變量泵控制技術(shù)介紹

變量泵通過排量調(diào)節(jié)來適應(yīng)機械在作業(yè)時的復(fù)雜工況要求，具有明顯的優(yōu)點，被廣泛使用。

一、變量控制的途徑

變量泵的控制方式多種多樣，主要有壓力切斷控制、功率控制、排量控制和負載敏感控制四種基本控制方式。通過這四種基本控制方式的組合，可以得到具有復(fù)雜輸出特性的組合控制。

電液控制變量泵可以方便地實現(xiàn)對流量、壓力等參數(shù)進行調(diào)整進而實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，以合理的負載功率匹配和軟起動，并自動保持最佳狀態(tài)，達到提高控制性能和節(jié)能的目標，同時可以實現(xiàn)與上位機或其他電子控制器的通信，實現(xiàn)一定的網(wǎng)絡(luò)化功能和故障診斷功能。

數(shù)字控制液壓泵能夠接收數(shù)字量的控制信號，以改變液壓泵的輸出參數(shù)，實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制和調(diào)整。目前主要有變頻控制和變排量控制兩種方式。其中變頻控制是通過變頻電動機或伺服電動機改變液壓泵的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。對變排量控制而言，所有的變量類型都是靠改變斜盤傾角或定子偏心實現(xiàn)，因此有可能采用同樣的硬件結(jié)構(gòu)，利用傳感器的檢測，采用不同的軟件程序來實現(xiàn)多種控制形式?；谶@一思想，數(shù)字控制變量泵應(yīng)運而生。數(shù)字控制變量泵的電機械轉(zhuǎn)換器可以通過多種方式來實現(xiàn)，如采用步進電動機、高速開關(guān)閥、高響應(yīng)比例閥、伺服閥等元件。在目前的技術(shù)水平下，采用比例閥的形式較多。比例放大器接收數(shù)字控制信號，輸出PWM信號控制比例閥的動作，由比例閥驅(qū)動變量活塞的運動實現(xiàn)變量，同時將變量活塞的運動反饋回控制器實現(xiàn)閉環(huán)控制。

二、國外研究現(xiàn)狀

1.國外研究現(xiàn)狀

早在1981年日本制鋼所就展出一臺比例變量泵，其上采用了CPU中央處理器、壓力傳感器、比例溢流閥、變量活塞行程檢測裝置，通過將壓力、流量、電動機功率三種信號反饋給CPU使泵的輸出可實現(xiàn)比例流量、恒壓、恒功率三種控制形式。其后國際上各大公司相繼開發(fā)了類似產(chǎn)品，目前典型的產(chǎn)品主要有德國博世力士樂的A4VSO型號，如圖1所示。

A4V主泵集成了位移傳感器、壓力傳感器、控制閥和專用的數(shù)字控制器，另外還有專門開發(fā)的最小值程序控制器（固化在電子控制器VT12350內(nèi)），實現(xiàn)壓力、流量和功率的優(yōu)先權(quán)選擇判斷。A10VO數(shù)字控制變量泵內(nèi)部集成了變量控制閥和斜盤角度傳感器，也可選配壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器及其他設(shè)定指令輸入器件，通過不同組合和程序的調(diào)整可實現(xiàn)流量、壓力、功率、負載敏感等多種控制形式。意大利ATOS公司的PVPC電液比例控制泵，通過集成PES數(shù)字控制器，可實現(xiàn)流量和壓力的閉環(huán)控制，同時可限制最大功率，允許系統(tǒng)最小壓力接近于零，并提供了較為豐富的數(shù)據(jù)接口種類，包括RS232串行數(shù)據(jù)接口、CAN和ROFIBUS-DP總線接口。PARKER公司PV系列柱塞泵產(chǎn)品開發(fā)了專門的數(shù)字控制器，它通過RS232總線進行參數(shù)設(shè)定，能夠使用基于PC的軟件編程，能夠設(shè)定斜坡時間，能覆蓋全系列不同規(guī)格液壓泵。通過該控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)排量控制、壓力控制和功率控制。這幾種方案都是通過位移傳感器檢測斜盤傾角來間接對流量進行表達，對流量的控制均是通過排量來體現(xiàn)，因容積效率的影響，在流量控制方而均存在一定的誤差。日木川崎公司開發(fā)的數(shù)字控制變量泵采用專門的流量傳感器實現(xiàn)流量的直接檢測，因此在流量控制方面效果好。

2．國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)研究主要集中在各大院校和研究院所。北京航空航天大學(xué)開展了智能泵的研究，在泵中集成了壓力傳感器、位置傳感器、溫度傳感器等，利用獨立供油的伺服閥對變量泵進行控制，如圖2所示。該智能泵的方案能夠按照要求選擇工作模式和被調(diào)節(jié)量，然后采集對應(yīng)的被調(diào)量實現(xiàn)反饋控制，表現(xiàn)了非常強的柔性和適應(yīng)性。其控制器基于89C51單片機實現(xiàn)，通過1553B總線與機載公共設(shè)備管理系統(tǒng)液壓子系統(tǒng)的計算機相連。該方案能夠很好地實現(xiàn)飛行器飛行狀態(tài)與液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的匹配，在節(jié)能方面有了很大的改善。哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用快速控制原型技術(shù)進行了數(shù)字控制柱塞泵的研究，其數(shù)字控制泵由數(shù)字控制器（包括功能控制器、邏輯控制器）、主液壓泵、電液伺服閥、傳感器（包括位置傳感器、壓力傳感器）組成，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力、流量、功率等多種功能的調(diào)節(jié)。太原科技大學(xué)基于自主開發(fā)研制的新型徑向柱塞泵，利用比例技術(shù)開發(fā)了相關(guān)的數(shù)字控制變量徑向柱塞泵。貴州力源液壓有限公司正在從事數(shù)字控制液壓泵的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。