回路匹配设计

回路匹配设计（精选四篇）

回路匹配设计 篇1

随着液压功率匹配控制技术的不断发展, 液压内部系统的电路高质量和功率高效率已经得到业界的认可和肯定。目前高效液压功率匹配回路适应控制技术, 一般是由功率系统和匹配系统进行同步运作, 主要是由负载功率匹配传感控制与流量适应控制两部分组成。负载功率匹配传感控制因为由于液压泵输出的压力、流量与负荷所需要的压力、流量不匹配 (至少不能总是匹配) , 从而在系统的非执行元件上造成较大的压力、流量损失。因此, 设法实现液压泵与负载的功率匹配控制, 以提高系统效率, 是液压系统节能的一种有效方法。流量适应控制是由于用液压比例方向节流阀、减压阀、直流直线测速传感器等元件设计了液压比例闭环速度控制系统, 对发动机纵向进给装置的速度进行控制。高效液压功率匹配回路适应控制技术融合了发动机的高性能和高效率的节能优点, 不但可以提高机械液压动力驱动系统效率, 还可以降低机械系统能耗损失, 促使发动机加快技术的进一步研究开发, 不断提高自身的系数指数和循环作用。

驱动系统发动机在液压系统节能中的一个有效应用是将高效液压功率匹配回路的动能和位能, 以压力能和动力能的形式进行有效的回收和利用, 根据系统的系数变化而形成连续不断的循环效果, 从而减少液压系统能量损失和发热作用。因为进行有效的回收和利用, 可以帮助液压系统在日后的节能工作中更好地节约成本和资源, 不但可以减少浪费, 还可以增加能量的转换。而在高效液压功率匹配回路工作时, 由于各类液压元件 (变量泵、安全阀及执行元件等) 和电压管路中存在压力损失、容积损失和机械损失等, 这些损失不但构成了高效液压功率匹配回路的能量损失, 还会导致高效液压功率匹配回路工作效率的降低。高效液压功率匹配回路工作效率的好坏, 循环的快慢, 对液压设备的性能发挥产生着重要的影响。

在发动机整个功率工作过程中, 系统所负载所需的压力大小、流量多少是变化的。而系统的系数改变则直接影响着发动机的功率改变, 要提高系统的工作效率就要提高发动机的功率匹配效率, 必须尽可能使每个元件部分在正常的工况下进行变量泵的输出压力、流量输出、负载压力和流量输入相匹配, 较好的办法就是采用压力补偿控制、负载传感控制及两者综合作用的压力负载传感控制和能量转换补偿控制。显然, 消除高效液压功率匹配回路中专用节流传感元件的能量损失, 会使液压系统效率进一步提高。数控变量泵功率匹配节能系统, 着眼于消除液压系统中的溢流阀和节流阀的能量损失。

通过高效液压功率匹配回路的研究、分析, 提出发动机-变量泵-负载三者之间功率相互协调匹配的节能控制方案。将发动机、变量泵和负载作为一个动态系统全面研究, 利用机械液压系统压力和发动机动力两个方面来有效实现发动机与液压泵之间的功率匹配控制和发动机的油门定位控制。另外, 还可以利用改变发动机的变量数量和液压系统的排量数量来进行调节系统内部元件运动速度的回路, 称为机械液压系统容积调速回路。这种液压系统容积调速回路因为具备效率高、发热少和循环快的特点, 一般适用于电压大、功率大和匹配大设备的液压系统。

大中型工程机械液压系统在采用高效液压功率匹配回路进行联合调速中, 必须对于初进速度要求的快慢进行后进速度进程的快慢, 再采用限压式变量泵节流调速回路进行分隔;针对在后进速度进程的快慢变化的情况下, 配合调节初进速度要求的快慢, 再采用稳流式变量泵节流调速高效液压功率匹配回路进行节流;对于初进速度要求的快慢和后进速度进程的快慢同步进行的情况下, 机械液压系统的供油压力要求恒定情况下, 一般采用恒压变量泵节流调速高效液压功率匹配回路进行循环。

