液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的自動(dòng)控制分析

張廣闊

摘 要 液壓機(jī)械無(wú)機(jī)傳動(dòng)中自動(dòng)控制研究備受關(guān)注。通過(guò)自動(dòng)控制的了解，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，靈活調(diào)整設(shè)計(jì)內(nèi)容，確保自動(dòng)控制達(dá)到最理想狀態(tài)。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)控制;發(fā)動(dòng)機(jī);系數(shù)組;變速器

液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的自動(dòng)控制，多體現(xiàn)在工程車(chē)輛中。尤其是履帶式挖掘機(jī)，或者工程應(yīng)用的輪式裝卸車(chē)。當(dāng)車(chē)輛處于牽引狀態(tài)下，面臨載荷變化以及重載等情況，受到環(huán)境的影響，整體變化范圍比較大。液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)在很大程度上增強(qiáng)載荷適應(yīng)能力，并且能夠做到自動(dòng)調(diào)節(jié)，增加自動(dòng)化控制能力。當(dāng)前液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)自動(dòng)控制應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為智能化與現(xiàn)代化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)自動(dòng)控制介紹

作為全新的傳動(dòng)技術(shù)，液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)近些年得到更多重視，開(kāi)發(fā)力度加大。最初液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)自動(dòng)控制主要在車(chē)輛中應(yīng)用。其本身具有小功率運(yùn)行，無(wú)級(jí)調(diào)速能夠有效控制，運(yùn)行效率高等特點(diǎn)，調(diào)整車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，減少車(chē)輛運(yùn)行能耗，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)裝置在80年代，應(yīng)用到美國(guó)步兵戰(zhàn)車(chē)中，提升步兵戰(zhàn)車(chē)控制效能。德國(guó)結(jié)合美國(guó)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，打造液壓機(jī)械綜合傳動(dòng)裝置[1]。日本研究出四段式液壓機(jī)械傳動(dòng)裝置，并且將其應(yīng)用到施工車(chē)輛中，以此提高應(yīng)用效率。我國(guó)最初研究以二段式液壓機(jī)械雙流無(wú)級(jí)變速器為主，采用單雙自由度搭配的方式，結(jié)合定排量液壓元件，增設(shè)變排量系統(tǒng)，以此完成液壓功率的傳遞[2]。其中還包括齒輪元件，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以此有效控制運(yùn)行功率變化。根據(jù)變排量液壓元件的控制，以及定排量液壓元件的調(diào)整，科學(xué)協(xié)調(diào)運(yùn)行功率。結(jié)合制動(dòng)器運(yùn)行以及排量的控制，準(zhǔn)確計(jì)算控制系統(tǒng)速度比，涉及輸出轉(zhuǎn)速nb，輸入轉(zhuǎn)速n0，傳動(dòng)裝置速比kr，具體計(jì)算關(guān)系式如下：

K_r=n_b/n_o

控制系統(tǒng)速比的計(jì)算，如果將液壓系統(tǒng)運(yùn)行期間的容積效率排除在外，定植選擇n0，這期間結(jié)合計(jì)算得到液壓元件在定排量控制下的輸出轉(zhuǎn)速關(guān)系變化。

2液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化需求，調(diào)整電子控制單元，其中中央處理器主要選擇系列為Intel MCS96A，存儲(chǔ)器為只讀類(lèi)型，空間為16kB。輸入電路與輸出電路分別為8路、3路。輸入電路主要元件包括擋位開(kāi)關(guān)、選擇與功能切換等控制鍵。不僅如此，3路當(dāng)前同樣在進(jìn)行模擬輸入控制，涉及加速桿位置、踏板位置以及制動(dòng)踏板等。輸出電路包括馬達(dá)與發(fā)動(dòng)機(jī)、傳輸裝置等轉(zhuǎn)速。輸出電路中，驅(qū)動(dòng)功率達(dá)到72W，規(guī)格為24V，3A。驅(qū)動(dòng)裝置為電磁閥，主要在制動(dòng)器中。在此基礎(chǔ)上輸出電路還涉及2路，主要形式為PWM輸出，驅(qū)動(dòng)功率為24W，規(guī)格為24V，1A，主要形式為變量泵發(fā)揮驅(qū)動(dòng)作用實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。被控系統(tǒng)的調(diào)整必須創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型，但是因?yàn)橄到y(tǒng)比較復(fù)雜，所以難度較大。

