思林水電站升船機(jī)閘首臥倒門電液同步控制系統(tǒng)仿真研究

朱江，宋遠(yuǎn)卓，倪佳

（1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，貴陽 550002；2.杭州國電機(jī)械設(shè)計研究院有限公司，杭州 310030）

思林水電站升船機(jī)閘首臥倒門電液同步控制系統(tǒng)仿真研究

朱江1，宋遠(yuǎn)卓2，倪佳2

（1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，貴陽 550002；2.杭州國電機(jī)械設(shè)計研究院有限公司，杭州 310030）

分析了烏江思林水電站升船機(jī)閘首弱剛度臥倒門的啟閉問題，設(shè)計了主從式雙液壓缸電液比例同步回路，使用AEMSim軟件建立了仿真模型，通過仿真模型驗(yàn)證了主從式雙缸同步控制策略在弱剛度臥倒門同步控制應(yīng)用上的可行性，提出了工程實(shí)踐建議。

升船機(jī)；閘首臥倒門；主從式同步回路；AMESim仿真

0 引言

烏江思林水電站位于貴州省東北部，烏江干流中游，以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、防洪等綜合效益。思林水電站升船機(jī)為一級垂直升船機(jī)，設(shè)計規(guī)模為500 t級，升船機(jī)建筑物從上游至下游依次布置有上游引航道、上閘首、垂直升船機(jī)主體、下閘首、下游引航道等。升船機(jī)采用鋼絲繩卷揚(yáng)全平衡垂直提升，船舶過壩時通過上、下閘首駛?cè)胙b有水的鋼質(zhì)承船廂內(nèi)［1］，承船廂由多根鋼絲繩懸吊，通過設(shè)于承重塔柱頂部機(jī)房內(nèi)的主提升機(jī)驅(qū)動，使之沿承重塔柱導(dǎo)軌垂直升降運(yùn)行，運(yùn)送船只過壩。思林水電站升船機(jī)閘首臥倒門是船舶進(jìn)出船廂的重要設(shè)備，由于閘首臥倒門是按照強(qiáng)度原則進(jìn)行設(shè)計的，無法靠其自身剛度來保證臥倒門兩個驅(qū)動液壓缸同步運(yùn)動，需要使用液壓同步方法來實(shí)現(xiàn)雙液壓缸的同步運(yùn)動。因此，本文針對臥倒門驅(qū)動液壓缸的電液同步液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，為工程實(shí)踐提供設(shè)計依據(jù)。

1 臥倒門同步控制系統(tǒng)原理

臥倒門液壓缸電液比例同步系統(tǒng)如圖1所示，比例換向閥1和12用來控制液壓缸7和16的運(yùn)動方向和運(yùn)動速度；平衡閥2和13用來克服臥倒門運(yùn)動過程中可能出現(xiàn)的外負(fù)載，使臥倒門運(yùn)動平穩(wěn)；溢流閥3，4，14，15起安全閥的作用，對液壓缸有桿腔和無桿腔的最高壓力進(jìn)行限制；液壓缸分別由左右兩岸的泵站供油，液壓缸的極限位移由行程開關(guān)來限定，液壓缸的運(yùn)動位移由位移傳感器來實(shí)時監(jiān)測，位移傳感器和比例換向閥組成液壓缸的位移閉環(huán)控制系統(tǒng)，比例換向閥死區(qū)的影響通過比例放大器的初始電流進(jìn)行消除。

圖1 臥倒門比例同步控制回路原理圖

2 提升缸同步控制系統(tǒng)模型

2.1 臥倒門同步驅(qū)動控制策略

雙液壓缸同步控制回路常用的控制策略有等同式、主從式、交叉耦合式、追逐式等［2-5］。該項(xiàng)目采用雙缸主從控制策略，液壓缸7作為主動液壓缸，液壓缸16作從動液壓缸，如圖2所示，現(xiàn)場可編程控制器（PLC）同時給主動／從動液壓缸的比例方向閥施加相同的控制信號，通過主／從液壓缸的位移傳感器檢測2個液壓缸的位移偏差，使用比例-積分-微分（PID）控制方法，根據(jù)2個液壓缸位移偏差信號來產(chǎn)生從動液壓缸位移修正控制信號，從而實(shí)現(xiàn)主／從液壓缸的位移同步運(yùn)動。

