基金】_二阶滑模_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

推荐指数 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1鲁棒性 1 非线性 1 铁损模型 1 解耦 1 离散扩张状态观测器 1 磁悬浮 1 滑模变结构 1 数据驱动 1 效率优化 1 感应电机 1 二阶离散滑模变结构控制 1 二阶动态滑模 1
2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
科研热词滑模控制齐次理论鲁棒控制鲁棒性高超声速滑翔飞行器领导者-跟随者非线性积分静液传动近空间飞行器轨迹跟踪调速器船舶电站终端滑模控制线性矩阵不等式线性化积分滤波器滑模干扰观测器滑模变结构控制滑模变结构渐近稳定性泵控并联变量马达永磁同步电机欠驱动航天器欠驱动水面船舶机器人编队有限时间稳定性有限时间收敛有限时间估计抖振扰动观测器扩张状态观测器打滑恒压网络径向基函数神经网络广义逆广义双线性系统容积控制姿态调节控制同步发电机双幂次指数趋近率参数不确定性包容控制分散控制二阶滑模控制二阶滑模变结构控制 tornambe控制 lyapunov方法 l2干扰抑制 backstepping
推荐指数 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

起重机泵阀协同复合控制液压系统能效特性分析

第52卷第2期2021年2月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.2Feb.2021起重机泵阀协同复合控制液压系统能效特性分析都佳1，肖刚2，杨敬1，权龙1(1.太原理工大学机械与运载工程学院，山西太原，030024；2.徐工集团江苏徐州工程机械研究院，江苏徐州，221004)摘要：建立以电子压力补偿原理为基础的起重机泵阀协同复合控制液压系统。

首先，对起重机典型负载原理进行分析，提出一种以手柄开度信号为阈值的多模式控制策略，即在快速运动模式中采用主阀阀口全开，通过控制电液比例泵斜盘摆角控制进入执行器流量，在微动模式中实时控制主阀阀口开度及电液比例泵斜盘摆角，通过阀芯位置、压力的闭环控制实现流量精准匹配。

其次，采用AMESim 软件，建立传统抗流量饱和负载敏感液压系统仿真模型，并通过试验验证仿真模型的准确性。

最后，建立起重机泵阀协同复合控制液压系统AMESim 仿真模型。

研究结果表明，与传统抗流量饱和负载敏感液压系统相比，泵阀协同复合控制液压系统在变幅联单动作微动模式下系统能耗降低约2.74%，变幅联单动作快速运动模式下系统能耗降低约9.23%，变幅联和卷扬联复合运动模式下系统能耗降低约10.60%。

关键词：工程机械；液压系统；抗流量饱和；泵阀协同；电子压力补偿；AMESim 仿真模型；能效特性中图分类号：TH137文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）02-0389-11Energy efficiency characteristics analysis for crane hydraulicsystem of pump-valve coordinated composite controlDU Jia 1,XIAO Gang 2,YANG Jing 1,QUAN Long 1(1.College of Mechanical and Vehicle Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;2.Jiangsu Xuzhou Construction Machinery Research Institute,Xuzhou 221004,China)Abstract:A pump-valve coordinated composite control hydraulic system(PVCS)based on the principle of electronic pressure compensation was established.Firstly,the typical load principle of cranes was analyzed,and a multi-mode control strategy with the handle opening signal as a threshold was proposed.In the rapid motion mode,DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.02.007收稿日期：2020−05−13；修回日期：2020−07−22基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2018YFB2001203)；山西省重点研发计划项目(201903D111007)；国家自然科学基金山西煤基低碳基金联合资助项目(U1920211)(Project(2018YFB2001203)supported by the National Key Research and Development Program of China;Project(201903D111007)supported by the Key Research and Development Program of Shanxi Province;Project(U1920211)supported by the National Natural Science Foundation of China &Shanxi Coal-based Low Carbon Foundation)通信作者：杨敬，博士，副教授，从事工程机械液压节能系统与功率匹配研究；E-mall:********************.cn引用格式：都佳,肖刚,杨敬,等.起重机泵阀协同复合控制液压系统能效特性分析[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(2):389−399.Citation:DU Jia,XIAO Gang,YANG Jing,et al.Energy efficiency characteristics analysis for crane hydraulic system of pump-valve coordinated composite control[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(2):389−399.第52卷中南大学学报(自然科学版)the main valve was fully opened,and the flow rate into the actuator was controlled by controlling the displacementof the electro-hydraulic proportional pump.In the micro-motion mode,the opening of the main valve port and the displacement of the electro-hydraulic proportional pump were controlled in real time.The accurate flow matching was achieved through the closed-loop control of the spool position and pressure.Secondly,the AMESim simulation model of the LSHS was established and the accurateness of the simulation model was verified by experiments.Finally,the AMESim simulation model of the PVCS was established.The results show that compared with the LSHS,the PVCS reduces the system power consumption by about2.74%in the single-action micro-motion mode.The system power consumption is reduced by about9.23%in the single-action rapid motion mode with lifting cylinder,and the system power consumption is reduced by about10.60%in the combined motion mode of the lifting cylinder and winch motor.Key words:construction machinery;hydraulic system;flow-saturated resistant;pump-valve coordination; electronic pressure compensation;AMESim simulation model;energy efficiency analysis目前，工程机械领域尤其是起重机的液压系统普遍采用传统抗流量饱和负载敏感系统。

液压泵控马达调速复合控制系统研究

ｏｎＬＱｔｈｅｏｒｙａｎｄｄｙｎａｍｉｃｒｏｂｕｓｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ｔｈｅｓｔａｔｉｃ－ｅｒ＿
ＷＵＤｉ，

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＸｉｃｈａｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＸｉｃｈａｎｇＳｉｃｈｕａｎ６１５０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｉｒｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈｅｎｇｄｕＳｉｃｈｕａｎ６１００６５，Ｃｈｉｎａ）
关键词：液压泵控马达；电液伺服系统；最优二次型控制；动态鲁棒补偿中图分类号：ＴＨ１３７．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１— ３８８１（２０１３）５— ０７５—３
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＣｏｍｐｏｕｎｄＳｐｅｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＰｕｍｐ— ｍｏｔｏｒ

变频恒压供水系统的Smith预估复合控制

ＹＩＮＣｈａｏ，ＬＩＭａｏｊｕｎ，ＺＨＡＮＧＪｉｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｓｈａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＰＩＤ— ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｗｉｔｈＳｍｉｔｈｐｒｅｄｉｃｔｏｒｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｏｎｌｉｎｅａｉｔｒｙ，ｒａｎｄｏｍｉｃｉｔｙ，ｌａｒｇｅｉｎｅｒｔｉａａｎｄｂｉｇｄｅｌａｙ．Ｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｙｇｃｏｍｂｉｎｅｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｇｏｏｄｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ，ｈｉｇｈｒｅｇｕｌａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｕｒｅｌａｇｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆＳｍｉｔｈｐｒｅｄｉｃｔｏｒ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｒｅｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’ Ｓｓｔａｔｉｏｎａｒｉｔｙ，ｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｕｌｄｅｖｉｄｅｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｐｅｅｄａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｃｅｓｓ，ｈａｄｇｏｏｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｎｄｗｅｌｌａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｔｏｖａｉｒａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＰＩＤ— ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｙｇｗｉｔｈＳｍｉｔｈｐｒｅｄｉｃｔｏｒｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔｅａｄｙｐｅｆｒｏｍａｒｎｃｅｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ￣ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ，ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌａｎｄＰＩＤ— ｆｕｚｚｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｎｔｒｏ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖａｒｉａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｓｔａｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅ；ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ；ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ；Ｓｉｔｍｈｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ

