电反馈负载敏感系统的实验与仿真

第六章电反馈负载敏感系统的实验研究

6.1引言通过对带长管道负载敏感系统的理论与实验研究可知，管道对负载敏感系统阶跃响应的稳定性和快速性均有较大影响针对管道所带来的这两个问题，本文第五章分别提出了反馈管道和进油管道的优化设计方法，并推导了负载敏感系统的稳定性判据另外，我们已经知道，当管道较长时，负载敏感系统响应滞后的问题主要是由反馈信号不能快速稳定的传递造成的当油液的粘度保持一定时，通过对反馈管道的优化设计，可以较好地提高系统的响应速度但很多情况F,油液的温度随T.况的变化而变化，进而引起油液粘度的变化因此，优化设计参数只是针对特定的油液参数而言的为了彻底解决反馈油路的信号传递滞后以及随工况不同动态特性变化的缺陷，本章将研究采用电反馈的负载敏感系统在这种系统中，首先由一个压力传感器将负载压力信号转化为电信号，此电信号迅速传递至液压源附近，再以某种方式将电信号转化为压力或力信号因此，采用这种方式传递负载信号的快速性和稳定性主要取决于将电信号再次转换为压力或力信号的机构

6.2电反馈方案的原理与实现目前，在负载敏感系统中实现电反馈的方法主要有三种第一种方法是采用电液比例变排量泵将反馈回来的电信号作为控制信号，控制变量泵的输出流量并通过在变量泵出口安装压力传感器实现输出压力控制，使其跟随负载压力的变化而变化其原理如图6—1所示第二种方法已在绪论中做过介绍，其原理如图1—11所示这种方法采用变频电机实现对变量泉出口流量的控制，由负载端反馈【引来的电信号用于控制变频电机的转速，进而控制变量泵的排量，其他部分与第一种方法类似第三种方法的原理如图1—7所示，这种方法是通过一个比例电磁铁将反馈回来的电信号转换为与其成比例的机械力信号，此力施加在负载敏感阀的一侧，通过负载敏感变量泵自身的调节机构控制泵出口压力，使其与负载压力相适应第一和第三种方法均需通过一个比例电磁铁实现电一压力转换，因而电磁铁的响应速度是制约反馈回路动态性能的主要因素，相比而言第三种方法在系统构成上更加简洁、可靠而第二种方法中，反馈回路的动态性能则取决于变频电机的性能，系统构成也比较复杂上述无论哪一种方法，都要求先将各执行机构的负载信号转换为电信号，然后从中选择最大负载信号用于控制变量泵的行为，这样就要求近距离作业机构也必须采用电反馈的方式但对近距离作业机构而言，采用液压管道进行负载反馈仍然是最经济、最可靠、性能最佳的方案为了解决来臼远距离作业机构的电信号和近距离作业机构的压力信号的综合问题，作者制定了一种新的电液混合负载敏感系统方案，其原理如图6—2所示此方案中，采用压力传感器将远距离作业机构的负载压力转换为与•之成比例的电信号，此电信号经过一定的调节算法处理，再用于控制比例溢流阀的出口压力此调节算法单元即可以为•简单比例环节，将负载压力如实的映射为比例溢流阀的出口压力，这种我们方式称之为直接电反馈另外还可以包含更加复杂的算法，以补偿进油管道上的静态压力损失，或是改善系统的动态特性，这种情况下比例溢流阀的出口压力就未必与负载压力相同了，这种反馈方式我们称之为间接电反馈比例溢流阀的入口压力再通过一个梭阀与来自近距离作业机构的压力信号进行综合，最终得到用厂控制变量泵行为的压力信号，输入变量泵的负载敏感口这样就实现了电液混合浙江大学博士学位论文负载敏感信号的综合远距离执行机构图6-1采用比例变量泵的电反馈负载敏感系统

1346.3电反馈负载敏感系统的实验研究

6.

3.1直接电反馈图6-3是采用短管道反馈的近距离作业机构和采用电反馈的远距离作业结构的阶跃响应的对比图中曲线

1.近距离短管道反馈

2.远距离电反馈，远距离作业机构控制阀与液压源之间连接管道的长度为50米，内径12毫米而近距离作业机构的控制阀与液压源之间连接管道的长度为8米，内径12亳米由试验结果可以看出采用电反馈方式下的负载信号阶跃响应速度与短管道的情况基本相同，甚至在起始段超过了短管道下的响应速度，这是因为采用电反馈避免了梭阀网络的滞后效应总体上说，采用电反馈方式后，系统各状态变量的阶跃响应速度得到了明显提高，达到甚至超过了短管道情况下的性能试验证明，采用电反馈方式能够有效的解决负载敏感系统响应滞后的问题6图205001000150020002500300035004000时间tms a变量泵出口压力的阶跃响应wdzwd S图b多路阀入口压力的阶跃响应wdwCLdK浙江大学博士学位论文136国500100015002000250030CD35004000时间tms c液压缸无杆腔压力阶跃响应图5001000150020002500300035004000时间tms d变量泵负我敏感口压力阶跃响应5001000150020002500300035004000时间tms e变量泵输出流量的阶跃响应O

545352515054.32L Q«d2ad S25201510wdsud Sc Mn G—

0.

