汽轮机电液位置伺服系统的设计与仿真

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电液伺服系统详解

电液伺服系统
电液伺服系统
系统组成：由EH供油系统、电液执行器、保护系统和试验模块
汽轮机数字电液控制系统
Digital Electro-Hydraulic Control System
EH供油系统向电液执行器提供符合压力要求和清洁度、酸度等品质要求的安全、可靠、稳定的液压油。由高压油泵、过滤器、再生装置、冷油器EH油箱、高压蓄能器、低压蓄能器等组成。电液执行器主汽门和调节汽门的执行调节器。有电液伺服阀和电磁阀2种控制方式，前者为位置连续调节，后者为开、关2 种状态。保护系统 “2取1”带电动作OPC电磁阀，“4取2”失电动作电磁阀，及试验回路。超速保护控制和自动停机遮断，前者用于超速预警和保护，后者用于事故工况下紧急停机。试验模块低润滑油压、低EH油压、推力轴承磨损、低真空等试验系统。油路系管路、OPC保护油路或AST停机油路、低压回油油路和无压回油油路。前3种与电液执行器相连，保护系统的回油经无压回油油路直接排至主油箱。
EH油系统运行
EH油系统概述随着大容量、高参数汽轮发电机组的发展，机组调节系统工作介质的额定压力随之升高，对其工作介质的要求亦越来越高。通常所用的矿物油自燃点为350℃左右，若在高参数大容量机组使用，便增加了油泄漏到主蒸汽管道(＞530℃)导致火灾的危险性。为保证机组的安全经济运行，汽轮机电液调节系统的控制液普遍采用了磷酸酯抗燃油。
柱塞变量油泵

系统采用进口高压变量柱塞泵，并采用双泵并联工作系统，当一台泵工作，则另一台泵备用，以提高供油系统的可靠性，二台泵布置在油箱的下方，以保证正的吸入压头。由交流马达驱动高压柱塞泵，通过油泵吸入滤网将油箱中的抗燃油吸入，从油泵出口的油经过压力滤油器通过单向阀流入和高压蓄能器联接的高压油母管将高压抗燃油送到各执行机构和危急遮断系统。泵输出压力可在0－21MPa之间任意设置。本系统允许正常工作压力设置在11.0～15.0MPa，本系统额定工作压力为 14.5MPa。油泵启动后，油泵以全流量约85 L/min向系统供油，同时也给蓄能器充油，当油压到达系统的整定压力14.5MPa时，高压油推动恒压泵上的控制阀，控制阀操作泵的变量机构，使泵的输出流量减少，当泵的输出流量和系统用油流量相等时，泵的变量机构维持在某一位置，当系统需要增加或减少用油量时，泵会自动改变输出流量，维护系统油压在14.5MPa。当系统瞬间用油量很大时，蓄能器将参与供油。

电液位置伺服控制系统实验

2
s2
2.834 2 0.866 1 2 s s s 1 2 14 .726 14 .726
正常参数时的ωc=2.78， ωh=14.8，Kg=19.1
增大Ki
正常参数
C (s) 4.611 R( s) 1 2 0.866 2 s 14 .726 2 s 14 .726 s 1
斜坡输入1
正弦输入
正弦输入，幅值5，频率1
正弦输入，幅值5，频率2.95
3 液压系统原理
压力传感器2
伺服缸
压力传感器3
平衡阀电磁换向阀
蓄能器
电液伺服阀压力传感器1
流量计2
流量计1 精滤器电磁溢流阀
电机泵组
M
粗滤器精滤器
4 系统控制原理
数据采集
参考输入
控制器
数模转换
功率放大
伺服阀
伺服缸
K i 73.746 KV 2.834 K d 1 26.022
K d1 h 代入系数得到 K d 1 26 .022 14 .726 h a a 0.12 (b K d 2 ) (b K d 2 ) (0.2 2.861) h h 0.866 2 K d1 a 2 K d 1 a 2 26.022 0.12
mmax 为能量输出单元在线性范围内的最大值
r0,ml 为输入信号在线性范围内的最大值
阶跃输入2.5
阶跃输入5
阶跃输入9
阶跃输入12
系统开环传递函数
KV C (s) R(s) 1 2 2 h s 2 s s 1 h h
Ki KV K d1
2）阀控缸微分方程

