1.3.3　能量轉(zhuǎn)換儲存控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

自H.W.Nikolaus首次提出二次調(diào)節(jié)靜液傳動的概念后,德國的W.Backé與H.Murrenhoff從1980年開始對二次調(diào)節(jié)靜液傳動的控制技術(shù)進行研究,采用單桿活塞的變量油缸對二次元件進行轉(zhuǎn)速控制[55]。1981年H.W.Nikolaus研究了二次元件的變量油缸采用雙桿活塞進行轉(zhuǎn)速控制的二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng),二次元件轉(zhuǎn)速的反饋元件采用測速泵。然而測速泵的最小感知轉(zhuǎn)速值較高,當檢測轉(zhuǎn)速低于最小感知轉(zhuǎn)速時就無法完成信號的檢測與反饋,所以采用雙桿活塞進行轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的調(diào)速范圍較小,最低轉(zhuǎn)速也較高[56]。自1981年德國國防大學靜液傳動和控制試驗室開始對二次調(diào)節(jié)靜液傳動的控制技術(shù)進行研究,他們發(fā)明了液壓先導控制系統(tǒng),該系統(tǒng)有機液力反饋調(diào)速系統(tǒng)和機液位移反饋調(diào)速系統(tǒng)兩種調(diào)節(jié)方式?[57]。隨著研究的深入,1986年人們開始將電液伺服控制技術(shù)應用到二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的控制中,設計了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角電液伺服控制系統(tǒng)。在電液伺服控制系統(tǒng)中,二次元件的檢測與反饋元件采用測速電機[58,59],與測速泵的最小感知轉(zhuǎn)速相比,測速電機的最小感知轉(zhuǎn)速要小很多,因此,電液伺服調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍遠遠大于機液伺服調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。此外,從能量消耗方面看,用測速電機測量轉(zhuǎn)速所消耗的功率遠遠小于用測速泵測量轉(zhuǎn)速所消耗的功率,大大提高了系統(tǒng)的工作效率。

隨著研究的深入,國外學者對其他控制技術(shù)也進行了大量研究,例如單反饋和雙反饋電液轉(zhuǎn)速伺服控制系統(tǒng)。為了提高二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的控制性能,1987年F.Metzner提出了混合轉(zhuǎn)角數(shù)字模擬控制系統(tǒng),采用數(shù)字PID控制對斜盤軸向柱塞式二次元件的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率等主要技術(shù)性能參數(shù)進行控制[60,61]。1993年,W.Backé和Ch.Koegl分別研究了二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制及系統(tǒng)主要參數(shù)的解耦問題[62]。1994年,R.Kodak對具有高動態(tài)特性的電液伺服轉(zhuǎn)矩控制的二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)進行了研究[63]。瑞典的Link?ping大學對斜盤軸向柱塞式液壓變壓器的控制策略、控制方法等問題進行了許多探索研究,提出了2種具有典型作用的控制方法:一是反饋信號采用負載流量和轉(zhuǎn)速來對液壓變壓器的進行流量控制,該控制方法能夠快速補償液壓變壓器輸出轉(zhuǎn)矩的波動;另一種方法是在高壓油源和負載之間連接管線,通過旁路節(jié)流的辦法,達到抑制液壓變壓器低速運行時的轉(zhuǎn)矩波動[64]。在液壓變壓器高速運行時,仍然采用第一種方法的控制策略。需要指出的是,還需要試驗進一步驗證這兩種方法的控制效果。