10.021---------------1-----------1-----------1-----------1-----------1-----------1----05001000150020002500300035004000时间tms f负我速度的阶跃响应图6-3电液混合负载敏感系统的阶跃响应

1.近距离短管道反馈2,远距离电反馈对比图6-3a和6-3b可以发现，当流量仅为20L/Min时，处于变量泵出口和负载敏感多路阀入口之间的长管道上的压力撮失就达到了L7MPa这就给直接电反馈方式的负载敏感系统带来了新的问题在多路阀进油管道上损失4PSP随着流量的变化而变化，当流量较大时，此段管路上的压力损失是一个不可忽视的数字同时，对直接电反馈方式下的负载敏感系统而言，泵出口的压力与负载压力的差值4PSL是一定的，此设定值变最泵上负载敏感模块调节弹簧的预压缩量决定为了保证稳态时;多路阀入口与负教之间的压差△PPL保持恒定，△PSL必须等于最大流量的情况下的多路阀进油管路损失△PSPa与APPL之和这样做从节能角度来看是不合理的因为在小流量情况下，△PPL的值会远远大于多路阀正常工作要求的压差，这样多余的压力全部损耗在其进口压力补偿阀匕能量利用率就很低了为了解决这个问题，必须间接负载敏感方式，

6.

3.2间接电反馈间接电反馈方式下，由压力传感器所检测到的与负载压力首先经过一定的调节算法处理过后，再由比例溢流阀将电信号转换为压力信号此调节算法可用数学算式表达如下PL+Kp^\Xv\PLmin PL=6-1PL+KP^\XV\PL+KP^\XV\PL^式中PL—输入调节器的负载压力信号电信号PL’一由调节器输出的负载压力信号电信号心一多路阀入口管道压力损失补偿系数治一多路阀放大板输入电压与稳态时的主阀口开度以及负载流量成正比PLnin一为保证内控式变量泵的最低控制压力而设定的最低反馈压力其中，压力损失补偿系数K，可按下式计算心二2七6-2mr式中P为流体密度；v为油液的运动粘度；1为多路阀入口管道的长度；d为多路阀入口管浙江大学博士学位论文道的内径；M为负载流量一多路阀放大板输入电压的稳态增益最小反馈压力由下式确定6-3式中PPQ,“为内控式变最泵所需的最小控制压力；PPL加是为了保证多路阀正常T.作，其P口压力与负载压力之差的最小值反馈至变量泵负载敏感口的负载压力经过式6—1所描述的调节器处理后，就能随负载流量的增加而增加，补偿了多路阀入I I管路上的压力损失,从而保持多路阀入口压力与负我压力之间的压差不变，此压差由变量泵负载敏感模块上的预紧弹簧调定图6-4即为采用了此调节算法后的电反馈负载敏感系统的阶跃响应试验结果图中曲线

1、

2、3对应的阶跃激励信号的幅值分别为LOV、

1.6V、L8V

80704.5利图n_______|______|_______I II_______|_______|_______05CD1000150020002500300035004000时间tms5040珊30度201005001000150020002500300035004000时间tms a变量泵输出流量糊出b变量泵出口压力与负载压力之差A PSL138-352515i2LO.wdwJddv.E wn GG dwus dvc多路阀P口压力与负载压力之差A PPL图6—4间接电反馈负载敏感系统阶跃响应由图6-4c可以看到，多路阀入口与负教压力之差△PPL的阶跃响应，在不同的阶跃输入幅值下稳态值基本保持不变⑵5MPa而变量泵出口压力与负载压力之差△PSL则随负载流量的增加而增加，从而补偿了多路阀进口管路上的压力损失

6.4本章小结本章分析了目前存在的三种负载敏感系统中的电反馈方案，在此基础上提出了一种新的电液混合负载敏感系统结构方案，这一方案解决了来自远距离作业结构的电信号和来自近距离作、业机构的压力信号的综合问题，并且在远距离作业机构的反馈回路中增加了•个“反馈信号调节器”，根据此调节器调节算法的内容，可以将远距离作业机构的负载信号反馈【可路分为“直接电反馈”和“间接电反馈”两种类型“直接电反馈”中，调节器仅为一简单的比例环节.，负贡将电信号所代表的负载压力重新通过比例溢流阀大小不变的转化为压力信号，进而与来自近距离作业机构的压力信号综合；“间接电反馈”中，调节器可以包含任意复杂程度的控制算法，以补偿管道给系统静动态特性所带来的不利影响本文针对多路阀进油管道上的压力损耗问题，提出「如式6-1所示的间接电反馈调节算法通过应用此算法可以提高远距离作业机构的能量利用效率，同时又能保证多路阀和变量泵的动态性能接下来的直接电反馈和间接电反馈试验证明，本章所提出的方案是切实可行的，能够解决远距离作业机构的响应滞后以及与近距离作业机构的信号综合问题。