多模式电液负载敏感系统节能与运动补偿方法研究

Load sensing (LS) is one of the basic energy-saving methods in hydraulic systems, which has been widely used in construction, agriculture and mining fields, etc. However, the energy-saving ability of the LS system is limited by the losses caused by the pressure margin, the control valve and the load inconsistency. Moreover, the LS system has the drawbacks of slow response and oscillation tendency. To improve the energy efficiency and dynamic performance, new potential methods are provided by mode switching of the electrohydraulic LS system. Several key scientific problems as follows will be solved by new energy-saving and motion compensation methods of the multi-mode electrohydraulic LS system: 1) Reducing energy losses caused by the pressure margin and avoiding system instability by new switching methods of supplying the flow; 2) Reducing energy losses caused by the control valve and improving damping performance by new switching methods of regulating the flow; 3) Reducing energy losses caused by the load inconsistency and reducing pressure impacts by new switching methods of dividing/combining the flow. Energy efficiency and dynamic performance of LS systems will be improved by this research, with laying the technical foundation for intelligent hydraulic equipment.

负载敏感是液压系统最基本的节能方式之一，广泛应用于建筑施工、矿产开采、农林作业等领域。然而，负载敏感系统由压力裕度、阀口节流和负载差异导致的能量损失限制了其节能空间，且具有动态性能差（响应慢、易振荡）的缺点。电液负载敏感系统通过控制回路的多模式切换，为降低系统能耗、提高动态性能提供了新的途径。本课题开展多模式电液负载敏感系统节能与运动补偿方面的基础研究工作，拟解决的关键科学问题如下：1）研究供流模式选择及稳定切换，降低压力裕度导致的损失并避免切换失稳；2）研究节流模式优化及阻尼补偿，降低阀口节流导致的损失并提高阻尼特性；3）研究分/合流模式设计及平滑切换，降低负载差异导致的损失并降低压力冲击。本课题的研究将提高负载敏感系统效率和动态特性，为发展智能液压装备奠定技术基础。

负载敏感是液压系统最基本的节能方式之一，广泛应用于建筑施工、矿产开采、农林作业等领域。然而，负载敏感系统由压力裕度、阀口节流和负载差异导致的能量损失限制了其节能空间，且具有动态性能差（响应慢、易振荡）的缺点。电液负载敏感系统通过控制回路的多模式切换和动态特性补偿，为降低系统能耗、提高动态性能提供了新的途径。本项目从多模式电液负载敏感系统流量供给、流量调节和流量分配三个方面展开研究工作，取得了如下进展：.1）流量供给方面，建立了流量/压力复合控制的电液负载敏感泵供油机制，并设计了流量/压力稳定切换的电液负载敏感系统，试验表明不同工况下能耗可降低16.8%-26.2%，在此基础上提出了出口压力补偿的电液负载敏感新原理以降低压力损失；.2）流量调节方面，在分析系统主动阻尼补偿原理的基础上，揭示了压力反馈方法在外界干扰下的控制局限性，设计了考虑负载干扰抑制的单执行器系统主动阻尼补偿策略，形成了基于泵阀复合节流的多执行器主动阻尼补偿方法，试验表明采用该方法可减小机械臂速度振荡38%和压力超调量43%；.3）流量分配方面，分析并优化了恒功率控制下负载敏感系统动态性能，建立了流量/功率控制下电液负载敏感泵抗饱和设计准则，设计了基于控制模式识别的多执行器流量分配策略。.本项目发表（录用）学术论文8篇，其中SCI论文4篇（均为JCR一区，2019年平均影响因子4.09），EI论文2篇，宣读国际会议论文2篇，展示会议墙报1份，完成特邀报告1份，申请专利2项（其中授权1项），培养硕士研究生4名。