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        思林水電站升船機(jī)閘首臥倒門電液同步控制系統(tǒng)仿真研究

        2015-06-05 14:56:59朱江宋遠(yuǎn)卓倪佳
        綜合智慧能源 2015年5期
        關(guān)鍵詞:控制策略

        朱江,宋遠(yuǎn)卓,倪佳

        (1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司,貴陽 550002;2.杭州國電機(jī)械設(shè)計研究院有限公司,杭州 310030)

        思林水電站升船機(jī)閘首臥倒門電液同步控制系統(tǒng)仿真研究

        朱江1,宋遠(yuǎn)卓2,倪佳2

        (1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司,貴陽 550002;2.杭州國電機(jī)械設(shè)計研究院有限公司,杭州 310030)

        分析了烏江思林水電站升船機(jī)閘首弱剛度臥倒門的啟閉問題,設(shè)計了主從式雙液壓缸電液比例同步回路,使用AEMSim軟件建立了仿真模型,通過仿真模型驗(yàn)證了主從式雙缸同步控制策略在弱剛度臥倒門同步控制應(yīng)用上的可行性,提出了工程實(shí)踐建議。

        升船機(jī);閘首臥倒門;主從式同步回路;AMESim仿真

        0 引言

        烏江思林水電站位于貴州省東北部,烏江干流中游,以發(fā)電為主,兼顧航運(yùn)、防洪等綜合效益。思林水電站升船機(jī)為一級垂直升船機(jī),設(shè)計規(guī)模為500 t級,升船機(jī)建筑物從上游至下游依次布置有上游引航道、上閘首、垂直升船機(jī)主體、下閘首、下游引航道等。升船機(jī)采用鋼絲繩卷揚(yáng)全平衡垂直提升,船舶過壩時通過上、下閘首駛?cè)胙b有水的鋼質(zhì)承船廂內(nèi)[1],承船廂由多根鋼絲繩懸吊,通過設(shè)于承重塔柱頂部機(jī)房內(nèi)的主提升機(jī)驅(qū)動,使之沿承重塔柱導(dǎo)軌垂直升降運(yùn)行,運(yùn)送船只過壩。思林水電站升船機(jī)閘首臥倒門是船舶進(jìn)出船廂的重要設(shè)備,由于閘首臥倒門是按照強(qiáng)度原則進(jìn)行設(shè)計的,無法靠其自身剛度來保證臥倒門兩個驅(qū)動液壓缸同步運(yùn)動,需要使用液壓同步方法來實(shí)現(xiàn)雙液壓缸的同步運(yùn)動。因此,本文針對臥倒門驅(qū)動液壓缸的電液同步液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,為工程實(shí)踐提供設(shè)計依據(jù)。

        1 臥倒門同步控制系統(tǒng)原理

        臥倒門液壓缸電液比例同步系統(tǒng)如圖1所示,比例換向閥1和12用來控制液壓缸7和16的運(yùn)動方向和運(yùn)動速度;平衡閥2和13用來克服臥倒門運(yùn)動過程中可能出現(xiàn)的外負(fù)載,使臥倒門運(yùn)動平穩(wěn);溢流閥3,4,14,15起安全閥的作用,對液壓缸有桿腔和無桿腔的最高壓力進(jìn)行限制;液壓缸分別由左右兩岸的泵站供油,液壓缸的極限位移由行程開關(guān)來限定,液壓缸的運(yùn)動位移由位移傳感器來實(shí)時監(jiān)測,位移傳感器和比例換向閥組成液壓缸的位移閉環(huán)控制系統(tǒng),比例換向閥死區(qū)的影響通過比例放大器的初始電流進(jìn)行消除。

        圖1 臥倒門比例同步控制回路原理圖

        2 提升缸同步控制系統(tǒng)模型

        2.1 臥倒門同步驅(qū)動控制策略

        雙液壓缸同步控制回路常用的控制策略有等同式、主從式、交叉耦合式、追逐式等[2-5]。該項目采用雙缸主從控制策略,液壓缸7作為主動液壓缸,液壓缸16作從動液壓缸,如圖2所示,現(xiàn)場可編程控制器(PLC)同時給主動/從動液壓缸的比例方向閥施加相同的控制信號,通過主/從液壓缸的位移傳感器檢測2個液壓缸的位移偏差,使用比例-積分-微分(PID)控制方法,根據(jù)2個液壓缸位移偏差信號來產(chǎn)生從動液壓缸位移修正控制信號,從而實(shí)現(xiàn)主/從液壓缸的位移同步運(yùn)動。