全液控变量泵复合控制功能的仿真分析_薛亚峰

1）在 7 s 时间附近，工作压力上升为 16 MPa，达到恒功率设定的起始控制压力，输出流量以压力增加的相同比例减少；10 s 时工作压力达到最大值，流量不再变化。12 s 时，工作压力开始下降，输出流量以压力下降的相同比例增加，12.5 s 时间附近，工作压力下降为 16 MPa，流量上升为最大值，12.5 s~20 s 时间内，工作压力低于恒功率设定的起始控制压力，输出流量不再变化。
参数 10 mm | 0 mm 190 N/mm | 165 N 0.002 kg | 0.003 m 10 mm | 8.5 mm
2 mm 10 mm | 0 mm
1 0.002-x 6 mm | 5 mm 1 N/mm | 5 N 1 mm 5 mm 10 mm | 8.5 mm -2 mm
图 8 恒功率控制机构仿真模型图
1 -1/0.035 35 mm | 0 mm 3 N/mm | 25 N 0.5 kg | -0.035 m
1/ m
2 负载敏感控制功能
由图 1 中负载敏感阀的工作原理建立其结构模
型[5]，如图 3 所示，p 口接变量泵工作压力 p0 ，A 口接变量活塞腔，T 口接油箱，X 口接负载反馈压力 pL 。
lever1_2（斜盘） bhr1_3（变量活塞阻尼孔）
pump03_2（变量泵） signal03_2（电机输入信号）
pmover01v（电机） elect01_2（斜盘位移转换函数）
bap3_2_2（变量活塞）
spring stiffness | spring force at zero displacement distance port 1 | 2to pivot equivalent orifice diameter pump displacement output at start of stage 1 | 2

离心泵机组并联调速优化运行的数值解法

收稿日期: 2007- 11 - 19 基金项目: 兰州理工大学 / 学术梯队及特色研究方向重点资助计划 0项目 ( T200303 ); 兰州理工大学硕士基金资助项目 ( 0212 )
作者简介: 韩伟 ( 1977) ) , 男, 安徽砀山人, 讲师, 博士研究生 ( hanw e@i lu t. cn) , 主要从事流体机械及工程多相流的研究.
[
( k1
nc12
/K
c 1
)
0.
5
+
( k2 nc22
/K
c 2
)
0.
5
]
2
考虑管路水力损失后泵站的管路折引特性为
H G = H ST + SBD Q 2 1. 2 多泵并联运行功耗分析
( 8)
单泵功率
Pi
=
QgQ i H G
i
=
CQ i H i G
( 9)
式中 C为输送流体的重度; 泵效率 [ 5 ] 为
2
P i = P 1 + P2 =
i= 1
C Q 1H 1 G1
+
Q 2H G2
2
=
C Q 1 (H K1 -
s
+
SAB
Q
2 1
)
0.
4 4Q
1
0.
32
+
Q 2 (H K2 -
s+
SCB
Q
2 2
)
0.
4
4Q
2
0.
32
( 15)
2 并联调速优化运行的数学模型
2. 1 并联调速优化运行数学建模
泵站系统约束条件: 泵站系统的流量 Q s、扬程

泵控马达复合调速系统控制

略。
ｔｌｉｏｒ
在ＡｓＭＥｉ面建立变频器及电机的仿真模型。ｍ里
１２系统控制方案．
Ｖ＜：系统需要加速，变频器驱动电机转速增
加，电液比例方向阀保持最大开口；Ｖ＞：系统需要减速，变频器驱动电机转速下
摘要：介绍了泵控马达变转速节流复合调速系统的工作原理及结构，建立了系统的Ａｓ－ｉｕｉｋ的联合仿真模ＭＥｉＳｍｌｍｎ型，提出了泵控马达变转速节流复合调速系统的控制策略，并进行了仿真分析。关键词：泵控马达；调速系统；复合调速；控制
中图分类号：Ｈ１７Ｔ３
Ｏａ￣ｔｔｔｔ
ｇｍａ￣ｉｌｉｌ毒豳ｅ曲ｋ，．ｒ￥材。ｌ
ｋ
出到定子侧的电流频率为０Ｈ０Ｈ。依据［，ｚ５ｚ１异】
步电机的电磁转矩公式：
ｒ一Ｕ１ｐＫ１一＝ＵＩ
ＩｍΒιβλιοθήκη 一ｔ嘲Ｓｊｔｋ
第４（期总第４期）１
２１００年７月
温体．动与传控利
ＦｕｄＰｗｅａｍｉｓｏｎｏｔｌＩｉｏｒＴｒｎｓｓｉｎａｄＣｎｒｏ
泵控马达复合调速系统控制
刘佳东彭天好朱刘英胡佑兰
（徽理工大学机械工程学院安徽淮南２２０安３０１）
２。主回路部分采用典型的泵控马达变转速节流复）合调速系统，制部分采用闭环控制结构，备较控具强的抗干扰能力。系统工作时，利用控制器操纵复合调速系统，系统的被控制量等于给定值或给定使信号变化规律去变化。

电动叉车泵阀联合调速系统优化

分析研究 ANALYSIS RESEARCH
电动叉车泵阀联合调速系统优化
王一新柯坚杨志军杨雯雯李灵芝西南交通大学机械工程学院成都 610031
摘要：针对电动叉车泵阀联合调速系统中齿轮泵出口压力与负载不匹配的问题，通过分析叉车液压系统构成和比例流量阀流量控制的基本原理，提出采用比例溢流阀代替普通溢流阀应用于叉车泵阀联合调速系统中，并针对叉车使用工况设计了压力敏感控制方式。Matlab 和 AMESim 联合仿真表明：改进后的液压系统齿轮泵出口压力能与负载实现较好的匹配，从而在不影响调速精度的情况下减小机械传动扭矩，降低能耗，能够减轻机械系统的磨损并延长电动叉车单次使用时间。
际使用中发现存在响应慢的缺陷。根据电动叉车复杂工况的性能要求采用一种泵阀联
合控制的方案，将比例流量阀和变频电机控制系统结合起来，根据系统不同工况调节泵阀的工作参数，使液压系统可以兼顾效率和响应速度。常规比例阀控制系统主要采用恒压油源，由于调速时齿轮泵出口压力恒定为溢流阀调定压力，无法与负载相匹配，从而存在节流损失，因此，会降低电动叉车单次工作时间 [5, 6]。本文分析了叉车液压系统提升效率的可能性，在满足负载要求的前提下，从系统效率最优角度出发 , 通过调节比例溢流阀使泵出口压力与负载匹配，液压系统效率得到了提高。
Keywords: electric forklift; proportional relief valve; pressure sensitive; AMESim
0 引言
与传统燃油叉车相比，电动叉车具有节能环保、使用和维护成本低等优势，是目前叉车行业的研究热点。在电动叉车动力选择方面，可采用多个直流电机驱动和单一交流电机驱动。采用变频驱动单一大功率交流电机作为动力源以其高可靠性和低维护成本的优势正在逐渐成为电动叉车的最优驱动源。电 [1-3] 机驱动单一液压泵向所有执行元件供油，虽然简化了结构，减轻了设备质量，改善了维护性，但是多个执行机构在不同负载和运动参数下对系统的压力和流量有不同的需求 [4]。传统燃油叉车液压系统主要采用容积控制方式，不存在节流损失。电动叉车若采用同样的控制方式则响应速度取决于电机或泵的响应，在短期内无法满足高响应的要求。所试制的一台变频电机带定量泵容积调速的电动叉车在实

