直驱式电液伺服模锻锤控制系统研究
发布时间：2021-08-02 08:44
对直驱式电液伺服系统在模锻锤上的应用进行了研究,提出一种新型直驱式电液伺服控制模锻锤。设计了模锻锤直驱式液压控制系统原理图,分析了其工作原理和优势,通过研究新型模锻锤能量控制原理,提出了蓄能间接转换控制方法及转换原理,通过理论分析证明可以提高系统能效及打击能量的可控性。分别对交流伺服电机调速系统与泵控缸系统进行了数学建模,在此基础上建立了模锻锤控制系统的数学模型,并在Simulink平台上搭建系统的仿真模型,仿真分析了该系统的动态特性,通过Bode图中的幅值裕量和相位裕量证明了系统的相对稳定性。时域仿真曲线表明,泵控系统动态响应时间可以满足模锻锤工况要求。仿真结果有效验证了直驱式电液伺服模锻锤控制系统的可行性。
【文章来源】：锻压技术. 2019,44(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
直驱式电液伺服模锻锤液压系统原理图1.伺服电机2.定量泵3.安全阀4.截止阀5.压力表6.液压马达7.发电机8-1～8-4.二通插装阀9-1～9-4.二位三通换向阀10.液压缸11.补油油箱Fig.1Principlediagramofhydraulicsystemfordirectdriveelectro-hydraulicservodieforginghammer
最小行程;A为无杆腔面积;P为液压系统工作压力;g为重力加速度。根据打击次数计算，选择100mL·r－1的CBG型齿轮泵，额定压力为12.5MPa，最高压力为16MPa，额定转速为2000r·min－1。根据定量泵总的流量和压力计算，得出电机功率为34kW。所以，选择西门子伺服电机1FT7108，额定转速为2000r·min－1，额定功率为34.2kW，额定转矩为109N·m。2直驱式电液伺服模锻锤打击能量控制及能量转换原理2.1直驱式电液伺服模锻锤系统能量控制直驱式电液伺服系统控制原理如图2所示。系统主要包括控制系统、交流永磁同步伺服电动机的伺服调速系统和泵控缸动力执行机构3部分［5－6］。控制系统会对液压缸上安装的传感器采集的信号进行处理，控制系统中的主控制器将采用一定的控制方法，与处理后的信号比较后，经过D/A数模转换，输出电信号到伺服驱动器，然后控制伺服电机的转速，继而驱动液压泵产生一定的流量［7］，通过系统油路最终驱动液压缸得到最终锤头的打击速度，从而实现锻锤打击能量的控制。图2直驱式电液伺服模锻锤系统控制原理图Fig.2Principlediagramofsystemcontrolfordirectdriveelectro-hydraulicservodieforginghammer2.2蓄能间接转换器原理在直驱式电液伺服模锻锤控制系统中，蓄能间接转换过程为:提锤或打击过程中，从液压缸流出的液压油驱动液压马达转动，马达利用发电机的电磁感应原理产生感应电动势，交流发电机定子的三相绕组中感应产生的是交流电。由于马达的变转速运动，发电机的发电频率是变化的，所以，使用调频设备获取频率一定的电能，然后利用整流器将其变为直流电，利用滤波器尽可能地将直流电中的脉
校?钅芗?接转换过程为:提锤或打击过程中，从液压缸流出的液压油驱动液压马达转动，马达利用发电机的电磁感应原理产生感应电动势，交流发电机定子的三相绕组中感应产生的是交流电。由于马达的变转速运动，发电机的发电频率是变化的，所以，使用调频设备获取频率一定的电能，然后利用整流器将其变为直流电，利用滤波器尽可能地将直流电中的脉动成分滤掉，使输出电压平滑，此时的直流电再经稳压电路进入储能元件超级电容器中被储存，以用于驱动交流伺服电机作为动力源或者为控制单元供电。蓄能间接转换流程如图3所示。