液压机多源网络系统构型及能量调控研究

As a result of multi-pumps power source and the structure of single-path connecting actuators in the valve controlled system of hydraulic forging press, the power source outputs a fixed pressure and flow with poor adaption, which not only cannot meet different load requirements of various working conditions and multiple actuators simultaneously, but also make it hard to recover and generate energy. All above factors lead to the system’s poor power transmission efficiency. To solve this problem, the applicant proposes a hydraulic multi-source network system. Through the network loop, the variable flow source, pressure source and energy conversion device are organically combined together. The variable flow source is structured by A+D with the characteristics of volumetric speed control, the pressure source with multi levels output is built by power matching and the energy conversion device is introduced to realize the system energy’s dynamic regulation. In order to accomplish this work, a further research is needed. It contains the solution of hybrid control law to achieve matching control between multi-sources and the load, exploration of the pump-valve compound control strategy and highly robust switching law to suppress the switching shocks, studying about the internal mechanism of energy conversion unit to form the energy deployment mechanism and build an expert system for the global energy regulation. Then a hydraulic control system with the characteristics of multi-sources and network is get along with that design method and control strategy comes into being, which combines controllability, performance optimization and energy management. Eventually, the results of the study will offer theoretical references for the valve controlled system on energy-saving control.

锻造液压机液压阀控系统由于其采用多泵共源、单通路连接执行器的结构形式，致使泵源输出压力单一，流量调节能力差，无法同时兼顾多种工况、多个执行器的不同负载需求，也不利于能量回收和再生，导致液压系统传动效率低下。本项申请针对这一问题提出：采用A+D组合构建具有容积调速特征的变流量源，基于功率匹配构建具有多级输出的压力源，引入能量转化装置实现系统能量的动态调控，并利用网络回路将上述单元有机结合，形成液压多源网络系统。进一步研究混合控制律的求解以实现多源与负载的匹配控制，探索泵阀复合控制策略和高鲁棒切换律以抑制液压系统的切换冲击，研究能量调控单元相互作用机理，形成其能量调配机制，建立面向全局的能量调控专家系统，最终得到一种具有多源和网络特征且集控制、性能优化和能量管理于一体的节能型液压机液压控制系统，并形成其设计方法与控制策略。期望研究成果能为阀控系统节能控制提供理论借鉴。

本项目面向当今世界节能环保的时代需求，针对传统大功率锻造液压机液压阀控系统效率较低的问题进行了创新研究，提出了一种“液压多源网络系统”的概念，该系统通过数字和模拟(D+A)组合控制构建具有容积调速特征的变流量源，通过负载功率匹配控制构建具有多级压力输出的变压力源，通过引入能量转化装置实现系统能量调控，最后利用网络回路将上述单元有机结合，形成液压多源网络系统。.针对高压大流量液压系统本身具有多泵源的特点，在多泵数字控制技术的基础上，引入了比例变量泵单元，形成了一种基于数字和模拟(D+A)组合控制的多泵源液压系统，给出了系统的构型计算方法及其评价指标，通过建立多泵源系统的数学模型，研究了系统流量和压力的基本输出特性，针对所构型的新系统，从节能和控制角度分别提出了泵控模式和泵阀复合控制两种模式；针对传统单一压力源系统不能同时匹配多执行负载或者时变负载问题，提出了多级压力源切换液压控制系统，给出了系统的构型原理、定义及其数学描述，阐明了其节能机理，设计了该系统的切换控制方法，分析不同工况下多级压力源切换系统的参数灵敏度变化规律，提出了多级压力源切换系统的高鲁棒切换冲击抑制方法；为实现能量流在多源、不同执行器之间和能量储存单元之间灵活调配，提出了多源网络能量调控专家系统，研究了能量传递单元的基本控制特性，分析了能量调控系统压力控制特性以及系统的动态响应特性，提出了能量调控单元使用规则及参数匹配方法。采用机理建模方法，建立了能量调控系统组成部件及系统和整体数学模型，研究能量调控单元相互作用机理，进一步提出液压多源网络系统的全局能量管理策略，研究了各能量模式的能量耗散特性、负载匹配特性、切换策略和能量调配机制。最后，研制基于所提新系统的原理样机以及改造0.6 MN锻造压机实验平台，进行上述内容的实验研究。本项目将为大功率锻造液压机液压阀控系统提供一种工程应用性强、适应面广的新的节能解决方案。