风力机定量泵-并联变量马达主动系统并网控制

风力机定量泵并联变量马达主传动系统并网控制孔祥东1,2宋豫1,2 艾超1 王静1,21.先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学),秦皇岛,0660042.燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室,秦皇岛,066004摘要:提出了液压型风力发电机组定量泵双并联变量马达主传动系统并网的控制方法,即当首台变量马达处于并网状态时采用恒压控制方法实现下一台变量马达启动时系统不失稳,并采用结构不变性原理对双并联变量马达速度耦合进行解耦,当下一台变量马达启动后采用转速控制方法实现并网同步转速控制;建立了系统并网控制的数学模型,并进行了仿真研究,得到了不同风速(定量泵转速)条件下系统采用压力与转速控制的并网过程中定量泵转速㊁变量马达斜盘摆角㊁变量马达转速㊁系统高压压力的响应特性,验证了定量泵双并联变量马达系统并网控制方法的有效性,为拓展液压型风力发电机组在大型及超大型机型中的应用奠定了理论基础㊂关键词:风力发电;定量泵并联变量马达;并网控制;压力控制;转速控制中图分类号:T H 137 D O I :10.3969/j.i s s n .1004132X.2015.16.015G r i dC o n n e c t e dC o n t r o l i nF i x e dD i s p l a c e m e n t P u m p‐P a r a l l e l V a r i a b l eM o t o r o fM a i nT r a n s m i s s i o nS ys t e mi n W i n dT u r b i n e K o n g X i a n g d o n g 1,2 S o n g Y u 1,2 A i C h a o 1,2 W a n g J i n g1,21.K e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e dF o r g i n g &S t a m p i n g T e c h n o l o g y a n dS c i e n c e (Y a n s h a nU n i v e r s i t y),M i n i s t r y o fE d u c a t i o no fC h i n a ,Q i n h u a n gd a o ,He b e i ,0660042.H e b e i P r o v i n c i a lK e y L a b o r a t o r y o fH e a v y M a c h i n e r y Fl u i dP o w e r T r a n s m i s s i o na n dC o n t r o l ,Y a n s h a nU n i v e r s i t y ,Q i n h u a n gd a o ,He b e i ,066004A b s t r a c t :A g r i dc o n n e c t e dc o n t r o lm e t h o d w a s p r e s e n t e dh e r e i n ,w h i c h w a su s e di nt h e m a i nt r a n s m i s s i o n s y s t e mo f t h e f i x e dd i s p l a c e m e n t p u m p ‐d o u b l e p a r a l l e l v a r i a b l em o t o r i nh yd r a u l i cw i n d t u r b i ne ,n a m e l y wh e n t h e f i r s t v a r i a b l em o t o rw o r k e d i n t h e s t a t eo f g r i dc o n n e c t e d ,a n o t h e rv a r i a b l e m o t o r d i d n ’t l o s es t a b i l i t y i ns t a r t u p u n d e r t h ec o n s t a n t p r e s s u r ec o n t r o lm e t h o d .T h er o t a t es pe e d c o u p l i n g of t h ed o u b l e p a r a l l e l v a r i a b l e m o t o rw a se l i m i n a t e d w i t ht h e p r i n c i p l eo f s t r u c t u r e i n v a r i -a n c e ,t h e r e f o r e ,w h e na n o t h e rv a r i ab l em o t o rw a s p o s t ‐l a u nc h ,t h e g r i dc o n n e c t e ds yn c h r o n o u s r o t a t e s p e e dw a s c o n t r o l l e du n d e r t h es p e e dc o n t r o lm e t h o d .M e a n w h i l e ,t h e g r i dc o n n e c t e dc o n t r o lm a t h e -m a t i c a lm o d e lw a se s t a b l i s h e d ,a n ds i m u l a t i o n w a sc o n d u c t e d .W i t h p r e s s u r ea n ds pe e dc o n t r o l ,t h ef i x e dd i s p l a c e m e n t p u m p r o t a t e s p e e d ,t h ev a r i a b l em o t o r s w a s h p l a t e a n gl e ,t h ev a r i a b l em o t o r r o t a t e s p e e d a n d t h e s y s t e mh i g h p r e s s u r e r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s i n t h e p r o c e s s o f g r i d c o n n e c t e dw e r e o b -t a i n e du n d e r t h e c o n d i t i o no f d i f f e r e n tw i n ds p e e d (f i x e d ‐d i s p l a c e m e n t p u m p r o t a t e s pe e d ).T h e g r i d c o n n e c t e d c o n t r o lm e t h o dw a s v e r if i e d i n t h e f i x e dd i s p l a c e m e n t p u m p ‐d o u b l e p a r a l l e l v a r i a b l em o t o r .T h i s r e s e r a c h l a y s a t h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n t o e x p a n d t h e h y d r a u l i cw i n d t u r b i n e i n t h e a p p l i c a t i o n s o f l a rg e a n d s u p e r l a r gew i n d t u r b i n e .K e y w o r d s :w i n d p o w e r g e n e r a t i o n ;f i x e dd i s p l a c e m e n t p u m p ‐p a r a l l e lv a r i a b l e m o t o r ;g r i dc o n -n e c t e d c o n t r o l ;p r e s s u r e c o n t r o l ;s pe e d c o n t r o l 收稿日期:20150315基金项目:国家自然科学基金资助项目(51475406;51405423;51375422)0 引言随着传统能源储量的急剧减少,人们对新能源的关注与研究正在不断地深入㊂风能作为洁净的可再生能源的一种,已经受到很多国家的重视,风电产业正在飞速发展㊂风中蕴含着用之不尽的能源,但是,目前风电行业面临着一个重要的问题是并网困难,主要是由于风力发电机组的电能质量不能满足电网要求,这就导致装机容量与发电量之间存在巨大的差距,设备不能发挥其能力㊂传统的风力发电机组机型主要是双馈型和直驱型,双馈型通过齿轮箱给主轴升速从而带动交流异步电动机,直驱机型风轮主轴直接与永磁同步㊃5122㊃风力机定量泵并联变量马达主动系统并网控制孔祥东宋豫艾超等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.发电机相连,两种机型最大的问题是传动系统无法消除风速波动对电能质量的影响㊂新型的液压型风力发电机组应用了液压系统无级调速与功率密度高的优势,有效降低功率波动的同时还减小了机组的重量,降低了装机成本,是未来风电发展的一种主要机型㊂2009年,苏格兰A r t e m i s I n -t e l l i g e n tP o w e r 公司采用数字定量泵并联数字变量马达传动形式,进行了1.5MW 液压型风力发电机组模型研究[1]㊂2010年,德国亚琛工业大学采用径向柱塞泵和轴向柱塞马达系统,搭建定量泵并联变量马达实验系统,对其运行特性进行了实验研究[2‐3]㊂但以上研究均未见应用的相关报道,没有实现产业化㊂采用定量泵并联变量马达系统作为风力发电机组动力传输机构,能够有效地提升机组的性能㊂研究者针对定量泵并联变量马达系统进行了广泛的研究㊂文献[4]在定量泵并联变量马达系统中采用压力规划法降低系统压力波动,同时在转速控制中加入扰动观测器,提高了系统的抗干扰能力和稳态精度;文献[5]对单泵多并联马达系统进行分层协调控制,根据一阶滑模观测器估算的道路条件确定最优滑移率,实现车辆优越的加速和减速性能;文献[6]针对越野性能要求高的步兵战车驱动系统,结合恒压网络技术提出改进的M R A C (N a r e n d r a m o d e lr e f e r e n c ea d a pt i v e c o n t r o l )方法实现双马达速度同步控制,降低了压力波动,对负载干扰具有较强的鲁棒性;文献[7]分析了单变量泵并联变量马达的同步转速控制,利用基于流量均衡控制与压力速度之和反馈相结合的控制策略,无需解耦即可实现工程车辆同步控制㊂本文以液压型风力发电机组主传动系统作为研究对象,采用定量泵双并联变量马达系统实现并网控制㊂提出了基于系统恒压控制[8‐10]的双并联变量马达转速控制[11‐13]方法,有效解决了双并联变量马达启动时对系统的压力冲击问题,使同步发电机满足并网要求㊂1 液压型风力发电机组工作原理液压型风力发电机组定量泵双并联变量马达主传动系统原理如图1所示,主要由风力机㊁定量泵双并联变量马达液压系统㊁同步发电机组成㊂风力机吸收风能并传递至定量泵,定量泵输出高压油带动变量马达旋转,变量马达带动同步发电机将液压能转化为电能送入电网㊂图1 液压型风力发电机组主传动系统原理图为了提高系统的效率与风能利用率,在风速低于双发电机并网阈值时,系统只投入一台变量马达及与其相连的发电机,当风速高于这一阈值时,开关阀打开,系统投入第二台变量马达及与其相连的发电机,实现双并联发电机发电㊂2 定量泵双并联变量马达系统数学模型液压型风力发电机组定量泵双并联变量马达主传动系统回路原理简图见图2㊂采用图2所示的原理图模型推导定量泵双并联变量马达系统传递函数时,两台变量马达型号相同,故其数学表达相同,以下角标1和2区别,并作如下假设:①连接管道为硬管且长度很短;②液压泵和马达腔的容积为常数;③系统中高低压腔的压力分别均匀相等;④不考虑补油系统㊂图2 定量泵双并联变量马达主传动系统回路原理简图在工作点处将斜盘摆角γ与高压管路压力p h 的乘积构成一个非线性方程进行线性化处理,有γp h =(γ(0)+Δγ(t ))(p h (0)+Δp h (t ))(1)式中,γ为变量马达斜盘摆角,为[0,1]区间取值的量纲一数值;γ(0)为变量马达初始斜盘摆角,r a d ;Δγ(t )为变量马达初始斜盘摆角变化量,r a d ;p h (0)为高压管路初始压力,P a ;Δp h (t )为高压管路压力变化量,P a ㊂忽略二阶无穷小量,整理得γp h =γ0p h 0+Δγ(t )p h 0+γ0Δp h (t )(2)式中,p h 0为高压管路初始压力,P a ;γ0为变量马达初始斜盘摆角,r a d㊂变量马达与负载的力矩平衡方程的拉氏变换式为K m γp h 0+K m γ0p h =J ms 2θm +B m s θm +G m θm +T m (3)㊃6122㊃中国机械工程第26卷第16期2015年8月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.