CN101532517A - 随动系统负载的电液伺服模拟方法 - Google Patents
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Abstract
随动系统负载的电液伺服模拟方法涉及一种采用电液伺服系统模拟随动系统在加速、减速、转向等各种运动状态下的惯性负载，属于电液伺服控制技术领域。现有技术中单纯机械的方法所使用的惯量盘其制造精度非常高，因此价格也就十分昂贵，而且调换、装卸十分复杂；惯性力矩的变化不连续；当转速较高时，即使很小的质量分布不平衡也会引起不安全的后果。单纯电液伺服的方法无法实现惯性力矩方向的调整。本发明采用电液伺服方法模拟随动系统惯性力矩负载，其特征在于，通过将液压马达的作用在马达和泵之间选择的方式改变所模拟的惯性力矩方向。应用于随动系统负载的模拟试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用电液伺服系统模拟随动系统在加速、减速、转向等各种运动状态下的惯性负载，属于电液伺服控制技术领域。
背景技术
随动系统的动力来源是电机，在工作过程中不断出现加速、减速、转向等运动状态，作用在电机动力输出轴上的惯性力矩的方向和大小也在不断变化，也就是随动系统负载在不断变化。因此，电机的性能试验是该领域的一项常规工作，该项试验需要通过模拟惯性负载来进行。在现有惯性负载模拟技术中，有一种单纯机械的方法，即采用惯量盘模拟。惯量盘直接安装在被试电机的动力输出轴上，所施加的惯性负载的大小通过更换惯量盘或者增减惯量盘的数量的方法调整，当被试电机运动状态变化，如加速、减速、转向，惯量盘所产生的惯性力矩的方向发生改变。该方法要求惯量盘具有精确的数值和良好动静平衡性，并且需要配备多片惯量盘。
电液伺服方法是一种常用自动控制方法，见图1所示，这一方法在随动系统负载模拟方面的应用方案是，力矩传感器从已经与被试电机转轴相连的加载马达力矩输出轴拾取反馈信号。所拾取的反馈信号与主控计算机给定的控制信号在主控计算机内比较，产生误差信号。所谓主控计算机给定的控制信号为要模拟惯性力矩。由DSP(数字信号处理器)对误差信号进行PID调节，产生驱动信号。该驱动信号传输至加载马达伺服阀的阀驱动器，通过调整加载马达伺服阀开口量来调整所模拟的惯性力矩的大小，驱动信号实现。在上述过程中，加载马达一方面由被试电机带动，另一方面液压油由高压泵通过伺服阀、加载马达流回，提供给被试电机力矩。加载马达力矩输出轴上的惯性力矩负载的变化作用到力矩传感器上，重复上述过程，并且，所产生的误差信号越来越小，实现闭环伺服模拟。在所述采用电液伺服方法模拟惯性力矩负载的方案中，同时使用一个固定惯量的惯量盘。
发明内容
现有技术所使用的惯量盘其制造精度非常高，因此价格也就十分昂贵。特别是需要使用一组惯量数值不同的惯量盘时，不但成本高，而且调换、装卸十分复杂，再有，惯性力矩的变化不连续。另外，当转速较高时，即使很小的质量分布不平衡也会引起不安全的后果。而如果采用单纯电液伺服的方法，虽然能够克服因采用惯量盘所带来的诸多问题，但又无法实现惯性力矩方向的调整，因而，无法模拟惯性力矩具体的变化。本发明的目的就是在完全去除惯量盘的前提下采用电液伺服方法模拟随动系统在加速、减速、转向等各种运动状态下连续变化的惯性力矩负载，为此，提出一项题为随动系统负载的电液伺服模拟方法的技术方案。
本发明采用电液伺服方法模拟随动系统惯性力矩负载，被试电机与液压马达同轴，力矩传感器自转轴拾取反馈信号，与主控计算机给定的模拟惯性力矩控制信号在主控计算机内比较，产生误差信号，由DSP(数字信号处理器)对误差信号进行PID调节，产生驱动信号，通过阀驱动器调整伺服阀开口量来调整所模拟的惯性力矩的大小，其特征在于，通过将液压马达的作用在马达和泵之间选择的方式改变所模拟的惯性力矩方向。
本发明的技术效果在于，由于采用单纯电液伺服的方法模拟随动系统惯性力矩负载，完全去除惯量盘，所以，本发明克服了由惯量盘所引起的各种技术问题。当将液压马达作为马达使用，模拟某个方向的惯性力矩，当将液压马达作为泵使用，则模拟相反方向的惯性力矩。实现了随动系统在加速、减速、转向等各种运动状态下的惯性负载的模拟。本发明之方法模拟的惯性力矩负载范围为0～200Nm，精度达5％FS。
