思林水电站升船机闸首卧倒门电液同步控制系统仿真研究

朱江，宋远卓，倪佳

（1.贵州乌江水电开发有限责任公司，贵阳 550002；2.杭州国电机械设计研究院有限公司，杭州 310030）

思林水电站升船机闸首卧倒门电液同步控制系统仿真研究

朱江1，宋远卓2，倪佳2

（1.贵州乌江水电开发有限责任公司，贵阳 550002；2.杭州国电机械设计研究院有限公司，杭州 310030）

分析了乌江思林水电站升船机闸首弱刚度卧倒门的启闭问题，设计了主从式双液压缸电液比例同步回路，使用AEMSim软件建立了仿真模型，通过仿真模型验证了主从式双缸同步控制策略在弱刚度卧倒门同步控制应用上的可行性，提出了工程实践建议。

升船机；闸首卧倒门；主从式同步回路；AMESim仿真

0 引言

乌江思林水电站位于贵州省东北部，乌江干流中游，以发电为主，兼顾航运、防洪等综合效益。思林水电站升船机为一级垂直升船机，设计规模为500 t级，升船机建筑物从上游至下游依次布置有上游引航道、上闸首、垂直升船机主体、下闸首、下游引航道等。升船机采用钢丝绳卷扬全平衡垂直提升，船舶过坝时通过上、下闸首驶入装有水的钢质承船厢内［1］，承船厢由多根钢丝绳悬吊，通过设于承重塔柱顶部机房内的主提升机驱动，使之沿承重塔柱导轨垂直升降运行，运送船只过坝。思林水电站升船机闸首卧倒门是船舶进出船厢的重要设备，由于闸首卧倒门是按照强度原则进行设计的，无法靠其自身刚度来保证卧倒门两个驱动液压缸同步运动，需要使用液压同步方法来实现双液压缸的同步运动。因此，本文针对卧倒门驱动液压缸的电液同步液压系统进行仿真分析，为工程实践提供设计依据。

1 卧倒门同步控制系统原理

卧倒门液压缸电液比例同步系统如图1所示，比例换向阀1和12用来控制液压缸7和16的运动方向和运动速度；平衡阀2和13用来克服卧倒门运动过程中可能出现的外负载，使卧倒门运动平稳；溢流阀3，4，14，15起安全阀的作用，对液压缸有杆腔和无杆腔的最高压力进行限制；液压缸分别由左右两岸的泵站供油，液压缸的极限位移由行程开关来限定，液压缸的运动位移由位移传感器来实时监测，位移传感器和比例换向阀组成液压缸的位移闭环控制系统，比例换向阀死区的影响通过比例放大器的初始电流进行消除。

图1 卧倒门比例同步控制回路原理图

2 提升缸同步控制系统模型

2.1 卧倒门同步驱动控制策略

双液压缸同步控制回路常用的控制策略有等同式、主从式、交叉耦合式、追逐式等［2-5］。该项目采用双缸主从控制策略，液压缸7作为主动液压缸，液压缸16作从动液压缸，如图2所示，现场可编程控制器（PLC）同时给主动／从动液压缸的比例方向阀施加相同的控制信号，通过主／从液压缸的位移传感器检测2个液压缸的位移偏差，使用比例-积分-微分（PID）控制方法，根据2个液压缸位移偏差信号来产生从动液压缸位移修正控制信号，从而实现主／从液压缸的位移同步运动。

2.2 卧倒门同步驱动的仿真模型

由于系统中的平衡阀和溢流阀等对卧倒门双缸同步控制系统动态性能影响不大，因此本文只考虑比例方向阀和液压缸等关键元件的数学和仿真模型。根据系统的工作原理和图2所示的液压缸同步控制策略，使用AMESim软件建立如图3所示的卧倒门液压缸同步控制的仿真模型，左侧液压缸是主动液压缸，右侧液压缸是从动液压缸，使用位移传感器分别检测主从液压缸的位移，计算主从液压缸的位移偏差，使用PID控制方法产生从动液压缸位移补偿信号，从而实现2个液压缸的同步控制。

图2 卧倒门驱动液压缸同步控制策略

图3 卧倒门液压缸同步驱动系统仿真模型

3 控制系统仿真结果分析

图4 液压缸未加位移闭环同步时的位移曲线

仿真时主从液压缸设置不同的外负载，以验证主从液压缸在不同外负载下的同步性能。图4为液压缸未加位移闭环同步时主从液压缸的位移曲线，由图4可以看出：由于2个液压缸外负载不同，导致2个比例换向阀在相同的控制信号作用下通过的流量不同，负载小的液压缸运动速度快，负载大的液压缸运动速度慢。图5为液压缸加位移闭环同步时的位移曲线，图5表明：通过添加液压缸的位移同步控制，可以克服液压缸偏载所导致的液压缸同步运动偏差，使液压缸的同步精度符合设计要求。

图5 液压缸加位移闭环同步时位移曲线

4 结论

本文使用AMESim软件对乌江思林水电站升船机闸首卧倒门的主从式电液同步方案进行仿真，并得到以下结论。

（1）使用主从式双缸电液比例位移同步方案可以让刚度较弱的卧倒门实现平稳、安全开启。

（2）比例阀换向阀的规格要适当，规格过小会导致在闭环控制时出现控制信号饱和，导致液压缸同步达不到精度要求，规格过大会导致闭环控制系统分辨率不够。

（3）2个液压缸分别使用单独的泵站供油比2个液压缸由同一个泵站供油更容易实现同步控制精度要求。

［1］何勇，邓田英，薛文强.思林水电站通航建筑物设计［J］.贵州水力发电，2010，24（3）：38-40.

［2］董春芳，孟庆鑫.多缸电液调平系统相邻交叉耦合同步控制［J］.哈尔滨工程大学学报，2012，33（3）：366-370.

［3］刘新良，黄明辉，湛利华，等.液压机多缸同步系统的建模与解耦控制［J］.机械设计与制造，2010（11）：8-10.

［4］刘春芳，周璐，吴盛林.基于解耦控制的双电液伺服系统同步技术研究［J］.机床与液压，2007，35（2）：181-183.

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

（本文责编：白银雷）

U 642

：A

：1674-1951（2015）05-0053-02

朱江（1973—），男，辽宁沈阳人，工程师，从事水利水电通航设施的制造安装管理工作（E-mail：191051582＠qq.com）。

2014-10-24；

2015-03-20