二次调节应用在液压升降机中的仿真与分析

卢青松　 李岚

摘 要：液压系统已经涉猎机械的各个行业，对工程机械的发展有着不可磨灭的作用[1]。尤其最近几年，由于工程的需要，液压升降机被广泛使用，但是由于升降机燃油利用率低，油耗高等缺点，使液压升降机的节能要求凸显出来。本文将二次调节技术应用到液压升降机中进行仿真分析，通过与传统的升降机进行仿真对比发现，基于二次调节的液压升降机在流量利用率上有很大的提高，运动状态也很稳点，在能源节约方面有很大的改进，有很好的节能效果。

关键词：液压升降机；二次调节；仿真；节能

1 液压升降机的工作原理

液压升降机是由液压机构，行走机构，支撑机构和电动控制机构等组成。其中液压机构是提供液压升降机运动的主要动力来源[2]。当升降平台承载工件上升时，液压缸提供动力来驱动其运动； 当工件下降时，液压缸将存储潜在的能量释放[3]。

液压系统在控制升降机的工作过程中，主要是由各种液压阀共同作用调节的，包括节流阀、单向阀以及隔爆型电磁换向阀。此外增加液控单向阀保证在工作运转中发生意外能够及时自锁。并且安装了超载控声报警器，能够及时发现超载与设备故障等问题。

因为液压升降机的升降主要依赖液压装置提供压力能进行工作，因此如果要改善液压升降机的能耗问题就需要从液压装置入手，解决了液压装置的能耗问题，进而也就解决了液压升降装置的能耗问题。现在把二次调节技术与液压系统结合起来，通过调节与改善绘制出仿真效果图进行分析。

2 二次调节的定义与控制原理

二次调节是直接作用在元件上，对元件进行第二次改变，通过改变元件的排量来顺应外力的影响[4]。由于二次调节系统一直处于压力恒定的状态。所以系统内部间压力不会相互影响，进而对回路功率的影响很小。

二次调节技术的控制主要有PID控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制。PID控制应用最广泛，本文的基于二次调节的液压升降机也是使用了PID控制。

控制信号为

u（t）=Kpe（t）+Ki∫t0e（t）dt+Kdde（t）dt

其中e（t），u（t），y（t），r（t）分别为相应的控制信号。且有e（t）= r（t） y（t）。

其中的大小，对控制系统的影响很大，关乎着系统运行的稳定。比例因子越小，控制系统在运转中越趋近平稳，反之越大，控制系统在运转中起伏越明显。而的作用是避免误差，增强系统运转的平稳。最后的积分环节影响着闭环系统的静差问题。增加积分环节会消除闭环系统的静差现象，如果想很好地解决闭环系统的静差问题，最好调节的大小，的大小影响着积分环节的作用效果，调节，也就是改善闭环系统的静差问题。

3 二次调节系统模型的建立

通过上面的总结，现在建立二次调节在液压升降装置的二维图，结合AMEsim软件进行仿真分析，其模型如下图1所示。

1变量泵；2马达；3、9溢流阀；4、5单向阀；6二位二通换向阀；7回转换向阀；8蓄能器；10、11二位三通换向阀；12、13节流阀；14二次元件；15负载；16转速传感器；17系统给定转速；18PID控制

PID控制比例系数与系统运转的平稳性有关，因此选择合适的参数很重要。通过临界比例度法选择确定Kp=4；ki=0.1；kd=0.3。

4 仿真结果

通过使用AMEsim软件进行建模仿真，我们得出了传统升降机的回转马达流量曲线如下图2，以及回转马达和液压泵的流量曲线如下图3。

根据图2和图3显示，我们可以得出以下结论，液压泵在启动的过程中共输出流量为11.6L，总损失流量为6.38L，从而可知液压装置中泵的流量利用率为45.9%。

通过与传统的升降机进行对比分析，在升降机工作过程中我们列出三种类型的液压系统的流量利用率的对比方案，如下表所示。

回转系统流量利用率表

通过上表的数据显示，我们可以确定：传统的升降机流量利用率比降低；在蓄能器能量回收型的液压系统中，虽然压力差很小，但是流量利用率任然不够理想；由于二次调节液压系统回路功率损失小，负载间压力不相互影响等特点，使得其流量利用率明显高出一般液压系统流量利用率很多。

由于液压油是一种不可压缩的液体，所以液压油不可能产生压力。它必须依靠其他介质来转换和积累压力能量。蓄能器是一种储能装置，可以在压力容器中储存液压压力，并在需要时释放。蓄电池是液压系统中一个重要的辅助元件，可以保证系统的正常运行。它在维护工作稳定性、延长工作寿命、提高系统的动态质量方面起着重要作用。蓄能器为液压系统提供经济、安全、节能、可靠、环保的效果非常明显。因此，为了研究液压系统的节能效果，必须研究蓄压器的压力变化。累加器的压力变化曲线如下图4所示。利用蓄电池的压力变化曲线来确定液压旋转装置的工作原理。

下图5是升力旋转平台的转速曲线。升力的旋转平台是由蓄能器和液压泵驱动的。

通过AMEsim软件进行仿真，我绘制了传统的升降机回转装置的负载转速曲线如图6（a），蓄能器液压升降装置中负载的转速曲线如图6（b），以及二次调节液压系统升降装置中负载的转速曲线如图6（c）。通过比较，我们得出结论：将二次调节技术运用到液压系统中，使得系统的速度波动小，匀加速阶段更加平稳，从而使系统的稳定性更好[7]。

（a）（b）

5 结论

本文将传统的升降机进行改进研究，将二次调节技术应用到液压升降机中，通过建模仿真分析，与传统的升降机回转系统进行对比分析，得出二次调节型液压升降机的运转过程中更稳定，能源利用率更高，具有良好的节能效果。

参考文献：

[1]张安裕.双活塞串联液压缸的理论研究与设计[D].武汉科技大学，2014.

[2]王春初.车用装卸液压升降机执行机构的优化系列设计[D].上海交通大学，2003.

[3]张大欢.节能型升降机液压系统改进设计[J].北京：煤矿机械出版社，2009.

[4]余文霞.二次调节静液传动系统控制的研究[D].沈阳工业大学，2003.

[5]吳振阔，张亮，张波.PID参数整定和优化[J].河北：中国高新技术企业出版社，2010.

[6]陈勤彰.浅谈皮囊式蓄能器[J].山东：华东纸业出版社，2012.

[7]王欣.基于二次调节液压挖掘机回转制动节能研究[D].南华大学，2015.

作者简介：卢青松（1990），男，汉族，河南人，在校研究生，研究方向：流体传动与控制。