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1、利用变转速泵解决伺服阀效能低的研究1 变速泵控系统低周疲劳试验机1.1 电液控制系统原理当指令信号电压作用于系统时，液压缸活塞便输出力，位移，负载力，位移由力，位移传感器检测并转换为反馈电压，在控制器中与指令信号电压比较，得出偏差信号电压并放大，作为变频器的输入。变频器（变频器发展）按照泵控试验机原理图放大的偏差信号电压驱动伺服电机向定量泵输出转速与转矩，定量泵向液压缸输出与偏差信号电压成比例的流量或压力。其中，液控单向阀，补油泵（补油泵为间歇工作方式）和蓄能器为系统提供由于差动液压缸运动所需的流量差，方向阀 4 可以在空行程时控制液压缸的位置。低周疲劳试验机的技术参数为：试验频率 0.015
2、Hz；最大静态力100kN；最大动态力为 50kN；最大位移幅值，0.5Hz 时为20mm，5Hz 时为 2mm；位移行程 250mm.可进行三角波，正弦波，方波，随机波等低周循环试验。1.2 试验机的负载特性试验机在作变形和疲劳试验时的负载主要为弹性负载，惯性负载较小。作正弦运动时可作出整个运动曲线，其它情况如拉伸试验等条件下可考虑最大速度，作用力和功率。作正弦运动时的负载特性为一椭圆。由不同频率时的最大位移以及液压缸参数得到低周疲劳试验机负载特性。 泵的压力流量特性曲线包容试验机的负载特性，故所选用的液压泵能满足试验机的试验要求。2 试验机的动态特性仿真在 Matlab 的 simulik
3、 环境下建立系统仿真模型，分析试件在弹性范围内试验时系统的动态特性：以阶跃信号为输入信号研究系统的动态响应；以正弦信号为输入信号，模拟试件在弹性范围内变形疲劳和力疲劳试验，研究系统跟踪正弦信号的能力。2.1 位置控制系统的动态特性仿真以阶跃信号和正弦信号做为输入信号，仿真结果为阶跃信号的响应，响应曲线调整时间约为 45ms（阀控系统的阶跃信号响应调整时间约为 40ms） ，其稳态误差为 0.02；在阶跃信号响应时两管道压力变化过程中，管道 B 在液控单向阀 6 充液结束达到系统充液压力 0.5MPa.在输入正弦信号电压时的响应曲线和误差变化曲线中，跟踪频率 5Hz 的正弦信号时最大跟踪误差（偏
4、差）为 0.04，幅值精度为0.5%.系统跟踪频率为 5Hz 的正弦信号时其波形和幅值精度均能满足试验要求。在液控单向阀 5，6 交替充放液过程，当系统工作于第一，二相限压缩过程时，液压缸 A 腔工作，控制液控单向阀 6 进行充放液过程；当系统工作于第三，四相限拉伸过程时，液压缸 B 腔工作，控制液控单向阀 5 进行充放液过程。液控单向阀 5，6 的流量为负时充液，为正时液压油流回到蓄能器。2.2 力控制系统的动态特性仿真在 50kN 的阶跃信号的响应中，响应曲线的调整时间约为80ms（阀控系统的阶跃信号响应当系统压力为 8MPa 时调整时间约为 70ms） ，其稳态误差为 0.13.在输入幅
5、值 20kN 的正弦信号响应曲线和跟踪误差变化曲线中，跟踪频率 5Hz 的正弦信号时最大跟踪误差为 0.2，幅值精度为0.5%；正弦信号的频率降低时，幅值精度可进一步提高。系统跟踪频率为 5Hz 的正弦信号时其波形和幅值均能满足试验要求。3 结论由交流伺服电动机和定量液压泵组成的变速泵控原理的低周疲劳试验机，在低频范围内，其动态特性与采用伺服阀阀控原理的低周疲劳试验机的动态特性相接近。通过合理地选择 PID 参数，系统可以满足低周疲劳试验机对控制精度和响应速度的要求。交流伺服电动机和定量液压泵组成的电液控制回路，虽然有液控单向阀的少量节流损失，但无溢流和空载功率损失，因而可以大幅度地降低系统的能量消耗，达到节能的目的。