式中,K m 为变量马达排量梯度,m 3/r a d ;θm 为变量马达转角,r a d ;J m 为变量马达与负载(折算到变量马达轴上)的总惯量,k g㊃m 2;B m 为变量马达轴端的黏性阻尼系数,N ㊃s /m ;G m 为变量马达轴端的负载弹簧刚度,N /m ;T m 为作用在变量马达上的电磁转矩,N ㊃m ㊂定量泵双并联变量马达高压腔流量连续性方程为q p =qm 1+q m 2+V 0βe d p h d t (4)式中,q p 为定量泵流量,m 3/s ;q m 为变量马达流量,m 3/s ;V 0为定量泵与变量马达之间高压管路总容积,m 3;βe 为油液综合体积弹性模量,P a㊂将变量马达流量方程代入式(4)有q p =[K m γ1d θm 1d t+C i m 1(p h -p l )+C e m 1p h ]+ [K m γ2d θm 2d t +C i m 2(p h -p l )+Ce m 2p h ]+V 0βe dp h d t (5)式中,p l 为低压管路压力,P a ;C i m ㊁C e m 分别为变量马达内外泄漏系数,m 3/(s ㊃P a)㊂在工作点处将斜盘摆角γ与dθm d t的乘积构成非线性方程进行线性化处理,有γ(t )d θm (t )d t=γ0ωm 0+Δγ(t )ωm 0+γ0Δωm (t )(6)式中,ωm 0为变量马达转速初始值,r a d /s ;Δωm (t )为变量马达转速变化值,r a d /s㊂将式(6)代入式(5),则其拉氏变换式为q p =(K m γ1ωm 01+K m γ01s θm 1)+(K m γ2ωm 02+K m γ02s θm 2)+C t m p h +V 0βe s p h(7)式中,C t m 为变量马达总泄漏系数,C t m =C i m +C e m ㊂由变量马达流量方程与式(4)㊁式(7)得到定量泵双并联变量马达系统传递函数为q m 1=D m 1ωm 1+C i m 1(p h -p l )+C e m 1p h(8)q m 2=D m 2ωm 2+C i m 2(p h -p l )+C e m 2p h(9)K m γ1p h 0+K m γ01p h =J m 1s 2θm 1+B m 1s θm 1+G m 1θm 1+T m 1(10)K m γ2p h 0+K m γ02p h =J m 2s 2θm 2+B m 2s θm 2+G m 2θm 2+T m 2(11)q p =K mγ1ωm 01+K m γ01s θm 1+K m γ2ωm 02+K m γ02s θm 2+C t m p h +V 0βe s p h(12)由定量泵流量方程和式(8)~式(12),联立可得定量泵双并联变量马达系统传递函数方框图,见图3㊂图3 定量泵双并联变量马达系统方框图当定量泵和两变量马达输出端刚度很大时,G m 1=G m 2=G p =0㊂图3中共包含5个输入量γ1㊁γ2㊁T p ㊁T m 1㊁T m 2和3个输出量θp ㊁θm 1㊁θm 2,系统高压压力p h 为中间变量㊂由式(11)得p h =D p ωp -K m γ1θ㊃m 01-K m γ01s θm 1-K m γ2θ㊃m 20-K m γ02s θm 2C t +V 0βe s (13)式中,ωp 为定量泵转速,r a d /s ;D p 为定量泵排量,m 3/r a d;C t 为总泄漏系数,即定量泵总泄漏系数与变量马达总泄漏系数之和,m 3/(s ㊃P a)㊂将式(13)代入定量泵力矩平衡方程得θp =[D p K m γ1θ㊃m 01+D p K m γ01s θm 1+D p K m γ2θ㊃m 02+D p K m γ02s θm 2+T p (C t +V 0βe s )][J p V 0βe s 3+(J pC t +B pV 0βe )s 2+(D 2p +B p C t +G pV 0βe )s +G p C t ]-1(14)式中,θp 为定量泵转角,r a d ;T p 为作用在定量泵上的驱动力矩,N ㊃m ;J p 为定量泵和负载(折算到定量泵轴上)的总惯量,k g ㊃m 2;B p 为定量泵轴端的黏性阻尼系数,N ㊃s /m ;G p 为定量泵轴端的负载弹簧刚度,N /m ㊂㊃7122㊃风力机定量泵并联变量马达主动系统并网控制孔祥东宋豫艾超等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.3 定量泵双并联变量马达系统并网控制策略3.1 并网控制器设计思想当变量马达1工作于并网状态㊁变量马达2未启动时,根据管道中流量平衡的原理,检测定量泵转速可以给定变量马达斜盘摆角,即在恒流状态下给定变量马达1斜盘摆角基准值㊂当变量马达1工作于并网状态㊁变量马达2启动时,检测风速信号和定量泵转速信号,送入压力给定控制器,其输出与系统实际压力信号的差值送入压力控制器,控制变量马达1斜盘摆角进行调整,实现系统高压压力基本稳定在给定值,即在恒压状态下进行变量马达2启动㊂定量泵转速受变量马达1斜盘摆角与变量马达2斜盘摆角的共同作用,当定量泵输入转速为定值时,可采用结构不变性解耦原理,实现系统转速控制环节互不相关,即变量马达2斜盘摆角和转速变化均不会影响系统高压压力,系统压力只由变量马达1斜盘摆角决定,通过变量马达1摆角控制器控制,实现系统高压压力恒定㊂当变量马达1工作于并网状态㊁变量马达2启动㊁系统工作于恒压状态时,系统稳定于(1500±6)r /m i n 的并网同步转速下,实现变量马达2进入并网工作状态㊂3.2 并网控制器设计根据图4所示的并网流程,可实现定量泵双并联变量马达系统并网控制器的设计,但是,由式(13)分析可知,无论变量马达1斜盘摆角㊁变量马达2斜盘摆角㊁变量马达2外负载中哪一参量改变,都会引起系统高压压力变化,即两转速控制通道相互耦合㊂图4 定量泵双并联变量马达系统并网流程图变量马达在调整转速过程中,由于风力机转动惯量很大对其转速的影响不大,故可以认为定量泵转速不变;变量马达1处于并网状态时,其转速被电网拖住为定值,化简定量泵双并联变量马达系统传递函数,其简化方框图见图5㊂图5 定量泵双并联变量马达系统简化方框图分析图5可知,若要保证高压压力不变,则需令A 点流量不变,而A 点流量变化受变量马达1和变量马达2两部分变化影响:Δq m 1=K mθ㊃m 01Δγ1(15)Δq m 2=K mθ㊃m 02Δγ2+K m γ02Δωm 2(16)式中,Δq m 1㊁Δq m 2分别为变量马达1㊁2引起的A 点流量变化,m 3/s㊂由A 点流量不变的要求得Δq A =Δq m 1+Δq m 2=0(17)式中,ΔqA 为A 点流量变化,m 3/s ㊂由式(15)~式(17)联立得Δγ1=-K m θ㊃m 02Δγ2+K m γ02Δωm 2K m θ㊃m 01(18)由式(18)可以看出,通过实时检测变量马达2斜盘摆角和变量马达2转速的变化值,即可计算出变量马达1斜盘摆角的补偿值送入控制器,在此利用结构不变性解耦补偿方法实现了系统恒压控制㊂基于以上分析可以得出定量泵双并联变量马达控制系统简图见图6,系统共包括5个控制器:压力给定控制器㊁压力控制器㊁变量马达1斜盘摆角控制器㊁变量马达2斜盘摆角控制器㊁斜盘摆角补偿控制器㊂通过上述理论分析,该方法可扩展到定量泵多并联变量马达系统,实现多台发电机依次并网,从而拓展液压型风力发电机组在大型及超大型机型中的应用㊂㊃8122㊃中国机械工程第26卷第16期2015年8月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图6 定量泵双并联变量马达控制系统简图4 定量泵双并联变量马达系统并网控制仿真研究4.1 仿真平台利用A M E S i m 与M A T L A B /S i m u l i n k 软件搭建了液压型风力发电机组定量泵双并联变量马达主传动液压控制系统仿真模型,如图7所示,采用该模型对不同风速变化条件下高压压力㊁变量马达斜盘摆角㊁变量马达转速响应特性进行了分析㊂图7 液压控制系统仿真模型针对液压型风力发电机组设置主传动液压系统仿真参数如表1所示㊂表1 主传动液压系统仿真参数表风力机转动惯量(k g㊃m 2)400定量泵排量(m L /r)63变量马达最大排量(m L /r)40系统低压管路溢流压力(M P a )1.2系统高压管路溢流压力(M P a)35系统补油压力(M P a )0.5补油流量(L /m i n )200定量泵输入转速范围(r /m i n )100~900变量马达同步转速(r /m i n)1500发电机负载转动惯量(k g㊃m 2)0.45管道初始容积(L )2.8 风力机大部分时间工作在局部负荷区,通过实时检测风速,并从风力机气动转矩特性获取风功率值,便可计算出系统高压压力给定值㊂对于液压型风力发电机组,风速取值范围为4~13m /s㊂当并联变量马达处于并网状态且风速不变时,计算得出系统高压压力给定值如表2所示㊂表2 高压压力参数设定风速(m /s)叶轮转速(r /m i n)气动转矩(N ㊃m )输出功率(k W )高压压力(k P a)423032.24170.77383200528747.27751.4184700634472.5442.61167230740198.744.147198508458128.9676.1904128709516163.22388.81411627010573201.5112.09062009011630243.82816.09272433012688290.17520.89262892013745340.55326.5632339604.2 仿真结果分析图8所示为风速9m /s 时变量马达2进入并网状态前系统响应仿真结果㊂在第10s 将变量马达2启动㊂㊃9122㊃风力机定量泵并联变量马达主动系统并网控制孔祥东宋豫艾超等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图8 风速9m/s时系统仿真结果分析图8的结果可知,当风速(定量泵转速)不变,系统稳定于某一状态时,变量马达2进入并网状态前,变量马达1保持稳定的并网转速,变量马达2转速按要求提升至并网转速,并控制高压压力快速稳定于恒值,确保系统不失稳㊂图9㊁图10所示为风速6~9m/s斜坡变化㊁(8+0.5s i n t)m/s正弦变化时变量马达2进入并网状态前系统响应仿真结果㊂在第10s将变量马达2启动㊂图9 风速6~9m/s斜坡变化时仿真结果分析图9㊁图10的结果可知,当风速(定量泵转速)分别为斜坡变化㊁正弦变化时,解耦控制方法均可实现变量马达1在并网条件下㊁变量马达2进入并网状态前,对系统高压压力的稳定控制,保证变量马达2启动直至达到并网状态,系统高压压力在一定范围内波动,满足系统控制要求㊂由图8~图10结果可以看出,当风速(定量图10 风速(8+0.5s i n t)m/s正弦变化时仿真结果泵转速)按照上述情况变化时,变量马达1能够在变量马达2启动时迅速调整斜盘摆角,满足并网的同步转速要求,并且两台变量马达能够快速跟踪风速变化使系统的高压压力在变化过程中均只有小幅波动并很快恢复稳定状态,保证并网对系统压力的控制要求㊂同时,变量马达2的转速逐渐升高并稳定到并网同步转速,此过程实质上就是定量泵流量的分流过程㊂仿真结果从理论上验证了定量泵双并联变量马达系统并网控制方法的有效性㊂5 结论(1)对液压型风力发电机组定量泵双并联变量马达系统的数学模型进行了分析,得到了第二台变量马达并网时,解决系统高压压力稳定控制的解耦控制方法,抑制了两台变量马达斜盘摆角变化时因互相耦合导致的系统高压压力波动㊂(2)采用并网前系统恒压状态下并联马达恒转速控制策略,实现了并联两台变量马达的并网控制,可防止液压系统失稳,获得良好的控制效果,从而保证了双并联变量马达顺利达到并网要求㊂参考文献:[1] T s u t s u m iK,S h i m i z u M,M a e k a w a A,e ta l.P o w e rG e n e r a t i n g A p p a r a t u so fR e n e w a b l eE n e r g y T y p e:U S,20130067900[P].2011‐12‐1.