为了有效解决大中型工程机械液压系统存在的动力不足、功率不够的不足, 可以依据操作人员进行手柄位置信号的定位, 而高效液压功率匹配回路中必须有序控制变量泵输出流量按一定的比例分配到各个负载区域, 实现发动机-变量泵-负载的功率匹配。而液压系统内部的运作与发动机功率匹配系统性能不仅受发动机、液压元件自身性能的影响, 外界的条件因素也起着影响作用, 还取决于各部分元件参数之间是否达到合理的匹配程度。在阀控液压发动机的发展过程中, 液压系统地经历了节流阀控系统、负荷传感 (阀控) 控制系统到泵控系统的过程。负荷传感的优点是按需要向系统提供流量, 基本无溢流损失, 降低能源消耗, 减少系统发热, 达到节能环保作用。阀控液压发动机系统与阀控液压系统相比较耗能更低, 尤其是电子泵控系统与电控发动机的匹配, 加入各种的参数设定, 从而达到低耗能的目的。

阀控液压发动机工作部分液压系统是靠几组差动液压缸来驱动的, 由于差动液压缸两腔面积不相等, 在动作时, 差动缸有杆腔与无杆腔所需要的油液流量也不相等, 因此, 要想实现用一台液压泵闭式直接控制差动缸回路, 必须满足液压泵的两个工作油口的输出油液不相等, 从而对差动缸两腔的流量进行补偿。将发动机、变量泵、多路阀和负载作为一个整体, 采用协调控制策略, 准确地对发动机-泵和泵-负载环节的功率进行协调, 提高了系统功率利用率, 减少了系统能量损失;设计了阀控液压发动机直线行走同步控制回路。阀控液压发动机功率匹配控制系统, 是以变量泵的工作压力为依据, 通过微机的计算可实现自动。但是由于阀控液压系统本身存在的不可避免的节流损失问题, 在增大系统装机功率的同时, 导致阀控液压发动机出现燃油使用量大、耗油高、排放差、液压系统发热量大、效率低等问题。

摘要：文章针对发动机极限载荷保护问题, 在分析其实现机理的基础上, 利用以单神经元PID自适应控制为基础的功率匹配方法, 建立了基于转差率的控制模型, 当外负载变化时, 控制器根据转速感应信号较好地调整液压泵的排量, 使发动机与液压泵基本实现功率匹配, 从几方面分析了发动机无须功率储备即可稳定可靠运行。

关键词：极限载荷保护,单神经元,极限载荷控制,功率匹配

参考文献

[1]罗勇.一种高效液压功率匹配回路[J].贵州工业大学学报 (自然科学版) , 2004 (5) .

[2]张或定.功率匹配液压回路——一种高效率节流调速液压回路[J].工程机械, 1979 (1) .

[3]李西红.基于单神经元PID的履带起重机功率极限载荷控制[A].自主创新实现物流工程的持续与科学发——第八届物流工程学术年会论文集[C].2008.

动力调谐陀螺仪动基座锁定回路设计 篇2

动力调谐陀螺仪动基座锁定回路设计

为了使动力调谐陀螺仪从加电至工作至完全停止的全过程均有效工作,设计了动基座上的.锁定回路,其解耦网络的交叉轴项随着陀螺转速一起动态变化.仿真表明:此动基座锁定回路能够较好地将动力调谐陀螺仪在静止→正常工作→静止的整个过程中都能锁定在零偏角附近.

作 者：顾春杰 周百令 李宏生 GU Chun-jie ZHOU Bai-ling LI Hong-sheng 作者单位：东南大学,仪器科学与工程系,南京,210096刊 名：传感技术学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS年，卷(期)：18(4)分类号：V241.5 O318关键词：动力调谐陀螺仪 再平衡 动基座锁定回路 解耦

回路匹配设计 篇3

摘 要：火电机组的控制系统是电厂实现自动化控制的关键所在，控制系统的优劣决定了自动化水平面的高低。本文从实际应用的角度阐述了使用MATLAB及SIMULINK工具箱设计自动控制回路的实施方法，充分说明了计算机仿真技术的发展为控制系统的设计与分析提供了越来越便利的条件，控制系统及控制对象等建模工作可以做得更加精准和实用。