图3蓄能间接转换流程图Fig.3Flowchartofindirectconversionforenergystorage2.3直驱式电液伺服模锻锤系统优点直驱式电液伺服模锻锤系统优点如下:(1)直驱式电液伺服驱动系统既具有电机易于控制的特点，又结合了液压出力大的特点，通过控制伺服电机的转速来改变定量泵输出的流量，实现锤头速度的控制;(2)锻锤停止运动，伺服电机和泵也停止，没有电机运行效率损失和空运转损失;(3)蓄能间接转换器使得能量得以循环利用，提高了能源利用率;(4)取消了传统电液锤中必不可少的液压蓄能器部分，节省了安装空间，使结构更加紧凑，安全性能提高;(5)系统集成度高，可以实现模块化设计，大大减少了管路连接，故减少了流量损失，减少了管道动态对液压系统的影响。3直驱式电液伺服模锻锤控制系统数学模型3.1交流永磁同步伺服电机数学模型在d/q坐标系下建立交流永磁同步伺服电机的数学模型［8－9］，建模时:(1)忽略磁滞带来的损耗以及铁芯硅钢片中的涡流，不考虑铁芯中的饱和效应;(2)永磁体中的电导率基本为零;(3)转子和永磁体没有阻尼绕组的存在
【参考文献】：
期刊论文
[1]精密锻造技术的现状与发展趋势[J]. 赵震,白雪娇,胡成亮. 锻压技术. 2018(07)
[2]智能锻压设备及其实施途径的探讨[J]. 赵升吨,张鹏,范淑琴,李靖祥,董朋,王永飞,张海霞. 锻压技术. 2018(07)
[3]直驱式系统中交流调速系统的设计[J]. 饶裕,刘杨,齐彪,李杨,浑陆,王岩. 自动化技术与应用. 2017(07)
[4]直驱式单出杆对称液压促动器电液伺服系统研究[J]. 于安才,李阳,王超光,姜继海,杨晨. 液压与气动. 2017(02)
[5]液压机直驱式电液伺服系统研究及仿真[J]. 王亮,张敏,李洁. 机械设计与制造工程. 2016(08)
[6]直驱式电液执行器驱动双缸系统动态特性[J]. 郭冰菁,申欢欢,李阁强. 液压与气动. 2016(01)
[7]直驱式容积控制电液伺服系统研究[J]. 赵春华,宁春玉,庞春颖. 液压与气动. 2014(11)
[8]一种直驱式容积控制电-液伺服系统动态特性分析[J]. 曹明垚,孙强,郭慧,岳继光. 液压与气动. 2013(05)
[9]直驱泵控缸系统建模及自适应反推滑模控制[J]. 王洪斌,张永顺,冯少婵,高殿荣. 电机与控制学报. 2011(09)
[10]直驱式液压传动[J]. 刘庆和. 液压气动与密封. 2011(07)
博士论文
[1]伺服直驱泵控液压系统及其节能机理研究[D]. 郑洪波.广东工业大学 2012
硕士论文
[1]压力机用直驱式电液伺服系统[D]. 王汉杰.河南科技大学 2011
本文编号：3317259
【文章来源】：锻压技术. 2019,44(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
直驱式电液伺服模锻锤液压系统原理图1.伺服电机2.定量泵3.安全阀4.截止阀5.压力表6.液压马达7.发电机8-1～8-4.二通插装阀9-1～9-4.二位三通换向阀10.液压缸11.补油油箱Fig.1Principlediagramofhydraulicsystemfordirectdriveelectro-hydraulicservodieforginghammer
最小行程;A为无杆腔面积;P为液压系统工作压力;g为重力加速度。根据打击次数计算，选择100mL·r－1的CBG型齿轮泵，额定压力为12.5MPa，最高压力为16MPa，额定转速为2000r·min－1。根据定量泵总的流量和压力计算，得出电机功率为34kW。所以，选择西门子伺服电机1FT7108，额定转速为2000r·min－1，额定功率为34.2kW，额定转矩为109N·m。2直驱式电液伺服模锻锤打击能量控制及能量转换原理2.1直驱式电液伺服模锻锤系统能量控制直驱式电液伺服系统控制原理如图2所示。系统主要包括控制系统、交流永磁同步伺服电动机的伺服调速系统和泵控缸动力执行机构3部分［5－6］。控制系统会对液压缸上安装的传感器采集的信号进行处理，控制系统中的主控制器将采用一定的控制方法，与处理后的信号比较后，经过D/A数模转换，输出电信号到伺服驱动器，然后控制伺服电机的转速，继而驱动液压泵产生一定的流量［7］，通过系统油路最终驱动液压缸得到最终锤头的打击速度，从而实现锻锤打击能量的控制。