[2] K o h mäs c h e rT.M o d e l l B i l d u n g A n a l y s eu n dA u s l e-g u n g H y d r o s t a t i s c h e rA n t r i e b s s t r a n g k o n z e p t e[D].A a c h e n,G e r m a n y:RWT H A c h e n,2008.[3] J o h a n n e sS,N i l sV,H u b e r t u s M.H y d r o s t a t i cD r i v eT r a i ni n W i n d E n e r g y P l a n t s[C]//E W E A2011B r u s s e l sE u r o p e’sP r e m i e rW i n dE n e r g y E v e n t S c i-㊃0222㊃中国机械工程第26卷第16期2015年8月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.e n t if i c,P r o c e e d i ng sE u r o p e a n W i n dE n e r g y C o n f e r-e n c e&E x h i b i t i o n.B r u s s e l s,2011:20‐23.[4] 郑琦,李运华,杨丽曼.控并联变量马达速度系统复合控制策略[J],北京航空航天大学学报,2012,38(5):692‐696.Z h e n g Q i,L iY u n h u a,Y a n g L i m a n.C o m p o u n dC o n-t r o l S t r a t e g y f o r t h eP u m p‐c o n t r o l l e d‐p a r a l l e l‐v a r i a-b l e‐d i s p l ac e m e n t‐m o t o r S p e e dS y s t e m[J].J o u r n a l o fB e i j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s,2012,38(5):692‐696.[5] L iY u n h u a,H eL i u y u,Y a n g L i m a n.C o o r d i n a t e d a n dO p t i m a lA c c e l e r a t i o n a n dD e c e l e r a t i o nD r i v i n g C o n-t r o lf o r M u l t i‐a x l e H y d r o s t a t i c D r i v i n g V e h i c l e[C]//12t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o nC o n t r o l,A u-t o m a t i o n,R o b o t i c sa n d V i s i o n.G u a n g z h o u,2012: 524‐529.[6] W uB a o l i n,Q i uL i h u a,W a n g Z h a n l i n.F o u rW h e e l sD r i v e nI n d e p e n d e n t l y b y O n eP u m p D r l v i n g F o u rH y d r a u l l c M o t o r s[J].C h i n e s eJ o u r n a l o f M e c h a n i-c a l E n g i n e e r i n g,2005,18(2):232‐236.[7] 吴保林,裘丽华,唐志勇,等.工程机械液压底盘模拟实验台双马达同步技术研究[J].中国机械工程, 2006,17(9):899‐902.W uB a o l i n,Q i uL i h u a,T a n g Z h i y o n g,e t a l.R e s e a r c ho nS p e e dS y n c h r o n i z a t i o nC o n t r o l o fD o u b l eM o t o r s o fH y d r a u l i cC h a s s i sS i m u l a t i o n E x p e r i m e n t a lD e-v i c eo fE n g i n e e r i n g V e h i c l e s[J].C h i n a M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,2006,17(9):899‐902.[8] S c h a c h l e sC,S c h a c h l e sP,S c h a c h l e sE,e ta l.W i n dP o w e rG e n e r a t i n g S y s t e m:U S,4503673[P].1979‐05‐25.[9] D a v i d M,T r a c y C.H y d r a u l i c C o n t r o lD e v i c ef o rW i n dT u r b i n e:U S,4715782[P].1998‐10‐29. [10] 查普驱动公司.涡轮机速度稳定控制系统:中国,200980136335.3[P].2010‐03‐25.[11] D i n g H a i g a n g,Z h a oJ i y u n.C h a r a c t e r i s t i cA n a l y s i so fP u m p C o n t r o l l e dM o t o r S p e e dS e r v o i n t h eH y d r a u l i cH o i s t e r[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fM o d e l l i n g,I d e n t i-f i c a t i o n a n dC o n t r o l,2013,19(1):64‐74.[12] T r i e t H u n g H o,K y o u n g K w a n A h n.D e s i g na n dC o n t r o l o f aC l o s e d‐l o o p H y d r a u l i cE n e r g y‐r e g e n-e r a t i v eS y s t e m[J].A u t o m a t i o ni n C o n s t r u c t i o n,2012,22:444‐458.[13] 白国长,祁晓野,王占林.具有相乘非线性的马达速度鲁棒控制[J],北京航空航天大学学报,2008,34(7):803‐806.B a iG u o c h a n g,Q i X i a o y e,W a n g Z h a n l i n.M o t o rS p e e dR o b u s tC o n t r o lw i t h M u l t i p l y i n g N o n l i n e a rP r o p e r t y[J].J o u r n a l o f B e i j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o-n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s,2008,34(7):803‐806.(编辑苏卫国)作者简介:孔祥东,男,1959年生㊂燕山大学机械工程学院教授㊁博士研究生导师㊂主要研究方向为流体传动及控制㊁液压型风力发电机组等㊂发表论文180余篇㊂宋豫,男,1986年生㊂燕山大学机械工程学院博士研究生㊂艾超,男,1982年生㊂燕山大学机械工程学院讲师㊁硕士研究生导师㊂王静,女,1987年生㊂燕山大学机械工程学院硕士研究生㊂(上接第2169页)产生很大的影响㊂(3)由U形和V形二级节流阀口的空化特性曲线可知:体积流量从过流截面A1到A2时,节流截面A2的空化指数要明显大于体积流量从过流截面A2到A1时过流截面A2上的空化指数㊂(4)体积流量不同流向时过流截面上空化现象剧烈程度的不同在宏观上表现为不同流向时节流阀口体积流量出现不一致㊂参考文献:[1] Y eQF,C h e n J P.D y n a m i cA n a l y s i s o f aP i l o t‐o p e r-a t e dT w o‐s t a g eS o l e n o i d V a l v e U s e di nP n e u m a t i cS y s t e m[J].S i m u l a t i o n M o d e l i n g P r a c t i c e a n dT h e o-r y,2009,17:794‐816.[2] D a s g u p t aK,K a r m a k a rR.M o d e l i n g a n dD y n a m i c so fS i n g l e‐s t a g eP r e s s u r e R e l i e f V a l v e w i t h D i r e c-t i o n a lD a m p i n g[J].S i m u l a t i o n M o d e l i n g P r a c t i c ea n dT h e o r y,2002,10:51‐67.[3] C h o i IK,A r v i n dJK,G e o r g e sL,e ta l.S c a l i n g o fC a v i t a t i o nE r o s i o nP r o g r e s s i o n w i t h C a v i t a t i o nI n-t e n s i t y a n dC a v i t a t i o nS o u r c e[J].W e a r,2012,279: 53‐61.[4] J a z iA M,R a h i m z a d e h H.W a v e f o r m A n a l y s i so fC a v i t a t i o n i naG l o b eV a l v e[J].U l t r a s o n i c s,2009,49:577‐582.[5] C a t a n i aAE,F e r r a r iA,S p e s s aE.T e m p e r a t u r eV a r-i a t i o n s i n t h e S i m u l a t i o no fH i g h‐p r e s s u r e I n j e c t i o n‐s y s t e m T r a n s i e n tF l o w su n d e rC a v i t a t i o n[J].I n t e r-n a t i o n a lJ o u r n a lo f H e a ta n d M a s s t r a n s f e r,2008(51):2090‐2107.[6] L i Z,J i n g L,Y u a nRB,e t a l.T h eC F D A n a l y s i so fT w i nF l a p p e r‐n o z z l eV a l v e i nP u r eW a t e rH y d r a u l i c[J].P r o c e d i aE n g i n e e r i n g,2012,31:220‐227. [7] F uX,D uX W,Z o uJ,e t a l.S i m u l a t i o na n dE x p e r i-m e n t o fB u b b l y F l o wI n s i d eT h r o t t l i n g G r o o v e[J].C h i n e s e J o u r n a l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,2007,20(5):37‐41.(编辑卢湘帆)作者简介:李四海,男,1982年生㊂浙江省特种设备检验研究院工程师㊁硕士㊂主要研究方向为动力机械及节能装备技术㊂发表论文10余篇㊂袁士豪,男,1983年生㊂浙江制氧机集团有限公司工程师㊁博士㊂㊃1222㊃风力机定量泵并联变量马达主动系统并网控制孔祥东宋豫艾超等Copyright©博看网. All Rights Reserved.。

