消防车二次调节回转液压系统节能仿真研究

摘要

随着人们环保意识的提高及能源储量的日趋紧张，高效率的节能产品越发受到市场的欢迎。液压传动是一种常见的动力传递方式，其具有功率密度大、控制特性好等优良特性，因此广泛应用于工程机械产品中。然而，由于摩擦损失及泄漏等因素的存在，液压传动系统在工作时往往有较大的能量损失，低效率制约了液压传动技术的发展与应用。因此，液压节能技术一直是液压传动领域中的一个重要课题。
　　二次调节技术是一项新发展起来的液压传动技术，具有能量回收、高控制精度等优良特性，有广泛的应用与发展前景。目前，国外对该技术的研究已经进入产品试验阶段，国内针对二次调节的工程应用研究仍比较少。本文以实际项目为依托，设计了应用二次调节技术的消防破拆车回转液压系统，研究了二次调节系统参数及控制策略对能量回收特性的影响。本文的主要内容包括如下几个方面:
　　(1)介绍了二次调节系统的工作原理，分析了二次调节系统中主要元件的工作特性。在此基础上，本文建立了二次调节系统中蓄能器、电液伺服阀、控制油缸及二次元件的数学模型。
　　(2)分析、计算了消防破拆车回转机构的外负载，并根据结果对二次调节系统进行选型，基于简化系统模型的原则，对外负载进行了等效转化。
　　(3)建立了消防破拆车回转机构二次调节转速控制系统的数学模型，并对系统模型进行了简化。在此基础上，本文为二次调节转速控制系统设计了PID控制器，并应用MATLAB/Simulink软件对系统进行了仿真，进而讨论了系统参数变化及外部干扰对系统控制特性的影响。本文进一步设计了应用模糊控制的F-PID控制器，对比仿真结果表明，应用F-PID控制器的二次调节转速控制系统的控制效果更好。
　　(4)本文从理论角度分析了二次调节系统的能量回收特性，通过仿真研究了制动时间、稳态转速、等效转动惯量及系统压力四个因素对系统能量回收效率的影响。仿真结果表明，减少制动时间，降低稳态转速，增大等效转动惯量及降低系统压力能增加二次调节系统的能量回收效率。