关键词：MATLAB；SIMULINK；自动控制；仿真

1 概述

随着电力事业的不断发展，电网的稳定性变得越来越重要，因而，对火电机组的自动控制系统的要求越来越高。电网公司对火电机组的负荷升降速率、一次调频等指标提出了越来越高的要求。但由于很多电厂的自动控制回路设计不合理或者因为机组经过检修后工况变化造成控制参数不匹配等原因，导致控制效果很差，以致于经常被电网公司考核。因此，重新对电厂的控制回路进行设计及优化显得尤为重要。

经过多年的研究，我们掌握了一些利用MATLAB及SIMULINK工具箱设计自动控制回路的方法，方便实用且投运后的控制效果很好。

2 MATLAB仿真平台设计自动控制系统概述

2.1 利用MATLAB平台开发的优化软件

经过近年来的MATLAB仿真设计和现场实际测试，我们成功地开发了多个自动优化控制回路软件。在这些成型的自动优化控制回路软件基础上可以根据不同现场的不同机组进行参数微调即可应用，极大地方便了自动优化调试工作。目前，已开发的自动优化控制回路软件包括：主汽温优化软件、协调控制系统优化软件、凝结水节流优化软件等。这些优化软件按照不同机组类型和不同机组容量分别进行了建模和仿真，具有适用性强、操作方便的特点。

2.2 优化软件在MATLAB中的使用方法

对已开发的自动优化控制回路优化软件使用的方法比较简单，按照如下步骤进行操作：

①在WINDOWS环境中，双击MATLABR2012b图标，运行MATLAB。

②MATLABR2012b运行后出现主界面。

③在快捷工具栏“Current Folder（当前文件夹）”中，选择“Browse for Folder（浏览文件夹）”，选择已编制好的“优化软件文件夹”。

④在MATLAB环境中“Command Windows（命令窗）”内输入，“优化软件名”后按“Enter”键运行，即可弹出对应优化软件名功能的仿真界面。

⑤这些软件是基于MATLAB中SIMULINK环境开发的。仿真功能的基本界面为SIMULINK界面。因此这些软件的所有操作均符合MATLAB中SIMULINK环境下的基本操作。

⑥这些软件涉及SIMULINK基本设置为“Simulation->Configuration Parameters”，如图1所示，其中包括：“Start time（开始时间）”，“Stop time（结束时间）”，“Max step size（最大步距）”，“Min step size（最小步距）”。

⑦“Start time（开始时间）”和“Stop time（结束时间）”决定了仿真时间，开始时间一般从0秒开始，结束时间需要观察系统仿真过程是否结束。协调控制系统优化软件仿真时Stop time要设置得长一点，其他可以短一点。

⑧“Max step size（最大步距）”和“Min step size（最小步距）”一般和机组DCS中控制器的执行周期相同，例如控制器的执行周期为500ms，则可以分别设置0.5和0.25。

⑨开始仿真。单击工具栏中“Start simulation”。

3 MATLAB仿真平台设计自动控制回路的实际应用

为了设计更实用的自动控制回路，我们采集了大量机组运行的实际数据进行分析，通过机组现场实际历史数据建立控制对象的数学模型，并根据数学模型设置控制器闭环控制系统的参数。

在主汽温控制系统进行控制回路设计时，我们对导前区和惰性区的控制对象模型和控制器模型都进行了搭建。图2是实际主汽温变化值曲线与导前汽温变化值经过惰性区对象模型后曲线对比的仿真软件，该软件仿真的目的是验证主汽温惰性区数学模型的准确性。主汽温和导前汽温的数据均为机组实际数据导出后整理的标准格式数据。

图3中紫色为实际主汽温变化值曲线，黄色为导前汽温变化值经过惰性区对象模型后曲线。由图3可以看出两条曲线的相位和幅值很接近，说明惰性区对象模型建立的较为准确。如果为了对象模型更准确，我们可以继续调整惰性区的时间常数T和对象增益K。图3中时间常数T和对象增益K分别为30和1，可以分别单独改变其中一个，然后进行仿真曲线对比，曲线形态越接近，说明时间常数T和对象增益K越准确，然后适当修正控制回路参数，这样取得的控制效果会更好。

