飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)研究.pdf

1、二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，不僅可以避免節(jié)流和溢流損失，還可在四個象限內(nèi)工作，能夠回收系統(tǒng)的制動動能和重力勢能，并重新加以利用，可以大大提高系統(tǒng)效率。但到目前為止，國內(nèi)外專家學者對二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)的研究都是在基于壓力耦聯(lián)的恒壓網(wǎng)絡(luò)或準恒壓網(wǎng)絡(luò)中展開的。雖然二次調(diào)節(jié)壓力耦聯(lián)系統(tǒng)有許多優(yōu)點，但在系統(tǒng)中如果接入不能變量的液壓執(zhí)行元件時（如液壓缸和定量馬達），則系統(tǒng)必須引入相應(yīng)的壓力轉(zhuǎn)換裝置（液壓變壓器）來實現(xiàn)系統(tǒng)恒壓油源與變載荷工

2、況之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。這類裝置的引入使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本升高，給二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來了不利影響。本文設(shè)計的新型節(jié)能液壓系統(tǒng)——飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)是利用二次調(diào)節(jié)技術(shù)與傳統(tǒng)流量耦聯(lián)系統(tǒng)相結(jié)合，并集成飛輪儲能技術(shù)，在使系統(tǒng)無節(jié)流和溢流損失的基礎(chǔ)上，把原來系統(tǒng)散失掉轉(zhuǎn)化為熱能的位能或動能存儲為飛輪的機械動能，并回收利用，為提高液壓系統(tǒng)的效率提供了一條非常有效的途徑。
　　在查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，綜述了國內(nèi)外

3、二次調(diào)節(jié)技術(shù)的發(fā)展概況，概述了能量存儲技術(shù)，并對各儲能元件做了比較，同時綜述了國內(nèi)外飛輪儲能技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對飛輪儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式進行了闡述。
　　分析了飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)的組成和工作原理，并比較了二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)與二次調(diào)節(jié)壓力耦聯(lián)系統(tǒng)的異同。對飛輪儲能的主要參數(shù)（飛輪應(yīng)力、臨界轉(zhuǎn)速和電機起動時間等）進行了分析，為飛輪轉(zhuǎn)子的合理設(shè)計和應(yīng)力分析提供了有效的方法，也為飛輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核提供了理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)

4、上，為模擬試驗臺設(shè)計了飛輪。
　　分別建立了負載上升和下降時的非線性數(shù)學模型，并對系統(tǒng)特性進行分析。由分析得出飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)快速性不高，控制壓力大小影響系統(tǒng)變量油缸位移和液壓缸速度大小。通過比較非線性模型與利用泰勒級數(shù)展開的線性化模型表明，在零點附近工作時，線性化模型增益較大，響應(yīng)較快。隨著偏離零點的增大，其誤差也會增大。而非線性模型則能在大范圍內(nèi)很好的描述系統(tǒng)。
　　基于飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)

5、流量耦聯(lián)系統(tǒng)的非線性模型，利用非線性微分幾何法——精確線性化控制理論對系統(tǒng)進行大范圍線性化，分別得到負載上升和下降的精確線性化控制規(guī)律，并分析了系統(tǒng)零動態(tài)特性。在此基礎(chǔ)上，給出加權(quán)矩陣的選擇方法——主極點法，并為系統(tǒng)設(shè)計線性二次型最優(yōu)（LQR）控制器。對采用基于精確線性化的LQR控制器和根據(jù)線性化模型得到的PID控制器進行仿真分析與比較。結(jié)果表明，本文設(shè)計的LQR控制器不僅使系統(tǒng)輸出基本無超調(diào)和改善了快速性，而且表明利用精確線性化控制理

6、論得到的線性化模型是大范圍有效的。
　　從能量流的角度分析了飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)的節(jié)能潛力，還分析了該系統(tǒng)能夠進行能量回收的工作機理。對影響飛輪儲能型二次調(diào)節(jié)流量耦聯(lián)系統(tǒng)能量回收效率的參數(shù)進行分析，基于拉格朗日乘子法，以能量損失最小為目標函數(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，并進行計算機仿真研究。結(jié)果表明，隨著下降重物重量的增大，二次元件排量的最優(yōu)值減小，負載下降時間的最優(yōu)值減小，而液壓缸終點速度的最優(yōu)值增大。隨著液壓缸下降行程的增大，二