电液伺服系统综合负载模拟器仿真与试验研究

收稿日期：２０１２ — １２ — ２１
① 未考虑伺服系统安装结构柔度和负载柔性对振动
作者简介：延皓（１９７９一），男，山西晋城人，讲师，博士，主要
从事液压技术方面的科研和教学工作。
论应用到了负载模拟器中，设计可在线调整的鲁棒控制器，提高加载精度。
有关电液式负载模拟器的研究主要有以下不足：
构用来完成常值负载，而由于惯性负载相对较大且对滞后敏感，故采用实际的惯量调整机构来模拟。惯性
合负载模拟器，能够同时模拟惯性、弹性、摩擦以及常
值四种负载。导出该系统的完整数学模型，进行仿真
和实验研究，验证环境模拟的可行性并探讨加载系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统
多余力抑制的方法。１负载模拟器工作原理
特性的影响； ② 对含柔性环节的伺服系统进行液压
５０
液压与气动
（３）伺服阀的流量方程：
ＱＬ＝Ｋ。一Ｋｃｐ式中，Ｑ — — 负载流量
的负载模拟器评价指标体系＿３Ｊ。而采用先进控制理
论来研制满足需求的电液式负载模拟器一直是本领域的前沿课题Ｊ。近年来，研究集中在将反馈控制理
刚度调整机构用来模拟伺服机构的柔性安装基础，摩擦力矩加载装置用来实现摩擦负载，加载伺服机

模型参考自适应电液位置伺服系统仿真

示。图中参考模型是一个具有期望动态指标的参考
模型，这个模型是根据期望的系统动态指标选择的。自适应控制的目标是使被控系统（非对称缸）的输出渐近一致地跟随参考模型的输出，使系统要求的动态指标得以实现，即使自适应控制误差渐近
关键词：ＳＩＭＵＬＩＮＫ；自适应控制；非对称缸；仿真
中图分类号：Ｓ７７６；ＴＰ２７１．３１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１ — ００５Ｘ（２０１３）０２－００６８— ０６
ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＡｄａｐｔｉｖｅＥｌｅｃｔｒｏ－Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ
ＳｅｒｖｏＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＳｉｍｕｌｉｎｋＭｏｄｅｌ
ｐｅｒｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｓｙｍｍｅｔｒｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒａｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｍｏｄｅｌ，ａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｉＴｏｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｍｏｄｅｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ＳＩＭＵＬＩＮＫｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｖｅｒｃａｍｅｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｇｒｅａｔｌｙ．

电液控制-机液伺服系统

四、液压转矩放大器
Hale Waihona Puke 反馈机构为螺杆、螺母液压马达轴完全跟踪阀芯输入转角而转动。但输出力矩比输入力矩要大得多，故称液压转矩放大器。
电液步进马达
以惯性负载为主时，可分析得
方框图为：
则系统方框图为：
§系统稳定性分析
液压伺服系统的动态分析和设计一般都是以稳定性要求为中心进行的。
令G(s)为前向通道的传递函数，H(s)为反馈通道的传递函数，由以上的方框图可得系统的开环传递函数为：
含有一个积分环节，故系统为Ⅰ型系统。
可绘制开环系统伯德图，如下图所示：
对伯德图的分析
幅值穿越频率ωc≈Kv 相位穿越频率ωc=ωg 为了使系统稳定，必须有足够的相位裕量和增益裕量。由图可见，相位裕度已为正值，为使幅值裕度为正值，可计算求得要求： K 2
与全闭环系统相比，半闭环系统的稳定性好得多，但精度较低。
综上所述，由于结构柔度的影响，产生了结构谐振和液压谐振的耦合，使系统出现了频率低、阻尼比小的综合谐振，综合谐振频率ωn和综合阻尼比ξn常常成为影响系统稳定性和限制系统频宽的主要因素，因此提高具有重要意义。提高ωn 就需要提高结构谐振频率ωs，就要求负载惯量减小（但已由负载特性决定），结构刚度增大（提高安装固定刚度和传动机构刚度，尤其是靠近负载处的传动机构的结构刚度）。增大执行元件到负载的传动比，可提高液压固有频率；提高液压弹簧刚度的方法也可提高液压固有频率，从而提高综合谐振频率。
反馈从活塞输出端Xp取出时，构成为半闭环系统，其方框图为：
此时系统开环传函中含有二阶微分环节，当ωs2和ωn靠得很近时，会有零极点相消现象，使综合谐振峰值减小，从而改善系统稳定性，如曲线b所示。系统闭环传函为：