在协调控制系统进行控制回路优化设计时，我们对汽机、锅炉的对象模型、汽机主控模型、锅炉主控模型都进行了搭建。图4为通过某电厂现场数据建立的协调控制系统对象模型及控制模型，并根据对象模型配置控制器参数，在进行了MATLAB仿真后仿真效果良好。实际应用中，我们把仿真控制回路移植到现场DCS或PLC逻辑中，逻辑组态和PID参数基本上可以参照仿真模型。

4 仿真优化软件投入实际运行后的效果分析

目前，我们对不同容量的汽包炉和直流炉的主汽温模型、协调控制系统模型都进行了搭建。仿真模型中的逻辑组态和PID参数都可以直接移植到现场DCS或PLC逻辑中，实际控制效果非常好。图5是某电厂660MW超临界机组采用MATLAB仿真平台设计的自动控制回路后主要运行参数曲线。

图5中关键技术指标为：

①负荷变化范围：475MW-585MW，即110MW，第一阶段；585MW-550MW，即35MW，第二阶段。

②负荷变化速率：13.2MW/min，即2%Pe/min。

③最大负荷偏差：±4MW。

④最大压力偏差：±0.8MPa。

⑤最大中间点焓偏差：±80kJ/kg。

自动控制指标良好。最大压力偏差点和最大中间点焓偏差点出现在第一阶段负荷扰动尚未完全稳定而开始第二阶段负荷扰动时。两项控制作用相互叠加，对机组和控制系统性能是一种严峻的考验。

5 结束语

基于MATLAB仿真平台设计自动控制回路是目前自动控制系统优化的新思路，但在今后的应用会越来越多。随着现代控制理论以及更为复杂的控制算法的应用，借助MATLAB辅助设计自动控制回路更具有快速性和通用性的优点。

参考文献：

[1]刘卫国.MATLAB程序设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]刘卫国.科学计算与MATLAB语言[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[3]田亮.单元机组简化非线性动态模型[D].保定：华北电力大学，2005.

作者简介：

杨伴龙（1978—），男，工程师，工学学士，北京源深节能技术有限责任公司科技分公司任职，主要研究方向：工程过程建模与优化、智能优化理论及应用。

鲁艳丽（1981—），女，工程师，工学学士，从事火电机组热控检修及调试工作。

李振华（1978—），男，高级工程师，硕士，从事火电机组热控管理及调试工作。

赵民政（1981—），男，工程师，硕士，从事火电机组热控管理及调试工作。

回路匹配设计 篇4

任何液压系统都是由一个或多个基本液压回路组成的。所谓基本液压回路是为了实现特定的功能而把某些液压元件和管道按一定的方式组合起来的油路结构。在这些基本液压回路中, 实现功率传递的调速回路占有头等重要的地位, 因为液压传动的根本任务就在于此[1]。调速回路按其工作原理的不同, 分为节流调速回路、容积调速回路和容积节流调速回路。其中节流调速回路以其简单的结构形式和易于控制的调速特性, 而在定量液压系统中被广泛的应用。本文将针对定压节流调速回路中, 多执行元件间的设计参数匹配性问题进行说明。

2 多执行元件节流调速回路的特点

本文探讨的多执行元件节流调速回路, 是指采用定量泵的液压系统, 且在节流调速回路中, 并联两个以上液压执行元件的液压回路。其显著的特点是:系统布置简单, 可实现同时对多个执行元件的控制, 对减少液压系统的重量和成本十分有利;但多个执行元件之间会因压力和流量的彼此影响而在动作上相互牵制, 对有严格动作速度和顺序要求的系统, 其执行元件的设计较为复杂。

实际上在对多个执行元件进行控制的液压系统中, 多数采用一些特殊的回路来实现预定的动作要求。常见的这类回路有顺序动作回路、同步回路、互不干扰回路和多路换向回路等[3]。但在诸如航空、航天等对液压系统的体积、重量和可靠性等方面要求严格的领域里, 增加单独的控制回路会使本就狭小的安装空间更加拥挤不堪, 而复杂的回路显然也不利于提高系统的可靠性。因此通过对执行元件的活塞面积和出杆直径等参数的优化设计, 避免多个执行元件间的相互干扰而产生的多余动作, 甚至利用执行元件间的相互影响而达到独特的传动效果, 对于简化系统原理和减轻系统重量是一条有效的解决途径。

