[發明專利]一種恒功率柱塞變量泵組驅動系統節能控制方法

有效

• 申請號: 201910514891.5
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110242531B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 黃海鴻;方波;姚鑫
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F04B17/03
• 分類號: F04B17/03;F04B13/00;F04B23/06;F04B49/06;F04B51/00
• 代理公司: 北京青松知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11384
• 代理人: 鄭青松

1.一種恒功率柱塞變量泵組驅動系統的節能控制方法，所述恒功率柱塞變量泵組驅動系統包括：由三相異步電機(1)和恒功率柱塞變量泵(2)構成的恒功率柱塞變量泵驅動單元(3)、由所述恒功率柱塞變量泵驅動單元(3)進行驅動的負載液壓缸(4)以及用于調節三相異步電機(1)轉速的變頻器(5)；所述恒功率柱塞變量泵驅動單元(3)的個數為兩個或兩個以上；其特征是：恒功率柱塞變量泵組驅動系統的負載需求流量由各恒功率柱塞變量泵驅動單元共同提供；所述恒功率柱塞變量泵組驅動系統調速控制策略是：根據負載不同階段的流量和壓力需求，調用不同數量的恒功率柱塞變量泵驅動單元分別處于恒功率控制和空載運行狀態，建立轉速優化模型，計算獲得恒功率控制和空載運行狀態下的最優節能目標轉速，利用每個恒功率柱塞變量泵驅動單元中的變頻器調節恒功率柱塞變量泵組驅動系統的三相異步電機轉速到最優節能目標轉速。

2.根據權利要求1所述的一種恒功率柱塞變量泵組驅動系統的節能控制方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟1、針對第i個恒功率柱塞變量泵驅動單元，按照負載不同階段的工況特性給定該驅動單元的需求輸出流量輸出功率以及負載壓力根據柱塞泵工作原理，驅動單元輸出功率和輸出流量q_i關系如式(1)所示：

式(1)中，q_i為恒功率柱塞變量泵驅動單元實際輸出流量；q_V為柱塞泵總容積損失流量；q_T為柱塞泵理論輸出流量；q_V1、q_V2、q_V3、q_V4分別為柱塞泵壓縮容積損失流量、膨脹容積損失流量、配流副泄露損失流量、滑靴副泄露損失流量；

由式(1)計算得出該恒功率柱塞變量泵驅動單元的實際輸出流量q_i(n)與轉速n的關系如式(2)所示:

式(2)中，C_q1、C_q2為實際輸出流量相關綜合系數；C_T1、C_v1、C_v21、C_v22、C_v3、C_v4為柱塞泵流量損失相關參數；

該恒功率柱塞變量泵驅動單元i總損失功率P_i^W與轉速n的關系如式(3)所示：

式(3)中，為柱塞變量泵的損耗功率；為三相異步電機的損耗功率；C_w1、C_w2、C_w3分別為與恒功率柱塞變量泵驅動單元結構和負載壓力p^s_i有關的損耗功率綜合系數；

步驟1.1、恒功率柱塞變量泵驅動單元i輸入功率P_i^input(n)等于該驅動單元總損失功率P_i^W與輸出功率P_i^output之和，聯立式(1)、式(2)及式(3)建立恒功率柱塞變量泵驅動單元能耗目標最優轉速優化模型如式(4)：

式(4)中，q_i(n)為轉速為n時該恒功率柱塞變量泵驅動單元實際輸出流量；k_q為引入的流量系數，其取值大于1；k_n為引入的柱塞泵轉速系數，其取值大于1；n_i-min為該恒功率柱塞變量泵驅動單元最低允許工作轉速，其值與柱塞泵型號有關；P_i^input(n)為轉速為n時該恒功率柱塞變量泵驅動單元輸入功率；

步驟1.2、依照給定的恒功率柱塞變量泵驅動單元i的工況需求輸出流量以及負載壓力p^s_i可由恒功率柱塞變量泵驅動單元能耗目標最優轉速優化模型式(4)求解出該恒功率柱塞變量泵驅動單元i此工況需求下的最優節能目標轉速

3.根據權利要求1所述的一種恒功率柱塞變量泵組驅動系統的節能控制方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟2.1、針對由(a+b)個額定功率相同的異步電機-斜盤式恒功率軸向柱塞變量泵組成的恒功率柱塞變量泵驅動單元構成的恒功率柱塞變量泵組驅動系統，根據負載不同階段的工況特性給定該恒功率柱塞變量泵組驅動系統的需求輸出流量q^need、輸出功率P^output以及負載壓力p^s，調用a個恒功率柱塞變量泵驅動單元處于恒功率控制運行狀態，b個恒功率柱塞變量泵驅動單元處于空載狀態運行，分配方式如式(5)所示，即：

式(5)中，q(n₁)為a個處于恒功率控制運行狀態的恒功率柱塞變量泵驅動單元轉速為n₁時的總實際輸出流量；q_i(n₁)為處于恒功率控制的第i個恒功率柱塞變量泵驅動單元轉速為n₁時的實際輸出流量；k_q為引入的流量系數，其取值大于1；為a個處于恒功率控制運行狀態的恒功率柱塞變量泵驅動單元轉速為n₁時的總實際輸入功率；P_i^W(n₁)為處于恒功率控制的第i個恒功率柱塞變量泵驅動單元轉速為n₁時的總損耗功率；P_i^output(n₁)為處于恒功率控制的第i個恒功率柱塞變量泵驅動單元轉速為n₁時的實際輸出功率；

步驟2.2、恒功率柱塞變量泵組驅動系統輸入功率等于該恒功率柱塞變量泵組驅動系統總損失功率P^W與輸出功率P^output之和；聯立式(4)、式(5)設置恒功率柱塞變量泵組驅動系統能耗目標最優轉速優化模型如式(6)：

式(6)中，n₁為a個處于恒功率控制運行狀態的恒功率柱塞變量泵驅動單元轉速；n₂為b個處于空載運行狀態的恒功率柱塞變量泵驅動單元轉速；C_qa1、C_qa2為a個處于恒功率控制運行狀態的恒功率柱塞變量泵驅動單元的實際輸出流量相關綜合系數之和；C_wa1、C_wa2、C_wa3分別為與恒功率柱塞變量泵驅動單元結構和負載壓力p^s有關的損耗功率綜合系數之和；

其中，

步驟2.3、依照給定的恒功率柱塞變量泵組驅動系統工況需求輸出流量q^need、以及負載壓力p^s可由恒功率柱塞變量泵組驅動系統能耗目標最優轉速優化模型式(6)求解出該恒功率柱塞變量泵組驅動系統此工況需求下a個處于恒功率控制運行狀態的恒功率柱塞變量泵驅動單元的最優節能目標轉速和b個處于空載運行狀態的恒功率柱塞變量泵驅動單元的最優節能目標轉速