附图说明
图1是现有技术之随动系统负载电液伺服模拟方法流程图。图2是采用本发明之方法的模拟装置结构示意图。图3是在本发明之方法中、液压油从右向左流经液压马达、被试电机加速、液压马达作为泵时的工作状态示意图，该图兼作为摘要附图。图4是在本发明之方法中、液压油从右向左流经液压马达、被试电机减速或者转向、液压马达作为马达工作前的瞬间的工作状态示意图。图5是在本发明之方法中、液压油从右向左流经液压马达、被试电机减速或者转向、液压马达作为马达时的工作状态示意图。图6是在本发明之方法中、液压油从左向右流经液压马达、被试电机加速、液压马达作为泵时的工作状态示意图。图7是在本发明之方法中、液压油从左向右流经液压马达、被试电机减速或者转向、液压马达作为马达工作前的瞬间的工作状态示意图。图8是在本发明之方法中、液压油从左向右流经液压马达、被试电机减速或者转向、液压马达作为马达时的工作状态示意图。
具体实施方式
模拟减速及转向时的随动系统负载，控制液压马达做马达使用，以提供惯性力矩动力，模拟加速时的随动系统负载，控制液压马达做泵使用，以提供惯性力矩阻力。
采用电液伺服方法模拟的惯性力矩F惯的大小及方向由检测被试电机转速的脉冲编码器所测实时数据经微分确定角加速度后，再通过实时运算得到：
式中：J电机轴是折算到随动系统电机轴上的转动惯量，
是随动系统角加速度，i是传速比。而被试电机运转中的惯性力矩负载由与被试电机同轴连接的力矩传感器测得。
下面结合随动系统负载的电液伺服模拟装置说明本发明之方法，见图2所示，将脉冲编码器1实时所测数据经主控计算机2实时处理后所得数据作为给定的模拟惯性力矩控制信号，实时控制液压马达3的工作状态及伺服阀4的开口量，同时将力矩传感器5自被试电机6转轴拾取的惯性力矩反馈信号送入主控计算机2与给定的模拟惯性力矩控制信号比较，产生误差信号，由DSP(数字信号处理器)对误差信号进行PID调节，产生驱动信号，调整液压马达3的工作状态，并通过阀驱动器调整伺服阀4开口量，从而调整所模拟的惯性力矩的大小，实现闭环伺服模拟。
液压马达3的工作状态为：
一、当被试电机6旋转并使液压马达3油路方向为从右向左时
当被试电机6加速时，见图3所示，脉冲编码器1实时检测被试电机6转速，经主控计算机2处理后确认惯性力矩方向与被试电机6运行方向相反，此时换向阀9工作在左位、伺服阀4工作在右位，油箱8中的液压油经单向阀10被送入液压马达3，再通过换向阀9、伺服阀4、单向阀11流回油箱8，液压马达3作为泵工作，此时，液压马达3提供与被试电机6反方向的惯性力矩阻力，惯性力矩的大小由伺服阀4的开口量确定。
当被试电机6开始减速或转向时，见图4所示，脉冲编码器1实时检测被试电机6转速，经主控计算机2处理后确认惯性力矩方向与被试电机6运行方向相同，此时换向阀9切换到右位工作，伺服阀4仍工作在右位，模拟过程瞬间工作在卸压状态，液压油通过液压马达3、换向阀9、二通阀12直接流回油箱8。之后伺服阀4切换到左位工作，见图5所示，由电磁溢流阀13控制压力，高压泵7自油箱8将液压油泵入伺服阀4、换向阀9，通过液压马达3后，经换向阀9、二通阀12流回油箱，液压马达3作为马达工作，此时，液压马达3提供与被试电机6同方向的惯性力矩动力，惯性力矩的大小同样由伺服阀4的开口量确定。
二、当被试电机6旋转并使液压马达3油路方向为从左向右时
当被试电机6加速时，见图6所示，脉冲编码器1实时检测被试电机6转速，经主控计算机2处理后确认惯性力矩方向与被试电机6运行方向相反，此时换向阀9工作在右位、伺服阀4也工作在右位，油箱8中的液压油经单向阀14送入液压马达3，再通过换向阀9、伺服阀4、单向阀11流回油箱8，液压马达3作为泵工作，此时，液压马达3提供与被试电机6反方向的惯性力矩阻力，惯性力矩的大小由伺服阀4的开口量确定。