        2.2 臥倒門同步驅(qū)動的仿真模型

        由于系統(tǒng)中的平衡閥和溢流閥等對臥倒門雙缸同步控制系統(tǒng)動態(tài)性能影響不大,因此本文只考慮比例方向閥和液壓缸等關(guān)鍵元件的數(shù)學(xué)和仿真模型。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理和圖2所示的液壓缸同步控制策略,使用AMESim軟件建立如圖3所示的臥倒門液壓缸同步控制的仿真模型,左側(cè)液壓缸是主動液壓缸,右側(cè)液壓缸是從動液壓缸,使用位移傳感器分別檢測主從液壓缸的位移,計算主從液壓缸的位移偏差,使用PID控制方法產(chǎn)生從動液壓缸位移補(bǔ)償信號,從而實(shí)現(xiàn)2個液壓缸的同步控制。

        圖2 臥倒門驅(qū)動液壓缸同步控制策略

        圖3 臥倒門液壓缸同步驅(qū)動系統(tǒng)仿真模型

        3 控制系統(tǒng)仿真結(jié)果分析

        圖4 液壓缸未加位移閉環(huán)同步時的位移曲線

        仿真時主從液壓缸設(shè)置不同的外負(fù)載,以驗(yàn)證主從液壓缸在不同外負(fù)載下的同步性能。圖4為液壓缸未加位移閉環(huán)同步時主從液壓缸的位移曲線,由圖4可以看出:由于2個液壓缸外負(fù)載不同,導(dǎo)致2個比例換向閥在相同的控制信號作用下通過的流量不同,負(fù)載小的液壓缸運(yùn)動速度快,負(fù)載大的液壓缸運(yùn)動速度慢。圖5為液壓缸加位移閉環(huán)同步時的位移曲線,圖5表明:通過添加液壓缸的位移同步控制,可以克服液壓缸偏載所導(dǎo)致的液壓缸同步運(yùn)動偏差,使液壓缸的同步精度符合設(shè)計要求。

        圖5 液壓缸加位移閉環(huán)同步時位移曲線

        4 結(jié)論

        本文使用AMESim軟件對烏江思林水電站升船機(jī)閘首臥倒門的主從式電液同步方案進(jìn)行仿真,并得到以下結(jié)論。

        (1)使用主從式雙缸電液比例位移同步方案可以讓剛度較弱的臥倒門實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全開啟。

        (2)比例閥換向閥的規(guī)格要適當(dāng),規(guī)格過小會導(dǎo)致在閉環(huán)控制時出現(xiàn)控制信號飽和,導(dǎo)致液壓缸同步達(dá)不到精度要求,規(guī)格過大會導(dǎo)致閉環(huán)控制系統(tǒng)分辨率不夠。

        (3)2個液壓缸分別使用單獨(dú)的泵站供油比2個液壓缸由同一個泵站供油更容易實(shí)現(xiàn)同步控制精度要求。

        [1]何勇,鄧田英,薛文強(qiáng).思林水電站通航建筑物設(shè)計[J].貴州水力發(fā)電,2010,24(3):38-40.

        [2]董春芳,孟慶鑫.多缸電液調(diào)平系統(tǒng)相鄰交叉耦合同步控制[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報,2012,33(3):366-370.

        [3]劉新良,黃明輝,湛利華,等.液壓機(jī)多缸同步系統(tǒng)的建模與解耦控制[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2010(11):8-10.

        [4]劉春芳,周璐,吳盛林.基于解耦控制的雙電液伺服系統(tǒng)同步技術(shù)研究[J].機(jī)床與液壓,2007,35(2):181-183.

        [5]LISA M.Processing studies in sheet molding compound molding[D].Columbus:Ohio State University,2007.

        (本文責(zé)編:白銀雷)

        U 642

        :A

        :1674-1951(2015)05-0053-02

        朱江(1973—),男,遼寧沈陽人,工程師,從事水利水電通航設(shè)施的制造安裝管理工作(E-mail:191051582@qq.com)。

        2014-10-24;

        2015-03-20

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