变量泵变量马达容积调速回路

变量泵变量马达容积调速回路1 引言变量泵变量马达容积调速回路是一种在机械系统中广泛应用的技术。

它通过控制液压马达和水泵的容积大小来达到调节机械设备运行的速度和负载的目的。

本篇文章将从原理、应用、优缺点等多个方面探讨该技术的相关内容。

2 原理变量泵变量马达容积调速回路的基本原理是利用流量不变的液压系统，通过调节容积（即液压泵和液压马达的容积）大小，从而实现机械设备的速度和负载的调整。

其工作原理如下：当液压泵通过齿轮传动来推动液压油时，液压油进入液压马达，驱动机械设备运转。

如果增大泵的容积，将会增加流量，从而增加输出扭矩和转速。

反之，若减小泵的容积，则会减小流量和马达的输出扭矩和转速。

因此，通过调节液压泵的容积，即可实现机械设备的运转速度和负载的调整。

3 应用变量泵变量马达容积调速回路广泛应用于工程机械、冶金、化工等行业的液压系统中。

其中，工程机械方面，如挖掘机、铲车、装载机等都需要使用液压系统调节机械设备的速度和负载。

此外，变量泵变量马达容积调速回路还被广泛地应用于轴、齿轮等机械传动系统中，能够有效控制设备的转速、转矩和输出功率。

4 优缺点变量泵变量马达容积调速回路的优点主要有以下几点：1. 能够实现精确的速度和负载控制，提高设备工作效率;2. 工作稳定性高，噪音小；3. 对于机械负载变化较大的情况，调速回路的扭矩输出能力对负载的调节响应速度非常快。