电液伺服系统

蓄能器
❖ 一个气—液式高压蓄压器装在油箱的旁边，用来维持系统的压力，减小压力波动。此蓄压器一侧预先充进的氮气压力与另一侧油系统中的油压相平衡。此蓄压器块上有一个截止阀，此阀能将蓄压器与系统隔绝，以进行试验、重新充气或维修。蓄压器氮气一侧有一个压力表，用以检查充氮压力
蓄能器
EH油系统的运行操作
❖ EH油泵出口滤网前后差压高报警
❖ 低于9.31 Mpa（g）汽轮机跳闸（63/LP）自动停机
❖ EH油压力回油压力高回油压力报警 0.21MPa
EH油系统常见故障
❖ 1 系统压力下降，个别调门无法正常开启； ❖ 2 油动机卡涩，调门动作迟缓，有时泄油后不回座； ❖ 3 在开关调门过程中发生某个调门不规则频繁大幅度摆动，
同程度的腐蚀，在滑阀凸肩、喷咀及节流孔处腐蚀尤为严重。
❖ d 电液转换器滑阀两侧压力偏差大: 油中杂质堵塞电液转换器的喷咀；磨擦、酸性腐蚀造成滑阀的凸肩、滑块与滑座之间磨损，使滑阀相对与滑座之间的间隙加大，使漏流量增加；酸性油液对喷咀室、通道及节流孔等的腐蚀，改变了滑阀两侧的压力。
❖ e LVDT线性电压位移转换器故障，电液转换器机械零位不准等
EH油系统运行
❖ EH油系统概述 ❖ 随着大容量、高参数汽轮发电机组的发展，
机组调节系统工作介质的额定压力随之升高，对其工作介质的要求亦越来越高。通常所用的矿物油自燃点为350℃左右，若在高参数大容量机组使用，便增加了油泄漏到主蒸汽管道(＞530℃)导致火灾的危险性。为保证机组的安全经济运行，汽轮机电液调节系统的控制液普遍采用了磷酸酯抗燃油。
❖ 在机组预启动期间，EH油系统应进行升温、升压。液压油的正常运行温度是49℃ （38℃～60℃），虽然允许系统可以在21℃ 油温下操作，但不推荐低于21℃油温下运行，严禁在10℃下运行。因此预启动的第一步是对油升温。采用浸入式加热器升温

电液比例位置系统复合控制及相关研究

电液比例位置系统复合控制及相关研究一、概述电液比例位置系统作为现代工业控制领域的重要组成部分，广泛应用于各种机械设备和自动化生产线中。

该系统通过电液转换装置将电信号转换为液压动力，实现对执行机构的位置、速度和力等参数的精确控制。

随着工业技术的不断发展，对电液比例位置系统的性能要求也越来越高，复合控制技术的研究和应用显得尤为重要。

复合控制是指将两种或多种不同的控制方法结合在一起，以充分利用各种控制方法的优点，提高系统的整体性能。

在电液比例位置系统中，复合控制可以有效地解决单一控制方法难以处理的复杂问题，如非线性、时变性和不确定性等。

通过合理地设计复合控制策略，可以实现对系统性能的优化和提升，满足实际应用的需求。

本文旨在深入研究电液比例位置系统的复合控制技术，探讨不同控制方法之间的融合方式和优化策略。

我们将对电液比例位置系统的基本原理和特性进行介绍，为后续的研究奠定基础。

我们将分析现有复合控制技术在电液比例位置系统中的应用现状，指出其存在的问题和不足之处。

接着，我们将提出一种新型的复合控制策略，并详细阐述其设计思路、实现方法和性能特点。

我们将通过实验验证该复合控制策略的有效性，并与其他控制方法进行对比分析，以证明其在提高系统性能方面的优越性。

通过对电液比例位置系统复合控制技术的深入研究，我们期望能够为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和借鉴，推动该技术的进一步发展和应用。

