基于双斜盘电机泵的EHA控制方法研究

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双斜盘液压电机泵是一种将三相交流异步电机与双斜盘柱塞泵高度集成一体化的新型动力元件,该电机泵体积小、结构紧凑、功率密度大,具备向高压力、高转速化方向发展的潜力。电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,以下简称EHA)则是一种高效率、高集成化的泵控驱动器,将双斜盘液压电机泵应用于EHA系统中能够进一步发挥其比较优势。本文以双斜盘液压电机泵作为动力源,研究EHA系统的位置控制方法,提出了一种三闭环的位置控制系统。通过分析双斜盘液压电机泵的结构和工作原理,构建其稳态数学模型,在采用变压变频开环调速方式的情况下进行理论分析并绘制其转速-流量特性曲线和压力-流量特性曲线,表明在低转速高压力的工作状态下双斜盘液压电机泵具有非线性、强耦合、时变的特点。对基于转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统进行了仿真研究,结果表明其动态响应性能较差,难以满足EHA系统的控制需求。对基于动态模型的双斜盘液压电机泵调速系统进行研究。建立三相交流异步电机的动态数学模型,采用矢量控制方法进行解耦,将电机模型分解为励磁电流和转矩电流两个相对独立的子系统,基于CFPWM控制技术实现对电机泵的电流闭环控制,采用PI调节器实现转速闭环控制,并引入有功阻尼对PI控制参数进行整定以提高转速环的抗扰性能,由此构成电机泵的双闭环矢量控制调速系统,通过仿真实验验证了所设计的调速系统具有良好的转速跟踪和抗扰性能。采用状态空间法对EHA系统的位置闭环进行建模,针对模型中存在的不确定性外部扰动,研究了EHA系统位置环的滑模控制策略并对其进行稳定性分析,并搭建了EHA控制系统的总体仿真模型,为验证所设计的滑模控制策略的有效性,将其与PID控制器进行对比仿真。仿真结果表明所设计的滑模控制器动态响应迅速,控制精度高,且能够有效抑制参数摄动和外部扰动,具有较强的鲁棒性。
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