但其缺点也需要注意：1. 设备成本较高，因为需要在设计中添加调速回路相关的构件；2. 依赖液压系统，容易受到气泡、沙子等杂质的干扰，从而影响设备的工作稳定性；3. 如果调节回路出现问题，会导致设备不能正常工作。

5 总结本文介绍了变量泵变量马达容积调速回路的相关原理、应用和优缺点。

该技术不仅可以实现精确的速度和负载控制，对提高机械设备的工作效率也有很大帮助。

但是在使用中需要注意系统的稳定性和可靠性，及时检查调节回路是否存在问题，并及时进行维修保养，以确保设备的正常工作。

变量泵和定量马达的容积调速回路

变量泵和定量马达的容积调速回路下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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基于国产MCU电子水泵控制器的设计

算得出。
2021 年第 44 卷
图 4 电流采样电路
1.4 LIN 通信电路 LIN 是一种低成本的串行通信网络，用于实现汽车
中的分布式电子系统控制。LIN 的目标是为现有汽车网络（CAN 总线）提供辅助功能。通过 TJA1027 将协议控制器生成的发送数据流转换成优化的总线信号，以使电磁辐射（EME）最小化。 LIN 总线输出引脚通过内部终端电阻拉高。对于主应用，应在引脚 VBAT 和引脚 LIN 之间连接一个与二极管串联的外部电阻。接收器会检测 LIN 总线输入引脚上的接收数据流并通过引脚 RXD 将其传送至微控制器。LIN 通信电路如图 5 所示。
图 1 系统设计框图
1.1 电源转换电路
电源转换电路的设计主要是为了各模块电压的不
同需求而提供分层电压。整个系统采用外置直流电压
12 V 输入，没有内置电池，所以外部电源急需要给电机
供电，同时也需要给整个系统供电，经电源模块调节后
输出 5 V 电压给 MCU 供电。因此根据 IC 需要，设计了
图 2 电源转换电路
1.2 电机驱动电路电机驱动电路是电子水泵控制器硬件电路设计中
最重要的电路之一，其设计好坏直接决定电机的驱动效率高低。在本控制器中，主控芯片输出引脚产生的控制信号无法直接驱动 MOS 管，为了增大驱动能力，选择 IR2101S 芯片为功率驱动器，该芯片的主要作用是结合外部电容，使电压泵升，达到驱动 MOS 管的电压值。 IR2101S 的 HIN 和 LIN 引脚接收来自单片机的一对互补 PWM 控制信号，这一对 PWM 信号分别控制连接在 HO 和 LO 引脚的 Q1MOSFET 和 Q2MOSFET，其打开或关闭的反应时间只有约 150 ns，打开和关闭时间分别为 100 ns 和 50 ns；自举电容 C1 选择 1 μF/100 V；每个控制芯片能控制 2 个 MOS 管，因此总共需要 6 个 MOS 管，3 个控制芯片。如图 3 所示为本控制器的功率驱动电路原理图。

一种变频水泵并联运行的节能优化控制系统[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621356563.5(22)申请日 2016.12.09(73)专利权人深圳市海源节能科技有限公司地址 518000 广东省深圳市龙岗区坂田街道雪岗路2018号天安云谷产业园一期3栋B座1401号(72)发明人刘浩　李建维　(74)专利代理机构深圳市中科创为专利代理有限公司 44384代理人曹红梅　苏芳(51)Int.Cl.F04B 49/06(2006.01)(54)实用新型名称一种变频水泵并联运行的节能优化控制系统(57)摘要本实用新型公开一种变频水泵并联运行的节能优化控制系统，用于系统流量和系统扬程确定时的优化控制，包括压差传感器、控制器、变频器启停开关、冷冻水泵；压差传感器用于获取并联泵组前后压差值，将压差值反馈给控制器，冷冻水泵将实际运行台数和运行频率反馈给控制器；所述控制器包含一最优逻辑判断模块，控制器获取压差值、运行台数、运行频率、系统流量、系统扬程，通过最优逻辑判断模块，指令变频器启停开关调节冷冻水泵运行频率和启停水泵台数。

本实用新型的泵组并联节能优化控制系统能根据所需的流量和扬程，根据水泵启动台数和水泵转速最优化工况点寻优，找到水泵运行能耗最优化工况点，从而确保并联水泵总能耗最低，获得最大经济效益。

权利要求书1页说明书5页附图6页CN 206360877 U 2017.07.28C N 206360877U1.一种变频水泵并联运行的节能优化控制系统，用于系统流量和系统扬程确定时的优化控制，其特征在于，包括压差传感器、控制器、变频器启停开关、冷冻水泵；所述压差传感器用于获取并联泵组前后压差值，将压差值反馈给控制器，冷冻水泵将实际运行台数和运行频率反馈给控制器；所述控制器包含一最优逻辑判断模块，控制器获取压差值、运行台数、运行频率、系统流量、系统扬程反馈给最优逻辑判断模块，经最优逻辑判断模块运算获取最优运行频率和最优运行台数，指令变频器启停开关依据最优运行频率和最优运行台数调节冷冻水泵运行频率和启停水泵台数。

泵控马达复合调速系统控制

泵控马达复合调速系统控制刘佳东; 彭天好; 朱刘英; 胡佑兰【期刊名称】《《流体传动与控制》》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】4页(P16-19)【关键词】泵控马达; 调速系统; 复合调速; 控制【作者】刘佳东; 彭天好; 朱刘英; 胡佑兰【作者单位】安徽理工大学机械工程学院安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TH137前言节能一直是液压动力传动中的主要研究方向之一[1]。

为了使系统既节能，又能动态响应快，于是提出了在系统主回路中加装比例方向阀，实现变转速动力源和阀控相结合的复合调速方案[2]。

泵控马达变转速节流复合调速系统是一个较为复杂的非线性时变系统,所以要精确地建立其数学模型非常困难,以往在MATLAB仿真中只能建立其近似数学模型。

为了准确建模，可以利用AMESim软件作为一个完整的系统工程仿真平台,同时Simulink能够在具备强大运算能力的MATLAB下建立系统框图和仿真环境，可以作为事实上的控制系统设计的标准平台[3,4]。

在仿真实验中，利用点对点的AMES－im2Simulink接口提供了一个使用便捷和行之有效的工具，用于AMESim的被控对象模型和控制系统模型之间的耦合分析（如图1）[5]。

把两个优秀的专业仿真工具联合起来使用就能既发挥AMESim突出的流体机械的仿真效能，又能借助MATLAB/Simulink强大的数值处理能力。

1 仿真系统构成图1 联合仿真接口原理图整个系统分为主回路部分和控制部分（如图2）。

主回路部分采用典型的泵控马达变转速节流复合调速系统，控制部分采用闭环控制结构，具备较强的抗干扰能力。

系统工作时，利用控制器操纵复合调速系统，使系统的被控制量等于给定值或给定信号变化规律去变化。

图2 系统框图1.1 实验系统泵控马达变转速节流复合调速实验系统是由变频器、电机、泵、流量控制阀和马达组合而成的一种液压系统。

在AMEsim环境中，可以在Sketch模式下调用系统提供的液压库、信号库、机械库建立系统原理图，然后编译进入Parameter模式下对仿真模型中的每个元件模块设置与实验台一致的参数值，如图3所示。

泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真.

