液壓電梯變轉速閉式電液系統(tǒng)速度控制特性研究.pdf

1、液壓系統(tǒng)的節(jié)能研究是流體傳動領域的重要課題之一，變轉速容積調速的液壓系統(tǒng)由于其功率自適應的特點而具有較好的節(jié)能效果，其中，閉式油路的變轉速容積調速液壓系統(tǒng)具有結構簡單和節(jié)能效果顯著的優(yōu)點，適合應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，在閉式油路的變轉速容積調速液壓系統(tǒng)的應用研究中，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

2、量的變轉速容積調速液壓系統(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速容積調速液壓系統(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)能技術發(fā)展的要求，探索變轉速容積調速以外的新型節(jié)能方法。 論文以閉式油路變轉速液壓電梯為研究

3、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。針對變轉速容積調速液壓系統(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

4、測控制策略的啟動控制方法，變工況下啟動性能的試驗結果表明，基于智能預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自由度的動力學模型，在此基礎上對電梯系統(tǒng)進行試驗模態(tài)分析，結果表明所建立的動態(tài)模型是準確的。另外，試驗模態(tài)分析結果還表明，轎廂的主頻率在100～150Hz的范圍內，系統(tǒng)在運行過程中應避免該頻率段的激勵而導致的共振?；谝簤禾嵘龣C械節(jié)

5、能技術發(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)中的應用，將其與已有變轉速液壓電梯系統(tǒng)進行了對比分析，結果表明變配重系統(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速容積調速液壓系統(tǒng)的速度閉環(huán)控制不好和啟動不佳的本質原因得以闡述，且論文中提及的一些研究方法和結論適用于其它變轉速容積調速的液壓系統(tǒng)。 論文主要結構如下：

6、第一章，介紹了變轉速容積調速的液壓系統(tǒng)，并由此引出其典型應用——變轉速液壓電梯；綜述了變轉速液壓電梯的研究和發(fā)展歷程，分析了目前變轉速液壓電梯中依然存在的問題，指出目前變轉速容積調速液壓系統(tǒng)的發(fā)展需要和變轉速液壓電梯依然存在的市場需求，在此基礎上提出課題的研究內容。 第二章，分析了閉式油路變轉速液壓電梯系統(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)中關鍵環(huán)節(jié)的數(shù)學模型和傳遞函數(shù)，結合經典控制理論對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行分析，結

7、果表明閉式油路變轉速液壓電梯系統(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，研究了以變轉速液壓電梯為代表的大慣量變轉速容積調速液壓系統(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

8、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，依據該模型針對性的提出了基于專家控制器和預測控制原理的智能預測啟動方法；在變工況下對系統(tǒng)的啟動性能進行了試驗研究，結果表明基于智能預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

9、；建立液壓電梯垂直方向上的8自由度集中質量動力學模型并進行計算模態(tài)分析，依據該模型對系統(tǒng)進行了計算模態(tài)分析，并通過試驗模態(tài)分析驗證了所建立的動態(tài)模型的準確性；另外，分析結果還表明，電梯轎廂主頻率在100～150Hz的范圍內，系統(tǒng)在運行過程中應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)中的應用進行了論述，