國內(nèi)專家學者對二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的控制策略和控制方法進行了大量研究。從1989年開始,哈爾濱工業(yè)大學的謝卓偉對二次調(diào)節(jié)靜液傳動的工作原理及其機液、電液伺服控制的調(diào)速特性進行了理論探索研究,提出了應用變結(jié)構(gòu)PID算法進行二次元件的轉(zhuǎn)速控制,并進行系列相關(guān)的試驗研究,取得了較好的控制效果[65,66]。此后,蔣曉夏對二次元件和傳動系統(tǒng)的數(shù)學模型進行了簡化,設計了采用微型計算機伺服控制系統(tǒng),并引入了全數(shù)字自適應控制算法?[67]。1991年,浙江大學的金力民、路甬祥、吳根茂等根據(jù)二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的數(shù)學模型,采用非線性補償算法,較好地解決了二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的低速滯環(huán)問題[68]。1995年,哈爾濱工業(yè)大學的姜繼海采用智能PID控制方法對二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)角控制進行了研究,并取得了較好的控制效果[69]。1997年,哈爾濱工業(yè)大學的田聯(lián)房首次使用國產(chǎn)液壓、電氣元件,自主設計制作了第一臺二次調(diào)節(jié)靜液傳動扭矩伺服加載實驗臺,對系統(tǒng)的控制性能從時域和頻域兩個方面進行了分析,并進行了轉(zhuǎn)速、扭矩的解耦控制研究[70,71]。1999年,戰(zhàn)興群在重力負載和恒轉(zhuǎn)矩負載條件下研究了二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)速特性,建立了二次調(diào)節(jié)靜液傳動扭矩伺服加載實驗臺的數(shù)學模型,采用神經(jīng)優(yōu)化的T?S模糊模型控制方法,深入研究了二次調(diào)節(jié)靜液傳動扭矩伺服加載系統(tǒng)性能,并取得了較好的研究成果[72]。從2001年開始,哈爾濱工業(yè)大學的劉宇輝、孫興義、姜繼海等分別研究了二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角控制、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)矩控制和功率控制等。2008年,劉海昌、C.N.?Okoye、姜繼海探討了基于GFRF的流量耦聯(lián)二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的頻域非線性H_∞控制,分析研究了二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的非線性魯棒控制問題[73]。2010年以來,哈爾濱工業(yè)大學的劉濤、姜繼海等將自適應模糊滑?？刂茟玫蕉握{(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)中,提出一種帶有摩擦力矩補償?shù)淖赃m應模糊滑?？刂品桨负涂刂撇呗?有效削弱控制信號中的高頻顫振現(xiàn)象,提高了二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,增強了系統(tǒng)控制的魯棒性[74]。燕山大學的李國友、周巧玲、張廣路等在二次調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)中,采用自適應神經(jīng)模糊PID控制算法,系統(tǒng)動態(tài)響應快、超調(diào)量小、過渡時間短,能夠較好地抑制干擾,?具有良好的動態(tài)特性和穩(wěn)定性[75]。湯迎紅將模糊解耦控制應用到二次調(diào)節(jié)伺服加載系統(tǒng)中,設計了模糊控制器,實現(xiàn)了二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的高精度控制[76]。

此外,在非線性系統(tǒng)的研究領(lǐng)域中,?Hamilton系統(tǒng)代表著一類重要的非線性系統(tǒng)。其中的廣義Hamilton系統(tǒng),既與系統(tǒng)外部環(huán)境進行能量交換,又有能量耗散,同時還產(chǎn)生能量的較為廣泛開放的一類非線性系統(tǒng)。在一定條件下,廣義Hamilton系統(tǒng)的Hamilton函數(shù)H(x)可以構(gòu)成非線性系統(tǒng)的廣義能量,可以直接作為非線性系統(tǒng)的一個Lyapunov函數(shù),它在實際應用系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和鎮(zhèn)定控制方面起著非常重要的作用。正是因為廣義Hamilton系統(tǒng)具有上述優(yōu)點,在非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、鎮(zhèn)定控制、魯棒控制等問題的研究中,使其深受重視和關(guān)注,得到了越來越多的應用,取得了很好的控制效果[77?80]。目前,Hamilton泛函法已成為解決某些非線性系統(tǒng)控制問題的一個重要方法[81,82]。而二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)也是一類時滯、時變的非線性系統(tǒng),因此,將Hamilton方法應用到二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)成為當前重要的研究方向之一。