液壓混動系統泵排量控制研究

曾小華　劉持林　李文遠　宋大鳳　李立鑫　陳存福

摘? ?要：針對閉式液壓回路中變量泵排量控制方法精度較低的問題展開研究，基于泵控系統中伺服閥的脈寬調制（PWM）控制，推導出占空比信號與變量泵排量的線性關系，在AMESim軟件平臺上搭建了泵控系統仿真模型，并基于試驗測試數據對模型進行校核，基于泵控系統模型提出了PID反饋控制、前饋+反饋控制和三步法控制的泵排量控制方法，并進行測試對比分析.仿真結果表明，三步法控制在動態響應及快速穩定方面優于PID反饋控制，相比于前饋+反饋控制，采用三步法控制的泵排量動態響應誤差減少了35.5%.

關鍵詞：占空比信號;泵控系統;PID控制;前饋+反饋控制;三步法控制

中圖分類號：U469.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A

Research on Pump Displacement Control of Hydraulic Hybrid System

ZENG Xiaohua1，LIU Chilin1，LI Wenyuan1，SONG Dafeng1，LI Lixin1，CHEN Cunfu2

（1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Jilin University，Changchun 130025，China;

2. FAWJiefang，Automotive Co? Ltd，Qingdao 266043，China）

Abstract： This paper studied the problem of low precision for variable pump displacement control method of closed hydraulic circuit. The linear relationship between the duty cycle signal and displacement of pump was derived based on the pulse width modulation（PWM） control of the servo valve for the pump control system. The simulation model of the pump control system was built on the AMESim software platform，and the model was verified by comparing with the test data. Based on the pump control system model，the PID feedback control，feedforward + feedback control， and three-step control of pump displacement were proposed，and an analysis was performed. Simulation result shows that the three-step control is superior to PID feedback control in dynamic response and rapid stability. When compared with the feedforward + feedback control，the dynamic response error of the pump displacement controlled by the three-step method is reduced by 35.5%.

Key words： duty cycle signal;pump control systems;PID control;feedforward + feedback control;three-step control

液壓傳動具有控制方式靈活、布局方便、過載能力強的優點[1].同時，液壓系統能量傳遞介質具有潤滑、冷卻等功能，使得液壓系統可以克服機械傳動裝置部件易磨損和腐蝕生銹的問題，具有更好的通用性[2].

采用變量泵的液壓系統廣泛應用于多種機構中，為保證系統對各種復雜工況和不同工作輸出要求的適應性，常需要對液壓泵排量進行及時調節.潛艇舵機液壓操縱裝置通過泵排量控制實現運動方向、運動姿態等基本性能的穩定控制[3];汽車液壓啟停能量回收系統，通過泵排量控制的優化實現更加優良的節能減排效果[4];電液混合動力軌道車中泵源排量的控制是提高軌道車行駛效率的關鍵[5].可知作為液壓系統的核心能源元件，液壓變量泵的排量特性直接影響了整機的工作性能和能耗，因此變量泵排量控制成為液壓系統核心技術之一，同時也是當前研究的重點.黃新磊[6]針對轉速感應控制基于匹配發動機的應用問題，提出了雙段轉速感應控制、全程轉速感應的復合柱塞變量泵控制方法，改善了扭矩匹配效果，但模型采用的PID控制算法魯棒性較差. Bergada等[7]為確定柱塞泵的動態特性參數，通過建立精確的柱塞間隙數學模型，研究流量泄漏及由此產生的流量、壓力的動態變化，但沒有提出具體的泵排量控制方法.

本文針對閉式液壓回路中柱塞式變量泵排量控制問題展開研究.通過研究脈寬調制（PWM）控制得到占空比信號與變量泵排量（指變量泵排量比，為范圍[-1，1]之間的無量綱參數）的線性關系[8]，基于實車測試數據在AMESim軟件平臺上搭建精確的泵控系統仿真模型，提出了基于PID反饋控制[9-10]、前饋+反饋控制[11]和三步法控制[12]的泵排量控制方法，并進行仿真對比分析，結果表明了三步法控制的優越性.