当被试电机3开始减速或转向时，见图7所示，脉冲编码器1实时检测被试电机3转速，经主控计算机2处理后确认惯性力矩方向与被试电机3运行方向相同，此时换向阀9切换到左位工作，伺服阀4仍工作在右位，模拟过程瞬间工作在卸压状态，液压油通过液压马达3、换向阀9、二通阀12直接流回油箱8。之后伺服阀4切换到左位工作，见图8所示，由电磁溢流阀13控制压力，高压泵7自油箱8将液压油泵入伺服阀4、换向阀9，通过液压马达3后，经换向阀9、二通阀12流回油箱，液压马达3作为马达工作，此时，液压马达3提供与被试电机6同方向的惯性力矩动力，惯性力矩的大小同样由伺服阀4的开口量确定。
Claims (4)
1、一种随动系统负载的电液伺服模拟方法，采用电液伺服方法模拟随动系统惯性力矩负载，被试电机与液压马达同轴，力矩传感器自转轴拾取反馈信号，与主控计算机给定的模拟惯性力矩控制信号在主控计算机内比较，产生误差信号，由DSP对误差信号进行PID调节，产生驱动信号，通过阀驱动器调整伺服阀开口量来调整所模拟的惯性力矩的大小，其特征在于，通过将液压马达的作用在马达和泵之间选择的方式改变所模拟的惯性力矩方向。
2、根据权利要求1所述的电液伺服模拟方法，其特征在于，模拟减速及转向时的随动系统负载，控制液压马达做马达使用，提供惯性力矩动力；模拟加速时的随动系统负载，控制液压马达做泵使用，提供惯性力矩阻力。
3、根据权利要求2所述电液伺服模拟方法，其特征在于，当被试电机(6)旋转并使液压马达(3)油路方向为从右向左时：
A、当被试电机(6)加速时，脉冲编码器(1)实时检测被试电机(6)转速，经主控计算机(2)处理后确认惯性力矩方向与被试电机(6)运行方向相反，此时换向阀(9)工作在左位、伺服阀(4)工作在右位，油箱(8)中的液压油经单向阀(10)被送入液压马达(3)，再通过换向阀(9)、伺服阀(4)、单向阀(11)流回油箱(8)，液压马达(3)作为泵工作，此时，液压马达(3)提供与被试电机(6)反方向的惯性力矩阻力，惯性力矩的大小由伺服阀(4)的开口量确定；
B、当被试电机(6)开始减速或转向时，脉冲编码器(1)实时检测被试电机(6)转速，经主控计算机(2)处理后确认惯性力矩方向与被试电机(6)运行方向相同，此时换向阀(9)切换到右位工作，伺服阀(4)仍工作在右位，模拟过程瞬间工作在卸压状态，液压油通过液压马达(3)、换向阀(9)、二通阀(12)直接流回油箱(8)；之后伺服阀(4)切换到左位工作，由电磁溢流阀(13)控制压力，高压泵(7)自油箱(8)将液压油泵入伺服阀(4)、换向阀(9)，通过液压马达(3)后，经换向阀(9)、二通阀(12)流回油箱，液压马达(3)作为马达工作，此时，液压马达(3)提供与被试电机(6)同方向的惯性力矩动力，惯性力矩的大小同样由伺服阀(4)的开口量确定。
4、根据权利要求2所述电液伺服模拟方法，其特征在于，当被试电机(6)旋转并使液压马达(3)油路方向为从左向右时：
A、当被试电机(6)加速时，脉冲编码器(1)实时检测被试电机(6)转速，经主控计算机(2)处理后确认惯性力矩方向与被试电机(6)运行方向相反，此时换向阀(9)工作在右位、伺服阀(4)也工作在右位，油箱(8)中的液压油经单向阀(14)送入液压马达(3)，再通过换向阀(9)、伺服阀(4)、单向阀(11)流回油箱(8)，液压马达(3)作为泵工作，此时，液压马达(3)提供与被试电机(6)反方向的惯性力矩阻力，惯性力矩的大小由伺服阀(4)的开口量确定；
B、当被试电机(3)开始减速或转向时，脉冲编码器(1)实时检测被试电机(3)转速，经主控计算机(2)处理后确认惯性力矩方向与被试电机(3)运行方向相同，此时换向阀(9)切换到左位工作，伺服阀(4)仍工作在右位，模拟过程瞬间工作在卸压状态，液压油通过液压马达(3)、换向阀(9)、二通阀(12)直接流回油箱(8)；之后伺服阀(4)切换到左位工作，由电磁溢流阀(13)控制压力，高压泵(7)自油箱(8)将液压油泵入伺服阀(4)、换向阀(9)，通过液压马达(3)后，经换向阀(9)、二通阀(12)流回油箱，液压马达(3)作为马达工作，此时，液压马达(3)提供与被试电机(6)同方向的惯性力矩动力，惯性力矩的大小同样由伺服阀(4)的开口量确定。
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