液压机驱动单元电机-泵匹配节能方法及其动态性能研究

摘要

液压驱动单元主要包括电机和液压泵等元器件，变频技术作为针对液压系统驱动单元能量效率提升的一种方法，对液压系统能量匹配损失有极大的遏制作用。但由于传统液压系统变频技术只考虑了液压驱动单元整体和负载的匹配，忽略了电机和液压泵自身的能量效率变化，节能效果有待提升。本文针对液压系统驱动单元整体能效提升的节能方法进行研究，结合变频异步电机驱动变量柱塞泵的驱动单元方案进行相关性能的探讨。
　　首先，根据液压机动作特征，分析工作过程中能量单元（电动机和液压泵）的能量流动特征和耗散特性。在单一工况下，分别建立了异步电动机和柱塞泵的能效特性模型，明确了影响电动机和液压泵能量效率的主要影响因素。然后，基于电动机和柱塞泵的能效特性，探究单一工况下电机和液压泵的耦合原理，提出了驱动单元整体能效优化方法，建立了驱动单元自身的能量匹配模型，通过仿真和试验验证了驱动单元整体匹配负载的节能效果。
　　为了解决驱动单元能量匹配方法实现过程中转速变量不能精确控制的现实问题，在异步电动机变频调速过程中，基于转差率量化，采用线性回归模型建立了异步电动机实际输出转速与频率之间更精确的映射关系，并用实验验证了模型有效。
　　最后，通过功率键合图的建模方法，建立了基于能量匹配方法的驱动单元动态特性模型，研究了其在阶跃响应下压力固有的输出特性，通过软件仿真的方法加以验证，其动态响应性能优良，实现了一个“能量效率高，响应特性好”的双优液压系统控制。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题背景

1．1．1 液压系统低碳制造势在必行

1．1．2 课题的来源与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 液压系统能量单元优化方法

1．2．2 液压系统控制回路节能方法

1．3 论文研究内容和组织结构

1．3．1 本文主要内容

1．3．2 本文逻辑框架结构图

第二章 液压系统驱动单元能效特性

2．1 液压系统驱动单元概述

2．2 变频异步电动机能效特性

2．2．1 异步电动机变频原理

2．2．2 异步电动机能效特性建模

2．3 变量柱塞泵能效特性

2．3．1 柱塞泵变排量工作原理

2．3．2 柱塞泵能效特性建模

2．4 本章小结

第三章 驱动单元电机-泵匹配节能方法

3．1 驱动单元能量匹配概述

3．2 驱动单元电机-泵匹配模型

3．3 电机-泵匹配实验台搭建

3．3．1 实验原理及主要元器件确定

3．3．2 主要元器件参数确定

3．3．3 实验台结构设计与搭建

3．4 实验研究

3．4．1 能量匹配方法有效性验证

3．4．2 与传统驱动方式节能效果比较

3．5 本章小结

第四章 基于转差率量化的驱动单元转速控制方法

4．1 异步电动机转差率量化理论

4．1．1 异步电动机转差率概述

4．1．2 异步电动机转差率量化理论

4．2 变频异步电动机实际转速控制方法

4．2．1 异步电动机测试系统与实测数据

4．2．2 电动机转速经验方程的建立

4．3 实验研究

4．4 本章小结

第五章 驱动单元匹配节能方法动态性能研究

5．1 动态特性分析在液压系统中的应用

5．1．1 液压系统动态特性研究方法

5．1．2 功率键合图建模基本方法

5．2 驱动单元动态特性建模

5．2．1 基于键合图的驱动单元动态特性分析

5．2．2 驱动单元动态特性数学模型

5．3 仿真实验研究

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况