图2直驱式电液伺服模锻锤系统控制原理图Fig.2Principlediagramofsystemcontrolfordirectdriveelectro-hydraulicservodieforginghammer2.2蓄能间接转换器原理在直驱式电液伺服模锻锤控制系统中，蓄能间接转换过程为:提锤或打击过程中，从液压缸流出的液压油驱动液压马达转动，马达利用发电机的电磁感应原理产生感应电动势，交流发电机定子的三相绕组中感应产生的是交流电。由于马达的变转速运动，发电机的发电频率是变化的，所以，使用调频设备获取频率一定的电能，然后利用整流器将其变为直流电，利用滤波器尽可能地将直流电中的脉
校?钅芗?接转换过程为:提锤或打击过程中，从液压缸流出的液压油驱动液压马达转动，马达利用发电机的电磁感应原理产生感应电动势，交流发电机定子的三相绕组中感应产生的是交流电。由于马达的变转速运动，发电机的发电频率是变化的，所以，使用调频设备获取频率一定的电能，然后利用整流器将其变为直流电，利用滤波器尽可能地将直流电中的脉动成分滤掉，使输出电压平滑，此时的直流电再经稳压电路进入储能元件超级电容器中被储存，以用于驱动交流伺服电机作为动力源或者为控制单元供电。蓄能间接转换流程如图3所示。图3蓄能间接转换流程图Fig.3Flowchartofindirectconversionforenergystorage2.3直驱式电液伺服模锻锤系统优点直驱式电液伺服模锻锤系统优点如下:(1)直驱式电液伺服驱动系统既具有电机易于控制的特点，又结合了液压出力大的特点，通过控制伺服电机的转速来改变定量泵输出的流量，实现锤头速度的控制;(2)锻锤停止运动，伺服电机和泵也停止，没有电机运行效率损失和空运转损失;(3)蓄能间接转换器使得能量得以循环利用，提高了能源利用率;(4)取消了传统电液锤中必不可少的液压蓄能器部分，节省了安装空间，使结构更加紧凑，安全性能提高;(5)系统集成度高，可以实现模块化设计，大大减少了管路连接，故减少了流量损失，减少了管道动态对液压系统的影响。3直驱式电液伺服模锻锤控制系统数学模型3.1交流永磁同步伺服电机数学模型在d/q坐标系下建立交流永磁同步伺服电机的数学模型［8－9］，建模时:(1)忽略磁滞带来的损耗以及铁芯硅钢片中的涡流，不考虑铁芯中的饱和效应;(2)永磁体中的电导率基本为零;(3)转子和永磁体没有阻尼绕组的存在
【参考文献】：
期刊论文
[1]精密锻造技术的现状与发展趋势[J]. 赵震,白雪娇,胡成亮. 锻压技术. 2018(07)
[2]智能锻压设备及其实施途径的探讨[J]. 赵升吨,张鹏,范淑琴,李靖祥,董朋,王永飞,张海霞. 锻压技术. 2018(07)
[3]直驱式系统中交流调速系统的设计[J]. 饶裕,刘杨,齐彪,李杨,浑陆,王岩. 自动化技术与应用. 2017(07)
[4]直驱式单出杆对称液压促动器电液伺服系统研究[J]. 于安才,李阳,王超光,姜继海,杨晨. 液压与气动. 2017(02)
[5]液压机直驱式电液伺服系统研究及仿真[J]. 王亮,张敏,李洁. 机械设计与制造工程. 2016(08)
[6]直驱式电液执行器驱动双缸系统动态特性[J]. 郭冰菁,申欢欢,李阁强. 液压与气动. 2016(01)
[7]直驱式容积控制电液伺服系统研究[J]. 赵春华,宁春玉,庞春颖. 液压与气动. 2014(11)
[8]一种直驱式容积控制电-液伺服系统动态特性分析[J]. 曹明垚,孙强,郭慧,岳继光. 液压与气动. 2013(05)
[9]直驱泵控缸系统建模及自适应反推滑模控制[J]. 王洪斌,张永顺,冯少婵,高殿荣. 电机与控制学报. 2011(09)
[10]直驱式液压传动[J]. 刘庆和. 液压气动与密封. 2011(07)
博士论文
[1]伺服直驱泵控液压系统及其节能机理研究[D]. 郑洪波.广东工业大学 2012
硕士论文
[1]压力机用直驱式电液伺服系统[D]. 王汉杰.河南科技大学 2011
本文编号：3317259
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