變轉(zhuǎn)速泵控差動缸及低能耗注塑機(jī)技術(shù)研究.pdf

1、注塑機(jī)是一個集機(jī)械、電氣、液壓于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。在塑料制品生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)存在噪聲大、能耗高、效率低、控制精度差等不足。發(fā)展低能耗、高性能的注塑機(jī)已成為當(dāng)前注塑行業(yè)的迫切要求。本文在國家自然科學(xué)基金“新犁流量自平衡泵控制差動缸電液伺服系統(tǒng)的理論和方法”(50775156)和山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目“機(jī)電液復(fù)合驅(qū)動的新型高效、低能耗注塑機(jī)技術(shù)”(200603 1149)資助下，對變轉(zhuǎn)速泵控差動缸及低能耗注塑機(jī)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，為提高注塑機(jī)整

2、體性能做了有益地探索。
　　 針對變轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓系統(tǒng)動力源永磁同步電機(jī)(PMSM)的調(diào)速特性，分析了驅(qū)動和控制電路協(xié)調(diào)控制的重要性。針對驅(qū)動電路非線性功率開關(guān)器件產(chǎn)生的諧波及諧波損耗，研究丫電壓空間矢量調(diào)制，通過合理選擇零矢量位置和開關(guān)頻率，降低損耗，提高效率。在此基礎(chǔ)上對．PMSM進(jìn)行了矢量解耦控制，按照轉(zhuǎn)子磁場定向?qū)MSM進(jìn)行建模和解耦，設(shè)計(jì)出電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證表明協(xié)調(diào)控制改善了系統(tǒng)性能。
　　

3、 為解決差動缸兩腔面積差造成的流量不對稱問題，設(shè)計(jì)新配流定量液壓泵，通過理論計(jì)算和建模仿真研究了定量泵出油口和進(jìn)油口的流量特性，從理論I二分析r定量泉動態(tài)補(bǔ)償差動缸流量差原理。針對閥控系統(tǒng)能量損失人和現(xiàn)有的泵控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，措建了PMSM直驅(qū)泵控差動缸回路，闡述了動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。通過系統(tǒng)建模、四象限運(yùn)行特性和能耗特性仿真分析，驗(yàn)證了動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可行性，同時(shí)為進(jìn)一步改善和提高泵控差動缸動態(tài)性能，減少損耗提供了理論依據(jù)。<

4、br>　　 PMSM直驅(qū)泵控差動缸系統(tǒng)存在參數(shù)變化、負(fù)載擾動、滯后、非線性等不利于系統(tǒng)性能提高的因素，提出了模型跟蹤控制和負(fù)載轉(zhuǎn)矩前饋補(bǔ)償?shù)目刂品椒?，對電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行觀測，根據(jù)結(jié)構(gòu)不變性原理，對負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行前饋補(bǔ)償，提高調(diào)速系統(tǒng)跟蹤性能和控制性能，拓寬系統(tǒng)的頻帶，減小動態(tài)速降，提高電機(jī)抗擾性能。針對系統(tǒng)機(jī)電液耦合振動，提出了共振比控制，通過在負(fù)載轉(zhuǎn)矩反饋環(huán)節(jié)引入共振比參數(shù)，在不改變液壓系統(tǒng)諧振頻率的前提下，有效抑制共振。為了進(jìn)一步

5、改善差動缸速度動態(tài)特性，消除缸伸出和收回時(shí)的速度靜差，提出了動態(tài)前饋補(bǔ)償速度閉環(huán)控制，由差動缸速度和電機(jī)轉(zhuǎn)速的開環(huán)特性設(shè)計(jì)出前饋補(bǔ)償函數(shù)，根據(jù)缸速度不同給定實(shí)時(shí)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)差動液壓缸伸出和收回時(shí)速度對稱，縮短了動態(tài)響應(yīng)時(shí)間，有效改善系統(tǒng)動態(tài)特性，提高液壓缸速度跟蹤控制精度，降低系統(tǒng)能耗。最后搭建數(shù)學(xué)模型和Dspace試驗(yàn)平臺，仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的有效性。
　　 為了消除差動缸位置靜差，提高位置伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能和魯棒穩(wěn)定性，

6、提出速度、加速度前饋與抗飽和積分分離PI復(fù)合控制方法進(jìn)行改善，根據(jù)閉環(huán)特性設(shè)計(jì)出速度加速度前饋函數(shù)，使差動缸在不同的位移給定值下，按照不同的速度加速度規(guī)律來控制，達(dá)到期望的運(yùn)動軌跡。空載和加載試驗(yàn)表明，該策略提高了位置跟蹤控制精度，改善了動態(tài)性能，有效抑制了缸運(yùn)動過程的噪聲，提高了抗擾性能。將PMSM直驅(qū)泵控差動缸系統(tǒng)應(yīng)用于注塑機(jī)鎖模機(jī)構(gòu)，采用鎖模機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)模型作為PMSM直驅(qū)泵控差動缸負(fù)載，對鎖模機(jī)構(gòu)的開鎖模動作進(jìn)行位置跟蹤控制，進(jìn)

7、一步驗(yàn)證了其位置伺服系統(tǒng)跟蹤精度高、魯棒性強(qiáng)，為工程實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　 將采用上述控制策略后的PMSM直驅(qū)泵控差動缸系統(tǒng)應(yīng)用于注塑機(jī)系統(tǒng)，分別與異步電機(jī)驅(qū)動注塑機(jī)系統(tǒng)的四種方案進(jìn)行了控制特性和能耗對比。PMSM直驅(qū)定量泵控注塑機(jī)系統(tǒng)壓力和流量均通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動功率與執(zhí)行機(jī)構(gòu)自適應(yīng)匹配控制，解決了注塑機(jī)較長時(shí)間工作在冷卻和保壓等部分負(fù)載工況時(shí)能耗大的問題。PMSM泵控系統(tǒng)消除了溢流損失和節(jié)流損失，降低了損