液壓電梯變轉(zhuǎn)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(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(diǎn)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(diǎn)，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(jī)械中，如液壓電梯、液壓抽油機(jī)等。然而，在節(jié)能化的同時(shí)仍然要保證系統(tǒng)的運(yùn)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

2、量的變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速液壓系統(tǒng)的共性問題和難點(diǎn)，因此，需要從以下兩個(gè)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(shí)現(xiàn)良好的啟動。 除上述兩方面外，基于液壓提升機(jī)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

3、對象，研究該類系統(tǒng)除節(jié)能特性以外的運(yùn)行性能及控制特性。為提高系統(tǒng)的速度運(yùn)行精度，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，由于該系統(tǒng)是一個(gè)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(diǎn)分析了系統(tǒng)運(yùn)動部件中的非線性摩擦力對啟動性能的影響，通過試驗(yàn)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)

4、測控制策略的啟動控制方法，變工況下啟動性能的試驗(yàn)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(fù)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(jìn)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(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，結(jié)果表明所建立的動態(tài)模型是準(zhǔn)確的。另外，試驗(yàn)?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(yùn)行過程中應(yīng)避免該頻率段的激勵(lì)而導(dǎo)致的共振?；谝簤禾嵘龣C(jī)械節(jié)

5、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(jī)械配重變速度的兩種方案，詳細(xì)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(jìn)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：

6、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(jìn)行分析，結(jié)

7、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(yàn)驗(yàn)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(shí)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(diǎn)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(yàn)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(jìn)行了試驗(yàn)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(fù)載壓力信號進(jìn)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(zhì)量動力學(xué)模型并進(jìn)行計(jì)算模態(tài)分析，依據(jù)該模型對系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算模態(tài)分析，并通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析驗(yàn)證了所建立的動態(tài)模型的準(zhǔn)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(yùn)行過程中應(yīng)避免該頻率段的激勵(lì)。 第五章，基于液壓提升機(jī)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(jī)械配重變速度的兩種方案，重點(diǎn)對變液壓配重的方案在液壓電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，