张力绞车自动控制系统综述

总结，调压方案具有以下3点控制特性：

（1）系统具有自身调节能力。在卷筒的转动惯量、卷绕半径均保持不变的情况下，若输出转矩保持不变，那么根据转矩平衡原理，即使缆绳的线速度受外力作用发生变化，系统仍可自身调节最终达到稳态，由于调压方案自带“反馈”调节，其稳定性较高，适用于恒张力下的开环控制。

（2）系统的阻尼比为。由公式可以看出，系统阻尼比与转动惯量成负相关，其动态性能控制特性较差。

（3）在变张力控制系统中，采用调压方式，则系统的压力随张力的变化而变化，在张力增加的情况下，系统的工作元件在高压下容易过分损耗，影响其使用寿命。

3.2 调速方案控制特性

调速方案通过调节比例换向阀阀芯开口来调节马达转速，主要遵循胡克定律，系统控制需满足：

（1）使介质上的张力达到指定张力；

（2）使张力的变化量为零。

忽略系统的泄露，进行受力分析，列出负载力矩平衡方程，进行液压回路分析，列出比例换向阀流量方程及液压马达流量连续性方程，整理得出回收工况下调速方案的传递函数：

（2）

式中，kq：流量增益；kc：流量压力增益，采用调速方案的张力系统开环控制框图如图5。

调速方案中主要控制元件为比例换向阀，其滑阀特性直接影响系统的动态稳定性。

恒张力控制过程中，需保持输出张力恒定，系统最初达到稳态时，即缆绳张力达到设定张力值，此时缆绳收、放的线速度应保持相等，液压系统中流量保持恒定，即比例换向阀阀芯开口恒定，马达两腔压差恒定。随着缆绳不断回收，卷筒卷绕半径、转动惯量均有微小增加，使马达两腔压差增大，若比例换向阀阀芯仍保持不动，则系统流量减小，在此基础上，若缆绳线速度保持不变，则满足张力控制特性；若缆绳线速度发生改变，则需调节比例换向阀开口大小，由此会影响系统整体动态性能。

在释放工况下，负载拖动绞车，为了保证缆绳上张力保持恒定，应施加制动转矩，此时，比例换向阀工作于左位，通过调节出口比例溢流阀压力值调节马达转矩，实现张力控制。调压方式稳定性较高，在大负载张力控制中有突出的优势，但其工作时的动态性能需要提高，这一部分可作为日后研究的重点；调速方式灵敏度更高，但不适用于大负载张力控制，不适用于需要制动转矩的释放工况。

4 小结

近年来，张力绞车系统发展非常迅速，在小负载方面应用形式多种多样，但在大惯性负载工程应用中，领域张力控制方案及控制特性仍为研究重点难点。本文针对目前已应用的张力绞车控制系统，从驱动方式、控制方案、控制特性进行分析综述。探讨了较为适用的自动控制方式，张力控制的调压方案与调速方案的控制特性，在不同情况下应采用的控制方式。其中电液比例张力控制系统调压方案较于调速方案更为成熟，应用更加广泛，但调压方案的动态性能仍有较大的提升空间，可作为张力控制日后主要的研究内容。随着自动控制技术的快速发展，张力绞车控制技术将会越来越完善，其控制效果将会更佳稳定、灵敏，并带来显著的技术、经济效益。

参考文献

[1]范国宏.电控排缆绞车电液控制系统研究[D].浙江大学（硕士学位论文），2003（01）.

[2]钟天宇.大惯性负载双向电液比例张力控制系统研究[D].浙江大学（硕士学位论文），2006（12）.

[3]杨振兴.恒张力复合控制系统及仿真[J].中南工业大学学报，1995，26（3）：398-401.

作者单位

海军驻上海地区军事代表室 上海市 201108

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