井下液壓伺服驅動控制系統分析研究

馬平輝

摘要：保障井下液壓伺服驅動控制系統的穩定運行有助于井下作業的安全穩定，本文從小數分頻引發的系統運行不穩問題做出相關研究，提出了換流波頭統一前移具體解決辦法，旨在提升伺服驅動控制系統的穩定運行，為井下作業順利進行提供保障。

關鍵詞：液壓伺服系統;驅動控制系統;分析

引言

井下液壓伺服控制系統廣泛地被應用于工程機械應用領域，該控制系統依據液壓傳動機理對故障實施排查，并且集小體積、小質量、寬調速范圍等優勢于一身，更容易對故障進行檢查，保證控制工作的順利完成，實現施工安全。于井下液壓伺服控制系統中對其驅動控制系統進行研究，使得井下液壓伺服系統性能更優穩定性更強，對于保證液壓伺服控制系統的平穩運行提供保障。

在井下液壓驅動作業中，交交變頻器應用普遍，這是由于其利用晶閘管實現控制，晶閘管的內存量可以實現很大數值，同時交交變頻器價格很低，有利于實現低速條件下較高的電機性能。本文針對交交變頻器在線計算無法滿足帶載值隨時改變的井下液壓伺服系問題，所以下文對一些頻段點進行離線計算，在離線基礎上討論優化問題，使得其輸出較好的對稱波。

小數分頻實現原理

由于離線計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調速（速度變化值僅在幾個固定值當中變化），所以針對這一缺點，很早之前就已經出現了小數分頻的說法，但是出于電源波取值非整和換流波因素，小數分頻的說法發展很慢。該文中實現了對換流波頭的位移保證系統平穩狀態。

小數分頻相比于整數分頻而言，其運行更為復雜，因為整數操作是存在一定時間間隔的，小數操作則間隔時間極短，幾乎存在連續操作狀態，小數分頻不存在一個定數的周期間隔，這是和整數分頻的最大的不同之處。

換流波頭統一前移原理

環流的存在與否對于液壓伺服控制系統的正常順利運行有關，它影響到控制系統的性能狀態和容量大小，自然無環流才是控制系統正常的運行條件，而錯位沒有環流雖然也是環流不存在但屬于錯位使其環流消失，這樣會給控制系統帶來死區，不利于液壓伺服控制系統的整體帶載水平，對于環流存在的情況，系統就需要一個內存更大的電抗設備對環流所屬區域進行控制，阻止換流在整個系統的擴散。若要實現自然無環流的狀態，可以于控制系統零點區域加上一處換流波頭，這樣就達到其中一個晶閘管的反并聯狀態的換流。如此一來，就能讓整個系統處于自然沒有環流存在的平穩狀態。

小數分頻相較于整數分頻而言，換流波頭的位置更難選擇，這是因為液壓伺服控制系統的帶載容量取值區域就可以對整數分頻的換流波頭提供依據，即液壓伺服控制系統帶載時發生的功率因數角就加上具有對稱性質的三相換流波頭很容易就能對換流波頭位置實現精準定位;而小數分頻則不然，首要表現于換流波頭無對稱性可言，很難發現任何兩組的自然無環流情況下的換流區域是一樣的，各自有各自的換流位置，所以這就給液壓伺服控制系統帶來了極為不穩定的因素。正因如此，小數分頻于液壓伺服控制系統中很少得到使用。該文實驗了統一對三相換流波頭進行向前位移，發現能對系統的穩定性進行優化，三相換流波頭的對稱性也能顯示出來，這對于液壓伺服控制系統穩定工作具有重要價值。

換流波頭的使用

將換流波頭應用于相同的反并聯的晶閘管就能夠阻止環流的發生。由于晶閘管屬于半控性質的部件，只要導通了即使關掉觸發脈沖也無法使其停止，若想去觸發下一個晶閘管需要待所受的電壓電流表現是正的時候大于想要關掉的晶閘管或者所受的電壓電流表現是負的時候小于想要關掉的晶閘管。如此一來才能夠實現想換流的晶閘管中發生明顯的換流波頭。

引發換流波頭的出現是對液壓伺服控制系統穩定工作的重要保證，保證自然無環流，同時較大的換流波頭范圍能夠對液壓伺服控制系統功率因數角大范圍的波動產生相應的響應，能夠及時對系統的不同帶載做出相適應的變化。

換流波頭統一前移

根據上述換流波頭統一前移原理敘述可以得知，小數分頻時三相波的波形呈現不對稱的狀態，正是因為這種不對稱，才會導致整個液壓伺服控制系統運行不穩定。本文中通過對三相換流波頭位置統一前移，結果發現是有利于液壓伺服控制系統的正常穩定運行的，要注意前移的角度要依據液壓伺服驅動控制系統的容量進行安排，統一前移行為是為了實現移動的角度一致，前移可能會發生三相換流波頭微微不那么對稱，但結果反應出這不是影響液壓伺服控制驅動系統整體平穩運行的最重要因素。

系統仿真原理及效果分析

系統仿真的原理即通過仿真軟件，于軟件中輸入系統運行的程序，系統運行的效果直接就能夠于仿真軟件中展示出來。本文對小數分頻條件下實現換流前移后的實驗結果應用的仿真系統為 MATLAB/Siimulink 仿真，為提升系統性能，仿真設計應用零式接法，同時于系統中從三相至交交變頻器的駛入口添加變壓器，實現三相變六相輸出，這樣就能夠實現同一時間段內電壓的波段顯示之前的兩倍數量。下圖展示的是17/6小數分頻下的仿真結果，仿真帶載設定為10N，系統仿真結果顯示0.9秒時控制系統就實現了穩定運行，驅動轉速于0.2%以內變化，趨于平穩。通過仿真，可以得出于整數分頻之間隨意添加小數分頻，利用該系統運作控制方式就能實現控制系統的平穩運行，也為理論界提供理論支持。

結語

本文對于井下液壓伺服驅動控制系統的小數分頻引發的系統運行不穩問題做出相關研究并提出了解決辦法，即于小數分頻中對換流波頭的作用進行分析，發現實行換流統一前移達到對稱換流波，對于保證自然環流下系統的正常穩定運行有利，并且運用仿真軟件對理論體系進行仿真，實驗結果表明此方法在保證井下液壓伺服驅動控制系統的穩定運行上具有有效性。

參考文獻

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