2.2 臥倒門同步驅(qū)動的仿真模型

由于系統(tǒng)中的平衡閥和溢流閥等對臥倒門雙缸同步控制系統(tǒng)動態(tài)性能影響不大，因此本文只考慮比例方向閥和液壓缸等關(guān)鍵元件的數(shù)學(xué)和仿真模型。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理和圖2所示的液壓缸同步控制策略，使用AMESim軟件建立如圖3所示的臥倒門液壓缸同步控制的仿真模型，左側(cè)液壓缸是主動液壓缸，右側(cè)液壓缸是從動液壓缸，使用位移傳感器分別檢測主從液壓缸的位移，計算主從液壓缸的位移偏差，使用PID控制方法產(chǎn)生從動液壓缸位移補(bǔ)償信號，從而實(shí)現(xiàn)2個液壓缸的同步控制。

圖2 臥倒門驅(qū)動液壓缸同步控制策略

圖3 臥倒門液壓缸同步驅(qū)動系統(tǒng)仿真模型

3 控制系統(tǒng)仿真結(jié)果分析

圖4 液壓缸未加位移閉環(huán)同步時的位移曲線

仿真時主從液壓缸設(shè)置不同的外負(fù)載，以驗(yàn)證主從液壓缸在不同外負(fù)載下的同步性能。圖4為液壓缸未加位移閉環(huán)同步時主從液壓缸的位移曲線，由圖4可以看出：由于2個液壓缸外負(fù)載不同，導(dǎo)致2個比例換向閥在相同的控制信號作用下通過的流量不同，負(fù)載小的液壓缸運(yùn)動速度快，負(fù)載大的液壓缸運(yùn)動速度慢。圖5為液壓缸加位移閉環(huán)同步時的位移曲線，圖5表明：通過添加液壓缸的位移同步控制，可以克服液壓缸偏載所導(dǎo)致的液壓缸同步運(yùn)動偏差，使液壓缸的同步精度符合設(shè)計要求。

圖5 液壓缸加位移閉環(huán)同步時位移曲線

4 結(jié)論

本文使用AMESim軟件對烏江思林水電站升船機(jī)閘首臥倒門的主從式電液同步方案進(jìn)行仿真，并得到以下結(jié)論。

（1）使用主從式雙缸電液比例位移同步方案可以讓剛度較弱的臥倒門實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、安全開啟。

（2）比例閥換向閥的規(guī)格要適當(dāng)，規(guī)格過小會導(dǎo)致在閉環(huán)控制時出現(xiàn)控制信號飽和，導(dǎo)致液壓缸同步達(dá)不到精度要求，規(guī)格過大會導(dǎo)致閉環(huán)控制系統(tǒng)分辨率不夠。

（3）2個液壓缸分別使用單獨(dú)的泵站供油比2個液壓缸由同一個泵站供油更容易實(shí)現(xiàn)同步控制精度要求。

［1］何勇，鄧田英，薛文強(qiáng).思林水電站通航建筑物設(shè)計［J］.貴州水力發(fā)電，2010，24（3）：38-40.

［2］董春芳，孟慶鑫.多缸電液調(diào)平系統(tǒng)相鄰交叉耦合同步控制［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報，2012，33（3）：366-370.

［3］劉新良，黃明輝，湛利華，等.液壓機(jī)多缸同步系統(tǒng)的建模與解耦控制［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2010（11）：8-10.

［4］劉春芳，周璐，吳盛林.基于解耦控制的雙電液伺服系統(tǒng)同步技術(shù)研究［J］.機(jī)床與液壓，2007，35（2）：181-183.

［5］LISA M.Processing studies in sheet molding compound molding［D］.Columbus：Ohio State University，2007.

（本文責(zé)編：白銀雷）

U 642

：A

：1674-1951（2015）05-0053-02

朱江（1973—），男，遼寧沈陽人，工程師，從事水利水電通航設(shè)施的制造安裝管理工作（E-mail：191051582＠qq.com）。

2014-10-24；

2015-03-20