1. 电液比例位置系统的概述电液比例位置系统，作为一种先进的控制技术，在液压和电气领域中发挥着重要的作用。

它结合了电气信号的控制灵活性与液压系统的动力传递能力，实现了对液压装置流量、压力和方向的精确控制。

这种系统在工业、农业以及其他多个领域具有广泛的应用前景，如机械加工、钢铁生产、工程机械、船舶设备、汽车工程等。

电液比例位置系统主要由电气系统、比例电磁阀、液压装置以及反馈装置等四部分构成。

电气系统负责控制电气信号的发射和接收，而比例电磁阀则是实现电气信号到液压信号转换的关键部件。

电液伺服系统的设计与实现

电液伺服系统的设计与实现随着科技的不断发展，机械设备的功能和性能要求也越来越高。

而在众多机械设备中，电液伺服系统以其优良的性能和高效的工作模式，已经成为了广泛应用的设备之一。

本文将就电液伺服系统的设计和实现进行讨论，以期提高其性能和工作效率。

一、电液伺服系统的组成电液伺服系统是由3个部分组成的：电子控制单元、电液传动系统和执行机构。

1. 电子控制单元电子控制单元包括控制器和信号处理器，控制器是整个系统的核心。

它可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制。

2. 电液传动系统电液传动系统是整个电液伺服系统的动力源，它包括电液转换器、电动机、泵、油箱、阀门等组成。

电动机通过传动装置，驱动泵产生压力液体，液体经过阀门进入执行机构，实现机械臂等动作。

3. 执行机构执行机构是电液伺服系统的输出节点，它通过接收液压驱动，转换为机械运动。

在典型的电液伺服系统中，执行机构通常包括液压缸、液压马达、液压单元等。

二、电液伺服系统的优点1. 精度高因为电液伺服系统可以接收来自传感器的反馈信息，根据内部程序计算出控制信号，并输出到执行机构，实现对执行机构的精确控制，所以其控制精度很高，可以满足高精密度机械设备的要求。