石家庄铁道大学毕业设计泵控马达速度控制系统PID控制器的设计与仿真Design of PID Controller for Pump Controlled Motor Speed Control System2016 届电气与电子工程学院专业电气工程及其自动化学号20122629学生姓名武云飞指导教师郑海青完成日期2016年6月11 日摘要随着科学水平的发展，泵控马达系统越来越多的应用于民用以及军用领域，这是由于泵控马达具有一些其他系统不具备的优点，该系统效率高、转动惯量小同时其响应速度迅速。

然而泵控马达系统在实际的生产生活中常常会出现系统负载频繁变化的情况，这种情况会导致系统的输出速度不稳定，严重时可能导致系统的瘫痪。

本设计的目的就是为了寻找一个较为适合泵控马达系统的控制系统用以克服外负载以及模型变化对系统产生的影响。

通过对泵控马达系统的组成的学习和研究以及对液压回路的工作原理的分析，建立起泵控马达速度控制系统的数学模型，借此来实现对泵控马达速度控制系统的仿真模拟。

在该数学模型的基础上，采用PID控制器作为系统的控制环节，分别对传统PID 控制器、位置式PID控制器、增量式PID控制器以及抗积分饱和PID控制器进行系统的仿真模拟，通过对系统进行仿真，比较在外负载干扰的情况下马达转速的响应曲线，从而得出哪种PID控制器更适合泵控马达调速系统。

经过仿真分析对比，可以看出，抗积分饱和PID控制器较其他三种PID控制器有着更短的调节时间以及平滑的曲线，能更符合系统对于马达转速控制的要求。

所以最终选择抗积分饱和PID控制器作为系统的控制环节。

关键词：泵控马达；PID控制器；仿真AbstractWith the development of technology, pump controlled motor system more and more applied in civil and military fields, this is because the pump controlled motor system has some advantages that other systems do not have, this system is highly efficient, low mom -ent of inertia, and fast response. However, pump controlled motor system often appears system load change in actually, the load change can cause the system output speed not stable, severe cases may lead to paralysis of the system. The purpose of this design is to find a suitable control system that can solve to the impact of load changes.Through to the study of pump controlled motor system and the analysis of the hydraulic circuit, we establish the mathematical model of pump controlled motor system, with the system, we can realize the simulation of the pump controlled motor control system. On the basis of the mathematical model, we simulate the traditional PID controller, posi -tional PID controller, incremental PID controller and anti-windup PID controller for respectively. By compare the motor speed response curve which in the case of external load disturbance, which PID controller we can draw is more suitable for pump controlled motor speed control system. Through simulation comparison, we can get that anti-windup PID controller has a more smooth curve and a shorter adjusting time. So we finally choose anti-windup PID controller as the control link of the system.Key words:pump motor control;t he PID controller;simulation目录第1章绪论 (1)1.1 课题研究的背景意义 (1)1.2 PID控制器简介 (3)1.3 主要内容 (5)第2章泵控马达调速系统模型的建立 (6)2.1 泵控马达调速系统基本原理 (6)2.2 时域数学模型 (7)2.2.1 电-机械转换元件的模型建立 (7)2.2.2 比例方向控制阀4WRA6的模型建立 (8)2.2.3 变量泵的阀控液压缸模型的建立 (9)2.2.4 活塞-斜盘倾角环节模型的建立 (11)2.2.5 建立泵控马达的回路模型 (12)2.2.6 速度传感器以及比例放大器的模型建立 (14)2.2.7 建立系统的开环传递函数 (15)2.3 系统中各环节参数的整定 (17)2.3.1 求解比例放大器的增益系数 (17)2.3.2 比例方向控制阀的增益系数 (17)2.3.3 系统的流量增益系数 (17)2.3.4 活塞斜盘倾角传递函数 (17)2.3.5 泵-马达环节的参数整定 (18)2.4 对系统稳定性的检测 (19)2.4.1 控制系统的基本要求 (19)2.4.2 系统稳定性检测 (19)2.5 本章小结 (20)第3章泵控马达PID控制器设计与仿真 (21)3.1 PID控制器的基本原理 (21)3.2 四种PID控制器简介 (21)3.2.1 位置式PID控制算法 (21)3.2.2 增量式PID控制算法 (23)3.2.3 抗积分饱和PID控制算法 (24)3.2 PID控制器设计 (25)3.3 PID控制器参数的整定 (26)3.4 PID控制器仿真 (26)3.4.1 关于Simulink的简介 (26)3.4.2 PID控制器的仿真分析 (26)3.5 泵控马达速度控制系统的仿真模拟 (28)3.6 本章小结 (33)第4章结论与展望 (34)4.1 结论 (34)4.2 展望 (34)参考文献 (36)致谢 (37)附录 (38)附录A 外文资料翻译 (38)A.1 英文 (38)A.2 译文 (43)附录B 泵控马达速度控制系统仿真图 (47)第1章绪论1.1 课题研究的背景意义随着时代的发展，各种科技也在飞快的发展着，工业自动化水平的高低早已经成为了衡量各个部门现代化水平的标志，而工业自动化必然离不开动力的源泉——马达。

并联变频水泵在线优化控制方法

ηＰＲηＭηＶＦＤ程，ｍ；ＧＰＲ为水泵总流量，ｍ３／ｈ；ηＰＲ为水泵效率；ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３为性能常数，由样本数据或实测
数据拟合得到，ａ１＜０，ｂ１＜０，ａ３代表流量为０时的水泵扬程，ａ３＞０，ａ１的绝对值远大于ａ２与ａ３的绝对值；ＮＰＲ为水泵功率，ｋＷ；ηＭ为电动机效率，与ｗ相关；ηＶＦＤ为变频器效率，与ｗ相关。当ＧＰＲ＝
烍＋ｂ３ＧＰ－ｊ１烎
（４）
（）ａ１－２ａｂ２２ｂ１＋４ａｂ３２２ｂ２１（ＧＰｉ＋ＧＰｊ）（ＧＰｉ－ＧＰｊ）＝０
能潜力尤为可观。为适应供热空调系统用户的个权衡了单泵运行方案与双泵运行方案的利弊。［９］
性化调节而导致的系统流量变化范围较宽的特性，
可见，水泵优化控制方法已成为暖通空调系统
常需要多台水泵同时并联变频运行，其中水泵的优优化控制研究的热点。分析以上文献，有两方面值
ＧＰｉ，
η η η ｉ＝１ＰｉＭｉＶＦＤｉ
问题即转化为如何配置各台水泵的转速比，在满足
同一水力工况点的前提下，消耗最小的ＮＰＴ。
对于ｍ台水泵中的任意１台水泵ｉ，若其
∑ ＧＰｉ
ｍ
取得极小值，则
ＧＰｉ也取得极
在最优效率状态下的转速值。［３－４］胡思科等人指析、可在线应用的并联变频水泵优化控制方法。
出并联变频水泵非同步变速控制模式下的工况调１问题的提出
节范围、节能性与安全性要逊于同步变速控制。［５］

磁悬浮复合转子章动模态的最优阻尼控制

磁悬浮复合转子章动模态的最优阻尼控制贾日波;郑世强;陈琪【期刊名称】《轴承》【年(卷),期】2017(000)008【摘要】为了抑制磁悬浮分子泵高速复合转子章动模态对稳定性的影响,提出了一种基于移相器的轴承力最优阻尼控制方法,建立了磁悬浮分子泵刚性复合转子的动力学模型,计算出转子闭环系统的最优控制相位,通过扫频检测闭环系统在临界转速处的滞后相位,定量获得系统的最优补偿相位,利用移相器对系统相位进行最优补偿,以保证系统在章动频率处的相位裕度,避免磁悬浮分子泵复合转子在高速下的章动失稳.经试验证明:采用最优阻尼控制方法,可使磁悬浮转子在高速运行时的章动模态幅值降低50％以上,对转子高速下的章动模态有较好的抑制效果.【总页数】8页(P24-31)【作者】贾日波;郑世强;陈琪【作者单位】北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京航空航天大学高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京航空航天大学高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京航空航天大学高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TH133.3;O231【相关文献】1.电磁悬浮飞轮转子系统的模态解耦控制 [J], 章琦;祝长生2.高速大惯量磁悬浮转子系统章动交叉控制的保相角裕度设计 [J], 魏彤;房建成3.磁悬浮控制力矩陀螺的高速转子模态分析及实验研究 [J], 冯洪伟;房建成4.控制参数对刚性磁悬浮转子模态的影响 [J], 张小俭;胡业发5.挤压油膜阻尼器对多盘转子高阶模态振动控制的试验研究 [J], 祝长生因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。