面對(duì)上述數(shù)學(xué)模型難度較大的情況，電子控制軟件從簡(jiǎn)化角度出發(fā)，通過(guò)PID控制的形式，積極進(jìn)行增量式算法，融入數(shù)字PID控制模式，簡(jiǎn)化控制原則，并且發(fā)揮其魯棒性?xún)?yōu)勢(shì)。數(shù)學(xué)模型創(chuàng)建中，需要對(duì)增量進(jìn)行計(jì)算，其中涉及控制量增量△V_K、采樣周期T、微分時(shí)間常數(shù)f_D以及積分時(shí)間常數(shù)f_I、誤差值ei（注：t=ti時(shí)刻）具體計(jì)算公式如下：

計(jì)算公式中，為KI，為KD，具體數(shù)據(jù)都需要根據(jù)功率參數(shù)加以確定。如果計(jì)算中，系數(shù)KP出現(xiàn)變化，增加期間則響應(yīng)速度隨之加快，從而整體穩(wěn)定性受到影響下降，加上超調(diào)大，狀態(tài)出現(xiàn)波動(dòng)，但是因?yàn)轫憫?yīng)快，因此產(chǎn)生的靜態(tài)誤差比較小。如果KP不出現(xiàn)變化，而是fI出現(xiàn)變化，增加期間靜態(tài)誤差被有效消除，與KP相反，其超調(diào)小，積分作用被減弱，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大波動(dòng)，穩(wěn)定性比較好。反之如果下降，則積分作用被加強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)滯后的情況，但是整體的抗干擾能力得到加強(qiáng)，雖然會(huì)出現(xiàn)震蕩，但是不會(huì)影響到整體自動(dòng)系統(tǒng)的控制。如果系數(shù)fD出現(xiàn)變化，增加期間超調(diào)減小，并且微分作用增強(qiáng)，有效對(duì)震蕩予以克服，整體的穩(wěn)定性比較理想，但是自動(dòng)控制中響應(yīng)速度會(huì)出現(xiàn)變化，調(diào)整時(shí)間也會(huì)隨之減少，相較于fI系數(shù)變化，抗干擾能力下降。液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的自動(dòng)控制中的控制器，其位置輸出公式為v_K=v_k-1+△v_k。控制量增量△v_k、位置輸出vk。

3液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析

對(duì)液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)分析，根據(jù)整體設(shè)計(jì)框架，選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型，及時(shí)進(jìn)行模擬，從轉(zhuǎn)速、特性曲線(xiàn)、轉(zhuǎn)矩等方面著手創(chuàng)建模型。隨后在實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行行駛阻力試驗(yàn)操作，需要模擬相同道路的不同行駛速度。及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提前對(duì)控制參數(shù)科學(xué)調(diào)整，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，重新整合參數(shù)組合。其中控制參數(shù)具體如下：K_P=1.00，K_D=0，K_I=0.10。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此組參數(shù)下，穩(wěn)定性達(dá)不到理想標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此則需要對(duì)參數(shù)組重新調(diào)整，分別調(diào)整為K_P=0.27，K_D=0，K_I=0.09，再次進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，時(shí)間相同情況下，會(huì)出現(xiàn)振蕩，因此還需要對(duì)系數(shù)組進(jìn)行調(diào)整。具體調(diào)整為K_P=0.24，K_D=0，K_I=0.30，由此觀察振蕩變化，超調(diào)相較于之前系數(shù)組減小明顯，整體穩(wěn)定性相對(duì)較好，并且液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)加速非常均勻，此系數(shù)組為理想?yún)?shù)。對(duì)此系數(shù)組進(jìn)行保留，隨即對(duì)自動(dòng)調(diào)速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，主要目的是了解自動(dòng)控制的整體運(yùn)行與變化。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)，需要經(jīng)過(guò)不斷研究與實(shí)驗(yàn)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，得到相關(guān)系數(shù)后，及時(shí)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，從而獲取最理想系數(shù)組，由此幫助自動(dòng)控制達(dá)到最科學(xué)狀態(tài)，并且還要保證振蕩變化、穩(wěn)定性以及功率等在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，很大程度上節(jié)省功率消耗，為后期可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 李天舒.液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特性分析[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019，（14）：82.

[2] 李留柱.液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特性分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019，（13）：130-131.