2. 动态性能好电液伺服系统的调节速度快，反应灵敏。

它不仅可以适应于各种工况的需要，而且可以根据需要进行控制和调节。

相比之下，其他传动系统难以满足这些要求。

3. 可扩展性强电液伺服系统的结构比较清晰，它根据要求可以进行功能扩展。

同时，它也可以与其他的控制系统进行集成，如PLC、CAN总线等。

三、电液伺服系统的设计电液伺服系统的设计必须根据所需的实际应用来进行，下面简单介绍了一些设计方法。

1. 系统参数计算电液伺服系统的设计一定要进行系统参数计算，以确保正确的系统工作。

主要包括负载惯性、运动速度、加速度、油液流量、泵、马达的型号、离合器等参数的计算。

2. 控制系统设计控制系统设计是电液伺服系统设计的核心问题。

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ｌｃｔｆｔｅｃｎｒｌｙｔｍ．Ｔｅｍａｈｍａｉａｄｌｏｌｐｒｆｈｌｃｒ－ｙｒｕｉｅｖｙｔｍｒｓａｌｈｄａｄｓｍｕａｅｏｉｏｈｏｔｓｅｙｏｓｈｔｅｔｌｍｏｅｓｆａｌａｔｏｅｅｅｔｈｄａｌｓｒ０ｓｓｅｗｅｅｅｔｂｉｅｎｉｌｔｄｃｓｔｏｃｓ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｅｄｇｔｌｌｃｒ — ｙｒｕｉｏｔｏｙｔｍｆｉｄｓｒｌｓａｔｒｉｅｗａｅｉｎｄ，ｔｅｅｅｔｏｈｄａｌｅｖＭｖｈｉｉｅｔｈｄａｌｃｎｒｌｓｅｏｕｔａｔｍｂｎｓｄｓｇｅａｅｏｃｓｎｉｅｕｈｌｃｒ－ｙｒｕｉｓｒｏｖｅｃａｄｃｎｒｌｒｗｅｅｓｌｃｅ．ＤｕｌｌｓｄｌｏｐｒａｈａｄＰＣａｈｏｅｏｏｔｌｓｓｅｗｅｅｕｅｍｐｅｔｅｒｓｏｓｅｎｏｔｌｒｅｅｔｄｏｅａｏｅ・ｏｐａｐｏｃｎＬｓｔｅｃｒｆｃｎｒｙｔｍｌｓｄｔｉｍｖｈｅｐｎｅｖ — ｃｏｏ
工业汽轮机是大型装置中的关键动力设备，具有
高温、高压、高转速等特点，其控制系统承担着转速和负荷调节及工况控制的任务，直接影响着机性高，能适应复杂的运行工况，而且操作、调整和修改都比较方便。
（）模拟式电气液压控制系统（ｎｏｌｔ — ３ＡａｇＥｅｒｌｃｏＨｄａｌｏｔｌＥ。随着电气元件可靠性的提ｙｒｕｃＣｎｏ，ＡＨ）ｉｒ高，２Ｏ世纪５Ｏ年代中期，出现了不依靠机械液压式调节系统作后备的纯电调系统，开始采用的纯电调系
行。为了确保机组安全经济地运行，汽轮机必须配备
性能优良、动作准确可靠的调节系统。调节系统的主
要作用是使机组的被调量（转速、压力等）能按一定的规律变化，以适应负荷（电功率、热负荷或驱
动功率等）变动的要求；当机组发生故障或外界扰动时能采取紧急保安措施，以确保机组安全，免遭损害。对于不同用途的汽轮机，对其调节系统的要求是不相同的，汽轮机的调节系统有凝汽式、背压式、抽汽式、中间再热式及工业用变速驱动式等类型。汽轮机控制系统随着汽轮机技术的发展而发展的，主要经
历了以下几个阶段：
统是由模拟电路组成的，称为模拟式电气液压控制系
统，也称模拟电调。
（）数字式电气液压控制系统（ｉｔｌｔ — ４ＤｇａＥｅｒｉｌｃｏ
ｗｔｉＭＡＴＡＢＴｅｓｌｔｎｒｓｌｈｗｔａｈｙｔｍａｌｍｅｔｈｅｉｎｒｑｉｅｎｓｈＬ．ｈｉａｉｅｕｔｓｏｈｔｅｓｓｍｕｏｓｔｅｃｌｅｅｄｓｇｅｕｒｍｅｔ．ｔＫｅｗｏｄ：Ｉｄｓｒｌｔａ；Ｅｅｔ — ｙｒｕｉｐｓｔｎｓｓｅ；Ｓｍｕａｉｎｙｒｓｎｕｔａｅｍｉｓｌｃｒｈｄａｌｏｉｏｙｔｍｏｃｉｉｌｔｏ
汽轮机电液位置伺服系统的设计与仿真
王素凤
（北科技大学唐山分院机电系，河北唐山０３２）河６００
摘要：对工业汽轮机数字电液控制系统进行详细的研究，设计了工业汽轮机调节控制系统，选择适合工况的电液伺服阀及控制器，采用双闭环方式，以ＰＣ为控制系统的核心，提高了控制系统的响应快速性。根据所设计的汽轮机电液位置Ｌ伺服调节系统，分别建立各部分数学模型，通过ＭＡＬＢ进行仿真分析，结果表明系统能满足设计要求。ＴＡ关键词：工业汽轮机；电液位置系统；仿真
ＷＡＮＧＳｆｎｕｅｇ
（ａｇｈｎＢａｃ，Ｈｂｉｎｖｒｔｏｃｅｃｎｅｈｏｇ，Ｔｎｓａｂｉ６００ｈｎ）ＴｎｓａｒｎｈｅｅＵｉｅｓｙｆｉｅａｄＴｃｎｌｙａｇｈｎＨｅｅ０３２，ＣｉａｉＳｎｏ
中图分类号：Ｔ３１９Ｐ９．文献标识码：Ｂ文章编号：１０３８（０００１— ８１２１）９— ６３０６—
ＤｅｉｎｎｉｕａｉｎｏｅｔｏｈｙｒｕｌｓｔｏｓｇａｄＳｍｌｔｏｆｒＥｌｃｒ－ｄａｉＰｏｉｉｎｃＳｒｏＳｓｅｏｎｓｒａｔａＴｕｒｉｅｅｖｙｔｍｆＩｄｕｔｉｌＳｅｍｂｎ
２１００年５月
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＵＣＳ
Ｍａ０１ｙ２０Ｖ０．８Ｎｏ９】３．
第３８卷第９期
Ｄ：０３６／．ｓｎ１０ＯＩ１．９９ｊｉｓ．０１—３８．０００．２８１２１．９０１