井下液壓伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)分析研究

馬平輝

摘要：保障井下液壓伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有助于井下作業(yè)的安全穩(wěn)定，本文從小數(shù)分頻引發(fā)的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)問(wèn)題做出相關(guān)研究，提出了換流波頭統(tǒng)一前移具體解決辦法，旨在提升伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為井下作業(yè)順利進(jìn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：液壓伺服系統(tǒng);驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng);分析

引言

井下液壓伺服控制系統(tǒng)廣泛地被應(yīng)用于工程機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域，該控制系統(tǒng)依據(jù)液壓傳動(dòng)機(jī)理對(duì)故障實(shí)施排查，并且集小體積、小質(zhì)量、寬調(diào)速范圍等優(yōu)勢(shì)于一身，更容易對(duì)故障進(jìn)行檢查，保證控制工作的順利完成，實(shí)現(xiàn)施工安全。于井下液壓伺服控制系統(tǒng)中對(duì)其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，使得井下液壓伺服系統(tǒng)性能更優(yōu)穩(wěn)定性更強(qiáng)，對(duì)于保證液壓伺服控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。

在井下液壓驅(qū)動(dòng)作業(yè)中，交交變頻器應(yīng)用普遍，這是由于其利用晶閘管實(shí)現(xiàn)控制，晶閘管的內(nèi)存量可以實(shí)現(xiàn)很大數(shù)值，同時(shí)交交變頻器價(jià)格很低，有利于實(shí)現(xiàn)低速條件下較高的電機(jī)性能。本文針對(duì)交交變頻器在線計(jì)算無(wú)法滿(mǎn)足帶載值隨時(shí)改變的井下液壓伺服系問(wèn)題，所以下文對(duì)一些頻段點(diǎn)進(jìn)行離線計(jì)算，在離線基礎(chǔ)上討論優(yōu)化問(wèn)題，使得其輸出較好的對(duì)稱(chēng)波。

小數(shù)分頻實(shí)現(xiàn)原理

由于離線計(jì)算方式可以做出有限的頻段求解，即離線能做到的在于液壓伺服控制的有級(jí)調(diào)速（速度變化值僅在幾個(gè)固定值當(dāng)中變化），所以針對(duì)這一缺點(diǎn)，很早之前就已經(jīng)出現(xiàn)了小數(shù)分頻的說(shuō)法，但是出于電源波取值非整和換流波因素，小數(shù)分頻的說(shuō)法發(fā)展很慢。該文中實(shí)現(xiàn)了對(duì)換流波頭的位移保證系統(tǒng)平穩(wěn)狀態(tài)。

小數(shù)分頻相比于整數(shù)分頻而言，其運(yùn)行更為復(fù)雜，因?yàn)檎麛?shù)操作是存在一定時(shí)間間隔的，小數(shù)操作則間隔時(shí)間極短，幾乎存在連續(xù)操作狀態(tài)，小數(shù)分頻不存在一個(gè)定數(shù)的周期間隔，這是和整數(shù)分頻的最大的不同之處。

換流波頭統(tǒng)一前移原理

環(huán)流的存在與否對(duì)于液壓伺服控制系統(tǒng)的正常順利運(yùn)行有關(guān)，它影響到控制系統(tǒng)的性能狀態(tài)和容量大小，自然無(wú)環(huán)流才是控制系統(tǒng)正常的運(yùn)行條件，而錯(cuò)位沒(méi)有環(huán)流雖然也是環(huán)流不存在但屬于錯(cuò)位使其環(huán)流消失，這樣會(huì)給控制系統(tǒng)帶來(lái)死區(qū)，不利于液壓伺服控制系統(tǒng)的整體帶載水平，對(duì)于環(huán)流存在的情況，系統(tǒng)就需要一個(gè)內(nèi)存更大的電抗設(shè)備對(duì)環(huán)流所屬區(qū)域進(jìn)行控制，阻止換流在整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)散。若要實(shí)現(xiàn)自然無(wú)環(huán)流的狀態(tài)，可以于控制系統(tǒng)零點(diǎn)區(qū)域加上一處換流波頭，這樣就達(dá)到其中一個(gè)晶閘管的反并聯(lián)狀態(tài)的換流。如此一來(lái)，就能讓整個(gè)系統(tǒng)處于自然沒(méi)有環(huán)流存在的平穩(wěn)狀態(tài)。

