电子控制变量泵分析

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现代社会信息化的快速发展，导致液压传动系统的信息化程度也越来越高，出现了大量的数字化液压元件。作为液压传动的动力元件—液压泵，其数字化的水平很大程度上决定了系统的信息化水平，特别是在大功率应用场合，其影响更为明显。传统的变量泵不同的控制功能对应不同的机械结构，实现复杂的复合控制时，往往是不同功能的结构叠加，导致其结构复杂，调试困难，故障概率大。数字化的变量泵可以通过嵌入控制器的程序，利用软件代替传统的单独功能的变量阀，方便的实现对流量、压力等参数进行调整进而实现各种复杂的控制，可以与负载功率相匹配实现最佳工作状态，达到提高控制性能和节能的目标。因此，电子控制变量泵的研究具有很强的工程理论和应用价值[1]。

1电子控制变量泵的工作原理

电子控制变量柱塞泵由轴向柱塞变量泵、电液比例阀、变量液压缸、运算放大器、流量传感器、压力传感器和位移传感器组成，如图1所示。恒压力控制：当负载压力升高时，压力信号通过传感器反馈给控制器4，通过运算输出电流信号使电液比例阀2的左位起作用，高压油进入变量液压缸3的腔，活塞杆左移，推动斜盘使倾角变小，泵的供油量减少，系统压力降低。当压力降低时，压力信号传送给控制器4，经控制器运算输出电流信号使电液比例阀2的右位起作用，高压油进入变量液压缸3的左腔，活塞杆右移，推动斜盘倾角变大，泵的供油量增大，压力升高。通过闭环压力控制使泵的压力稳定在某一恒定值，实现电子控制变量泵的恒压控制，恒压控制流程如图2所示。流量控制：当流量增大时，流量信号输送给控制器4，经过控制器运算输出电流信号使电液比例阀2的左位起作用，高压油进入变量油缸的右腔，活塞杆左移，推动斜盘倾角减小，泵的流量减小。当流量减小时，流量信号通过控制器输出信号使电液比例阀2的右位起作用，高压油进入变量油缸的左腔，活塞杆右移，斜盘的倾角增大，输出流量增大。通过流量传感器的反馈作用使流量恒定在某一恒定值。其流量控制流程如图3所示。功率是压力和流量相乘，功率控制时，设定功率值除以反馈压力信号得出流量值的大小。压力增大时，流量按照功率曲线减小。压力减小时，流量按照功率曲线增大。其控制流程如图4所示。

2数学模型的建立

2.1伺服比例阀的特性

对于小质量阀芯弹簧环节的处理：由于比例控制不是开关控制，因此阀芯运动化为分段一阶方程不再适用。阀的运动模型可简化为数学方程[2]。简化模型如图5所示。

2.2斜盘组件动态特性

斜盘组件由变量活塞推动，变量活塞受控制滑阀控制。如图6所示，控制滑阀阀口流量可用以下线性化公式表示。通过阀口的流量流入变量活塞左腔。此流量与从活塞右腔泄露至左腔的油一起产生使活塞向右运动的

2.3液压泵输出压力特性

变量活塞位移的向右运动的方向使泵的排量减小。泵的流量增量式为Qs=-KQnxp式中Qs———泵的输出流量；KQ———变量泵的排量梯度；n———泵的转速，通常视为常数。考虑油液的弹性和泄漏影响后，泵输出流量的连续性方程为Qs-QL-（A1-A2）dxpdt-V1Eβdp1dt-CLps=VtEβdpsdt式中Vt———泵输出负载的容积；QL———负载流量；CL———泵的总泄漏系数。式中VtEβdp1dt项的值相对较小，可不计。

3最小值控制器的设计

电子控制变量泵具有多种控制功能，不仅能够实现独立的流量、压力和功率控制功能，而且能够通过改变参数方便的实现复合控制。从变量泵的工作模式情况看，主要有流量、压力和功率3种模式以及它们之间的组合。其结构如图7所示。在图中功率信号是设定值。控制器中依次进行压力、功率和流量的比较，确定变量泵的工作模式，随后产生对应的排量指令值，由控制器校正放大后输出到伺服比例阀。在进行最小值比较时，需要考虑各种模式下所对应的控制误差，以确保工作的可靠性[4]。

4仿真分析

论文设计了最小值控制器，利用Simulink仿真软件建立了变量泵仿真模型。如图8所示，泵的参数如表1所示。从变量泵恒压力、恒流量调节的响应情况，加载情况下压力和流量调节速度情况四个方面查看电子控制变量泵的响应情况。加载方式为脉冲加载，如图9所示。

4.1恒流量控制动态特性

通过图10和表2可以看出：电子控制变量泵达到稳定压力所用的时间短，超调量小，动态特性良好。通过图10和表3看出：在1s时刻加载压力，恒流量的调节时间短，动态响应良好。

4.2恒压力控制动态特性

通过图11和表4可以看出：电子控制变量泵达到稳定压力所用的时间短，超调量小，动态特性良好。通过图11和表5可以看出：电子控制变量泵在第1s时刻加载相同压力时，电子控制变量泵达到稳态所用的时间短，动态特性良好。

4.3变压力时变量泵的调整情况

变量泵在变量时斜盘倾角变量不稳，容易产生压力波动，如图12所示。通过电子控制变量泵流量随压力变化的更快，并且可以有效的改善功率、压力、流量控制切换产生的压力流量波动，如图13所示。压力、流量、功率控制只需要改变设定参数即可，控制更加灵活、方便。

5结论

通过以上结果得出，电子控制变量泵的优点是：①电子控制变量泵响应迅速；②改变设定参数就能实现不同功能，功能丰富；③控制性能更好，灵活度更大，可以适应各种工况。