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1、液压泵控马达数字调速系统研究彭增雄,苑士华(北京理工大学车辆传动国家重点实验室,北京100081)摘要:对液压泵控马达系统及其排量伺服机构分别进行了数学建模,分析了其各自及串联后的频率特性与阶跃输入响应特性.理论分析表明:液压泵控马达系统的带宽较大,响应较快,阶跃输入下系统出现超调;排量伺服机构的开环增益较小,其带宽较低,响应较慢.设计了调速系统的马达转速闭环数字PID控制算法,实验结果表明,通过仿真模型优化得到的数字PID控制参数能很好地用于实际泵控马达调速系统的闭环控制,并能获得良好的稳定性和快速性.关键词:液压泵控马达;排量伺服机构;频率特性;数字PID算法中图分类号:TH13713
2、文献标识码:A文章编号:100120645(2009)0320205205AClosedLoopSpeedControlSystemforHydraulicPump2MotorPENGZeng2xiong,YUANShi2hua(NationalKeyLaboratoryofVehicularTransmission,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)Abstract:Mathematicalmodelsofhydraulicpump2motoranddisplacementservosystemwerebuiltup.Cha
3、racteristicswereanalyzedaccordingtobodediagramandstep2inputresponse.Resultsofanalysisshowedthatthebandwidthofdisplacementservosystemissmallbecauseoflowflowgainofservo2valve,whereasthebandwidthofhydraulicpump2motorcomparedtobewider,anditrespondsquicklywithovershooting.Amotorspeedclosedloopcontroldi
4、gitalPIDcontrollerisgiven.ThePIDcontrolparametersasachievedbysimulationwasusedinthevelocitycontrolsystemofpump2motoroperatingontest2bedandgainedexcellentdynamicandstablecharacteristics.Keywords:hydraulicpump2motor;displacementservosystem;frequencycharacteristics;digitalPID液压机械无级变速器采用功率分流的传动形式,将行星排
5、及固定齿轮作为分流、汇流元件,液压泵控马达系统作为调速元件.由于液压泵控马达具有良好的传动效率和无级调速特性,可以满足车辆传动系统高效和无级调速的要求.作为调速元件,液压泵控马达系统的性能很大程度上影响着液压机械无级变速器的调速性能[1].本文建立了液压泵控马达系统的数学模型,分析了泵控马达系统的动态性能,研究了其调速控制算法,并进行了实验验证.1液压泵控马达系统的数学模型111液压泵控马达调速系统的原理液压机械无级传动用泵控马达调速系统的液压原理图如图1所示,属于变量泵定量马达容积调速[23].排量伺服控制机构采用力反馈式闭环控制回路,由伺服阀、反馈杠杆、伺服缸、斜盘4部分构成,通过控制
6、伺服阀阀芯位移量来控制变量活塞的位移,进而改变变量泵斜盘的倾角,达到变量的目的,其伺服控制液压原理图如图2所示.图2中F1,收稿日期:20080508基金项目:国家重点实验室基金资助项目(914C340205)作者简介:彭增雄(1979—),男,硕士,讲师,E2mail:pengzengx@bit.edu.cn.206北京理工大学学报第29卷量;Vpmax为泵的最大排量;Vm为定量马达排量;ωp为泵的输入轴角速度;ωm为马达的输出轴角速度;ε为泵的排量比;ηvp为泵的容积效率;ηmp为马达的容积效率;ph为泵控马达系统高低压回路压力差;Cs为泵或马达的层流泄漏系数;μ为工作液压油的动力黏度
7、β;e为工作液压油的弹性模量.马达的运动学方程为Tim=Jmdωm/dt+Tl+Tzm=F2为比例电磁铁;a,b,c为杠杆长度;其余变量在以下公式中予以说明.Jmdωm/dt+fmωm+CfVmph+Tl.(4)式中:Tim为马达的理论转矩;Tzm为马达的机械损失转矩;fm为马达的黏性阻尼;Jm为马达的转动惯量;Tl为马达的负载转矩.113伺服阀的数学模型在比例电磁铁F1和F2的有效行程内,衔铁组件的动态力平衡方程及阀芯
