车辆液压传动控制系统发动机与变量泵模型

1、164南昌高专学报2009年第5期（总第84期）2009年10月出版JournalofNanchangCollegeNo.5(Sum84)Oct.2009车辆液压传动控制系统发动机与变量泵模型黄大星1(1、韶关学院汽车系广东韶关章力2江西南昌512005；2、江西科技师范学院330038)摘要：为了对混凝土泵车动力系统进行控制,介绍了的控制系统的发动机数学模型，通过分析变速泵机构原理建立了数学模型，为控制系统的仿真和设计打下了理论基础。关键词：车辆传动；控制模型；发动机；变量泵中图分类号：G463.22文献标识码：A文章编号：1008-7354（2009）05-0164-02车用发动机与变量泵

2、的联合控制系统是一个复杂的系统，它包括发动机油门位置闭环控制的内环系统和变量泵控制的外环系统，是一个非线性、大滞后的控制系统，其动态过程比较复杂，很难建立起精确的数学模型。控制系统的控制方法与软件设计是否合理将直接影响到整个系统性能的优劣，发动机与变量泵能否合理匹配，取决于软件设计与控制算法的合理性与可靠性。为了对混凝土泵车动力系统进行控制,首先应对所研究的控制系统建立数学模型，系统数学模型建立的方法一般有分析法和实验法两种。分析法是对系统各部分的运动机理进行分析，根据它们所依据的物理或化学规律分别列写相应的运动方程和特性方程。实验法是人为地给系统施加某种测试信号，记录它的输出响应，并用适当的

3、数学模型去逼近，这种方法也称为系统辩识。作者采用分析法对系统进行建模。函数：Y（s）=1（）（）a（2）式中：Y（s）是对y（t）进行拉氏变换的结果；H（s）是（t）的拉氏变换；（s）是（t）的拉氏变换。同理，可得涡轮增压柴油机的运动方程：Y（s）2=e-sH（s）（s）s2+2ns+2n换，（s）是（t）的拉氏变换。（3）式中：Y（s）是y（t）的拉氏变换，H（s）是（t）的拉氏变设扰动（t）=0，即得到简化的柴油机模型，可用一阶惯性延迟环节来近似原柴油机模型。简化后的柴油发动机模型为：Y（s）e-s（）a2变量泵模型（4）1发动机模型目前在柴油机调速控制领域所采用的大多是根据达在一定转速下

4、，变量泵输出流量正比于它的排量。而排量是由变量机构的位置来决定的，因此对排量的控制实际上是对变量机构的位置控制的系统。变量泵排量调节机构原理如图1所示。朗贝尔原理在某一平衡点的柴油机模型，对于全工况的柴油机建模比较困难。作者对柴油机模型作了简化，考虑延迟并经线性化处理后，可作为一阶惯性延迟环节。柴油机电子调速系统中的执行器采用环形电枢直流伺服电机，可认为是一个标准的二阶环节。加上控制器则可以组成一完整的柴油机调速模型，可用于对柴油机动态过程的仿真，并通过仿真来研究该模型的合理性和准确性。非增压柴油机的运动可用以下方程描述：Tddy（t）y（t）（t-）（t）（1）式中：y（t）为柴油机转速，是

5、时间t的函数（无因次量）；（t）为控制供油量的齿条位置，是时间t的函数（无因次量）；（t）为扰动，是时间t的函数（无因次量）；Ta为柴油机时间常数，S；为齿条位移的纯滞后时间，S。将式(1)进行拉氏变换可得非增压柴油机的简化传递图1变量泵调节执行机构原理图收稿日期：20090706作者简介：黄大星(1979-)，男，江西永丰人，讲师，博士研究生，主要研究方向：车辆动力学与节能控制技术。第5期黄大星，章力：车辆液压传动控制系统发动机与变量泵模型165（14）2.1液压缸活塞杆行程液压缸的线性流量化方程为：yKi2+s+1V2V（5）则系统开环时，：QlKq（yx）KcPc式中，Pc液压缸控制腔的

6、控制压力，MPa；液压杆的位移，m；y滑阀芯的位移，m；x负载流量，m3/S；Kq流量，压力系数，m5/Ns。Ql对液压缸控制腔应用连续方程，则得：Gc（S）s（+V1）（+hs1）VVhhKvKva（15）式中：Kva速度放大系数，KvaK；Kv伺服阀Q1Cip（Ps-Pc）=dVc+VcdPcec（6）的增益；开环增益为KKvKva。由于回路中的积分作用，使此系统成为一阶无差系统。式中的分母为五阶，分析起来较为复杂，仍需进一步简化，在系统中液压缸对系统的动态特性有决定性影响，式中：Cip液压缸内部泄露系数，m5/Ns；Ps控制泵的输出压力，MPa；Vc液压缸控制腔的体积，m3；系统有效容积

7、弹性系数，N/m2。e控制腔的体积为：VcV0Acx制腔的活塞面积，m。（7）也就是说一般情况Vh，因此，开环模型可作如下近似：式中：V0控制腔的初始容积，m3；Ac液压缸控假定活塞的位移很小，则式（6）与（7）合并，求其增量的拉氏变换方程为：Gc（S）Ks（+s1）hh（16）伺服控制系统主要参数：液体的体积弹性模数e7108Pa伺服的增益Kv=Q1AcSx+CipPc+VSPce假定具有质量，则活塞的动态力平衡方程为：PCAcPsArMtdx+Fdt2（8）1.4410-5mMPa控制阀口的流量系数0.43阀套的窗口开度=3.4610-2m液压油密度=855Kg/m3。本系统不考虑泄露，h

8、取0.2，AC为7.8510-5m2，Kq为（9）1.32m2s，h为148rad/s。所以执行机构与比例变量泵的模型为：式中：Mt活塞和负载的总质量，Kg；F任意的外负载力，N；Ar活塞杆一侧活塞的面积，m2。其增量的拉氏变换方程为：Gc（S）（10）AcPcMts2+F由式（5）（6）（10）可以近似求出：K=226502S2s（2+s1）s（s+59.2s+21904）hh（17）3结论文章建立了柴油机的数学模型，分析了变量泵的控Ky-K+C（11S）FA22xA2S（S2+2s+1）hh（11）制原理，并建立了变量泵的变量机构的数学模型，为控制系统的仿真和软件编程打下了基础。考虑到工作

9、环境的不确定性和负载多变，一般来说弹性负载相对惯性负载很小，为分析简便，可忽略，即K=参考文献0。取活塞杆位于中位时为平衡位置，拉氏变换后得液压缸活塞杆行程对比例阀阀芯位移的模型为：1金立生,赵丁选等.液压挖掘机节能用油门模糊控制器的开发研究J.中国公路学报,2004（1）:119-120.KqcG（s）S（+hs+1）hh式中：h2袁银南,朱磊,杨鲲,等.优化柴油机动态电子调速器控（12）制算法的仿真J.农业机械学报,2006(6):159-161.3李彦强,朱从乔,等.柴油机电子调速器PID参数模糊自校正研究J.内燃机学报,2001（3）:267-268.姨ec液压固有频率，rads；h0t4江国和,刘西全.柴油机转速智能控制系统仿真J.计算机仿真,2006（1）:165-167.Kc+Cip姨et阻尼比。02.2伺服阀阀芯的运动方程可表示