井下液压伺服驱动控制系统分析

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摘要：保障井下液压伺服驱动控制系统的稳定运行有助于井下作业的安全稳定，本文从小数分频引发的系统运行不稳问题做出相关研究，提出了换流波头统一前移具体解决办法，旨在提升伺服驱动控制系统的稳定运行，为井下作业顺利进行提供保障。

关键词：液压伺服系统；驱动控制系统；分析

一、引言

井下液压伺服控制系统广泛地被应用于工程机械应用领域，该控制系统依据液压传动机理对故障实施排查，并且集小体积、小质量、宽调速范围等优势于一身，更容易对故障进行检查，保证控制工作的顺利完成，实现施工安全。于井下液压伺服控制系统中对其驱动控制系统进行研究，使得井下液压伺服系统性能更优稳定性更强，对于保证液压伺服控制系统的平稳运行提供保障。在井下液压驱动作业中，交交变频器应用普遍，这是由于其利用晶闸管实现控制，晶闸管的内存量可以实现很大数值，同时交交变频器价格很低，有利于实现低速条件下较高的电机性能。本文针对交交变频器在线计算无法满足带载值随时改变的井下液压伺服系问题，所以下文对一些频段点进行离线计算，在离线基础上讨论优化问题，使得其输出较好的对称波。

二、小数分频实现原理

由于离线计算方式可以做出有限的频段求解，即离线能做到的在于液压伺服控制的有级调速（速度变化值仅在几个固定值当中变化），所以针对这一缺点，很早之前就已经出现了小数分频的说法，但是出于电源波取值非整和换流波因素，小数分频的说法发展很慢。该文中实现了对换流波头的位移保证系统平稳状态。小数分频相比于整数分频而言，其运行更为复杂，因为整数操作是存在一定时间间隔的，小数操作则间隔时间极短，几乎存在连续操作状态，小数分频不存在一个定数的周期间隔，这是和整数分频的最大的不同之处。

三、换流波头统一前移原理

环流的存在与否对于液压伺服控制系统的正常顺利运行有关，它影响到控制系统的性能状态和容量大小，自然无环流才是控制系统正常的运行条件，而错位没有环流虽然也是环流不存在但属于错位使其环流消失，这样会给控制系统带来死区，不利于液压伺服控制系统的整体带载水平，对于环流存在的情况，系统就需要一个内存更大的电抗设备对环流所属区域进行控制，阻止换流在整个系统的扩散。若要实现自然无环流的状态，可以于控制系统零点区域加上一处换流波头，这样就达到其中一个晶闸管的反并联状态的换流。如此一来，就能让整个系统处于自然没有环流存在的平稳状态。小数分频相较于整数分频而言，换流波头的位置更难选择，这是因为液压伺服控制系统的带载容量取值区域就可以对整数分频的换流波头提供依据，即液压伺服控制系统带载时发生的功率因数角就加上具有对称性质的三相换流波头很容易就能对换流波头位置实现精准定位；而小数分频则不然，首要表现于换流波头无对称性可言，很难发现任何两组的自然无环流情况下的换流区域是一样的，各自有各自的换流位置，所以这就给液压伺服控制系统带来了极为不稳定的因素。正因如此，小数分频于液压伺服控制系统中很少得到使用。该文实验了统一对三相换流波头进行向前位移，发现能对系统的稳定性进行优化，三相换流波头的对称性也能显示出来，这对于液压伺服控制系统稳定工作具有重要价值。（一）换流波头的使用。将换流波头应用于相同的反并联的晶闸管就能够阻止环流的发生。由于晶闸管属于半控性质的部件，只要导通了即使关掉触发脉冲也无法使其停止，若想去触发下一个晶闸管需要待所受的电压电流表现是正的时候大于想要关掉的晶闸管或者所受的电压电流表现是负的时候小于想要关掉的晶闸管。如此一来才能够实现想换流的晶闸管中发生明显的换流波头。引发换流波头的出现是对液压伺服控制系统稳定工作的重要保证，保证自然无环流，同时较大的换流波头范围能够对液压伺服控制系统功率因数角大范围的波动产生相应的响应，能够及时对系统的不同带载做出相适应的变化。（二）换流波头统一前移。根据上述换流波头统一前移原理叙述可以得知，小数分频时三相波的波形呈现不对称的状态，正是因为这种不对称，才会导致整个液压伺服控制系统运行不稳定。本文中通过对三相换流波头位置统一前移，结果发现是有利于液压伺服控制系统的正常稳定运行的，要注意前移的角度要依据液压伺服驱动控制系统的容量进行安排，统一前移行为是为了实现移动的角度一致，前移可能会发生三相换流波头微微不那么对称，但结果反应出这不是影响液压伺服控制驱动系统整体平稳运行的最重要因素。

四、系统仿真原理及效果分析

系统仿真的原理即通过仿真软件，于软件中输入系统运行的程序，系统运行的效果直接就能够于仿真软件中展示出来。本文对小数分频条件下实现换流前移后的实验结果应用的仿真系统为MATLAB/Siimulink仿真，为提升系统性能，仿真设计应用零式接法，同时于系统中从三相至交交变频器的驶入口添加变压器，实现三相变六相输出，这样就能够实现同一时间段内电压的波段显示之前的两倍数量。下图展示的是17/6小数分频下的仿真结果，仿真带载设定为10N，系统仿真结果显示0.9秒时控制系统就实现了稳定运行，驱动转速于0.2%以内变化，趋于平稳。通过仿真，可以得出于整数分频之间随意添加小数分频，利用该系统运作控制方式就能实现控制系统的平稳运行，也为理论界提供理论支持。

五、结语

本文对于井下液压伺服驱动控制系统的小数分频引发的系统运行不稳问题做出相关研究并提出了解决办法，即于小数分频中对换流波头的作用进行分析，发现实行换流统一前移达到对称换流波，对于保证自然环流下系统的正常稳定运行有利，并且运用仿真软件对理论体系进行仿真，实验结果表明此方法在保证井下液压伺服驱动控制系统的稳定运行上具有有效性。

参考文献

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[2]赵升吨，魏树国，王军.液压伺服控制系统研究现状的分析[J].伺服控制，2006（6）：16–23.

[3]范子荣，滕青芳.液压伺服控制系统的设计[J].计算机仿真，2014，31（7）：183–185.

作者:马平辉 单位:中国煤炭科工集团太原研究院