3 多执行元件间的设计匹配性分析

图1所示的是一个简化的多执行元件节流调速回路原理图, 对于拥有多个执行元件的节流调速回路来说, 执行元件之间的运动关系受以下几个因素的影响:

3.1 执行元件外负载的影响

在液压系统中, 负载决定了压力。同样在多执行元件的节流调速回路中, 相同的受压面积下, 负载较轻的执行元件首先产生运动。而负载较重的执行元件需要液压系统建立起足够使其克服负载阻力的压力后, 才能进行动作。实际上大多数执行元件的压油面积并不相同, 因此在一般情况下需要同时考虑负载和压油面积的综合影响。在图1所示的回路中, 执行元件A和B的受压面处的液压压力相同, 则负载和受压面积的比值大小决定了哪个执行元件先动作。假设其负载分别为FÁ和FÁ, 若FÁFAÁ<ÂAÂ, 则执行机构A首先动作, 反之亦然。

3.2 回油端节流阀的影响

在液压系统原理设计中, 如果执行元件的一腔接通回油管路, 则一般情况下认为该处的液压压力为零。在多执行元件节流调速回路的静态分析中, 这种假设是完全正确的。然而在执行元件的运动过程中, 这种静态的假设由于回油端节流阀的节流效应而不再适用。在执行元件开始运动后, 回油端开始产生流量, 此时节流阀的两端产生压力差。由于节流阀的一端接通回油, 因此节流阀两端的压力差值即为执行元件回油腔的液压压力, 此压力随回油流量的增大而增大, 随节流面积的减小而增大。在某些液压系统的回路中, 执行元件回油腔的压力甚至会大于供油腔的压力。在图1所示的回路中, 若执行元件A进行匀速动作, 则其活塞两端受力具有以下的关系:

P1•A1=P2•A2+FA

从力的平衡方程中可以推出, 当外负载小于活塞两端面积差与供油压力的乘积, 即ÁF< (AÁ-AÂ) PÁ时, 回油腔的压力PÁ会大于供油腔的压力PÁ。

3.3 执行元件缸体直径的影响

在多执行元件节流调速回路中, 拥有较大作动缸体的执行元件, 其在整个回路中占有主体地位, 受其他执行元件的影响较小。而作动缸体较小的执行元件, 受其他执行元件的影响较大。

从以上几点主要的影响因素来看, 均与执行元件的压油面积相关。因此当我们在设计多执行元件节流调速回路的液压系统时, 为了使执行机构能够按照预想进行动作和实现功能, 平衡几种主要因素的影响, 可以通过调整各执行元件的压油面积实现。同一节流调速回路中各执行元件的匹配性设计也基于这几点而得以体现。

4 工程实践中的典型案例

在某型短途支线客机起落架收放液压系统中, 由起落架的上位锁作动筒、下位锁作动筒和收放作动筒三个执行元件组成了一个多执行元件的节流调速回路。在设计之初, 并未考虑执行元件间的匹配性问题, 各执行元件的压油面积仅由其静态输出力决定。在该系统地面联试时, 起落架收起过程中, 上位锁作动筒意外伸出, 仅在收放作动筒运动停止后缩回, 导致起落架收起上锁功能不稳定、可靠性差。

经过执行元件匹配性分析后, 发现收放作动筒在收起过程中的外负载小于活塞两端面积差与供油压力的乘积, 因此回油腔的压力大于供油腔压力。而上位锁作动筒由于未考虑多执行元件的匹配性, 在起落架收起过程中, 其回油腔的压油面积大于供油腔, 从而导致了其意外伸出的故障。后经过调整上位锁作动筒两腔的压油面积比, 减小回油端压油面积, 使回油端活塞受力小于供油端, 解决了该问题。

5 结论

在具有多执行元件的节流调速回路的设计工作中, 除通过静态分析确定执行元件的压油面积, 使输出力满足外负载的要求外。还应针对节流阀在执行元件运动的过程中的节流效应, 进行动态分析和匹配性设计, 以便各执行元件在动态过程中能够满足设计要求的运动和功能。

参考文献

[1]液压传动[M].北京:机械工业出版社.

[2]飞机液压传动与伺服控制[M].北京:国防工业出版社.