小數(shù)分頻相較于整數(shù)分頻而言，換流波頭的位置更難選擇，這是因?yàn)橐簤核欧刂葡到y(tǒng)的帶載容量取值區(qū)域就可以對(duì)整數(shù)分頻的換流波頭提供依據(jù)，即液壓伺服控制系統(tǒng)帶載時(shí)發(fā)生的功率因數(shù)角就加上具有對(duì)稱(chēng)性質(zhì)的三相換流波頭很容易就能對(duì)換流波頭位置實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位;而小數(shù)分頻則不然，首要表現(xiàn)于換流波頭無(wú)對(duì)稱(chēng)性可言，很難發(fā)現(xiàn)任何兩組的自然無(wú)環(huán)流情況下的換流區(qū)域是一樣的，各自有各自的換流位置，所以這就給液壓伺服控制系統(tǒng)帶來(lái)了極為不穩(wěn)定的因素。正因如此，小數(shù)分頻于液壓伺服控制系統(tǒng)中很少得到使用。該文實(shí)驗(yàn)了統(tǒng)一對(duì)三相換流波頭進(jìn)行向前位移，發(fā)現(xiàn)能對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化，三相換流波頭的對(duì)稱(chēng)性也能顯示出來(lái)，這對(duì)于液壓伺服控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作具有重要價(jià)值。

換流波頭的使用

將換流波頭應(yīng)用于相同的反并聯(lián)的晶閘管就能夠阻止環(huán)流的發(fā)生。由于晶閘管屬于半控性質(zhì)的部件，只要導(dǎo)通了即使關(guān)掉觸發(fā)脈沖也無(wú)法使其停止，若想去觸發(fā)下一個(gè)晶閘管需要待所受的電壓電流表現(xiàn)是正的時(shí)候大于想要關(guān)掉的晶閘管或者所受的電壓電流表現(xiàn)是負(fù)的時(shí)候小于想要關(guān)掉的晶閘管。如此一來(lái)才能夠?qū)崿F(xiàn)想換流的晶閘管中發(fā)生明顯的換流波頭。

引發(fā)換流波頭的出現(xiàn)是對(duì)液壓伺服控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要保證，保證自然無(wú)環(huán)流，同時(shí)較大的換流波頭范圍能夠?qū)σ簤核欧刂葡到y(tǒng)功率因數(shù)角大范圍的波動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，能夠及時(shí)對(duì)系統(tǒng)的不同帶載做出相適應(yīng)的變化。

換流波頭統(tǒng)一前移

根據(jù)上述換流波頭統(tǒng)一前移原理敘述可以得知，小數(shù)分頻時(shí)三相波的波形呈現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)的狀態(tài)，正是因?yàn)檫@種不對(duì)稱(chēng)，才會(huì)導(dǎo)致整個(gè)液壓伺服控制系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。本文中通過(guò)對(duì)三相換流波頭位置統(tǒng)一前移，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是有利于液壓伺服控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行的，要注意前移的角度要依據(jù)液壓伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的容量進(jìn)行安排，統(tǒng)一前移行為是為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的角度一致，前移可能會(huì)發(fā)生三相換流波頭微微不那么對(duì)稱(chēng)，但結(jié)果反應(yīng)出這不是影響液壓伺服控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體平穩(wěn)運(yùn)行的最重要因素。

系統(tǒng)仿真原理及效果分析

系統(tǒng)仿真的原理即通過(guò)仿真軟件，于軟件中輸入系統(tǒng)運(yùn)行的程序，系統(tǒng)運(yùn)行的效果直接就能夠于仿真軟件中展示出來(lái)。本文對(duì)小數(shù)分頻條件下實(shí)現(xiàn)換流前移后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用的仿真系統(tǒng)為 MATLAB/Siimulink 仿真，為提升系統(tǒng)性能，仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用零式接法，同時(shí)于系統(tǒng)中從三相至交交變頻器的駛?cè)肟谔砑幼儔浩鳎瑢?shí)現(xiàn)三相變六相輸出，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)同一時(shí)間段內(nèi)電壓的波段顯示之前的兩倍數(shù)量。下圖展示的是17/6小數(shù)分頻下的仿真結(jié)果，仿真帶載設(shè)定為10N，系統(tǒng)仿真結(jié)果顯示0.9秒時(shí)控制系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速于0.2%以?xún)?nèi)變化，趨于平穩(wěn)。通過(guò)仿真，可以得出于整數(shù)分頻之間隨意添加小數(shù)分頻，利用該系統(tǒng)運(yùn)作控制方式就能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，也為理論界提供理論支持。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)于井下液壓伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的小數(shù)分頻引發(fā)的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)問(wèn)題做出相關(guān)研究并提出了解決辦法，即于小數(shù)分頻中對(duì)換流波頭的作用進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)行換流統(tǒng)一前移達(dá)到對(duì)稱(chēng)換流波，對(duì)于保證自然環(huán)流下系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行有利，并且運(yùn)用仿真軟件對(duì)理論體系進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此方法在保證井下液壓伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行上具有有效性。

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