CN101793275B - 高精度液压伺服控制系统 - Google Patents
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Abstract
高精度液压伺服控制系统，包括控制电脑、油缸、位置传感器、压力传感器、两套装有液压泵的主从伺服电机及伺服驱动器，控制电机的控制系统包括压力传感器、与电机相连的伺服控制器和控制电脑，油缸上连接位置传感器，以检测油缸的实际位置，油缸的有杆腔和无杆腔均装有压力传感器以检测出油口和进油口的油压并反馈给控制电脑，控制电脑通过对无杆腔反馈来的压力信号做计算处理来控制主电机的转速和扭矩，控制油泵输出系统所需压力和流量，控制电脑对有杆腔反馈来的压力信号进行运算处理后输出控制信号给伺服驱动器控制从电机的转速和扭矩来控制油泵输出的压力和流量，当油缸处于加速过程时从电机对出油口吸油，在油缸减速过程中给出油口背压。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压控制系统及控制方法，特别涉及一种高精度液压伺服控制系统和控制方法。
背景技术
液压系统以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油，通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要，因此为达到平稳操作则需要采用较好的控制系统。
现有的各种液压伺服控制系统通常采用单个伺服电机作为动力源，控制电脑根据油缸进油口反馈回来的压力信号来控制伺服电机的转速和扭矩，使液压泵输出一定的压力和流量至油缸进油口，油缸出油口的油则直通油箱，油缸两端的压差控制着油缸的整个运动控制。由于现有的液压控制系统在驱动油缸过程中，出油口的油直接回油箱，使得负载在减速过程中所受的阻尼非常小，当油缸连接负载运动时，负载的惯性力使油缸难以在短距离内制动，容易导致过冲，定位精度低。而为了使油缸运动达到一定的定位精度，必须提前较大距离减速，这又增加了系统运动周期，降低了效率。又如中国专利文献CN1104728A公开的一种高精度大惯性液压伺服控制系统，包括：油箱、液压泵、至少一台伺服阀，至少一台用于移动大惯性负载的工作油缸和一个具有计算机的控制装置，所述的伺服阀可响应于电控制信号来改变输往工作油缸的液压油的流量和方向；所述的油缸上设置有位置传感器，以检测油缸的实际位置；所述工作油缸的有杆腔和无杆腔分别设置有压力传感器以检测油缸两腔的油压；所测得的位置信号经A/D(模似/数字)转换器反馈给比较器与设定值进行比较；所测得的油缸两腔油压信号分别经各自A/D转换器转换，并由计算机计算并判别由那一腔进行动压反馈补偿；动压补偿信号反馈至加法器，与来自比较器的已经经过计算机判别是否进行零漂补偿并放大后的信号叠加，经D/A(数字/模似)转换器转换成模似信号(电压)，然后经功率放大器放大得到电流信号以控制伺服阀的阀芯开度从而控制工作油缸稳定在目标设定的位置上。这种液压伺服控制系统由于仍采用单个伺服电机，因此依然存在上述提到的控制效率低、稳定性不理想，控制精度达不到更高的要求的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供伺服高精度液压伺服控制系统，使其控制精度得到大幅度提高。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
高精度液压伺服控制系统，包括控制电脑、油缸、位置传感器、压力传感器、两套装有液压泵的主、从伺服电机及伺服驱动器，所述的控制电机的控制系统包括压力传感器、与电机相连的伺服控制器和控制电脑，所述的油缸上连接位置传感器，以检测油缸的实际位置，所述油缸的有杆腔和无杆腔均装有压力传感器以检测出油口和进油口的油压并反馈给控制电脑，所述的控制电脑通过对无杆腔反馈来的压力信号做计算处理来控制主伺服电机的转速和扭矩，控制油泵输出系统所需压力和流量，所述的控制电脑对有杆腔反馈来的压力信号进行运算处理后输出控制信号给伺服驱动器控制从伺服电机的转速和扭矩来控制油泵输出一定的压力和流量，当油缸处于加速过程时从伺服电机对出油口吸油，在油缸减速过程中给出油口一定的背压。
上述伺服电机为永磁同步伺服电机，并且其轴与油泵轴直接连接在一起。
上述主伺服电机为功率大的伺服电机，从伺服电机为功率小的伺服电机。
上述液压泵为齿轮泵。
上述永磁同步伺服电机轴采用内花键，齿轮泵轴采用外花键。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、液压伺服控制系统通过增加一个伺服电机和伺服驱动器来提高运动的速度、功率、精度及稳定性，系统整体成本较低。
2、在大惯量负载的液压驱动控制中，提高精度效果尤为明显，实际应用中(如大型注塑机注射)获得了非常好的控制效果，系统定位精度高，稳定且无超调。
3、当油缸处于加速过程时从伺服电机对出油口吸油，提高油缸的运动速度，在油缸减速过程中，使油缸运动过程中伴有一定的阻尼，加快油缸的减速制动，提高运动控制的定位精度、重复精度及稳定性，提高了工作效率，整个过程中系统保持较低的能耗。
附图说明
图1是本发明实施例的液压控制原理图。
图2是本发明实施例的的电路控制框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，液压缸10的活塞12与位置传感器5的滑动块固定连接。位置传感器将油缸活塞12的位置实时反馈给控制电脑。压力传感器2与液压缸10的无杆腔相连通，反馈无杆腔的压力信号给控制电脑。压力传感器7与液压缸10的有杆腔相连通，反馈有杆腔的压力信号给控制电脑。主伺服电机9与液压泵3相连，通过正反转可使液压泵3可从油箱4吸油，输出一定的压力流量的液压油给油缸10，也可从油缸10吸油回油箱。从伺服电机8与液压泵11相连，通过输出一定的压力流量对液压缸10活塞运动的加速和减速进行控制，达到较高的控制精度。
如图2所示，液压油缸的无杆腔连接压力传感器2，有杆腔连接压力传感器7，两个压力传感器实时将油缸两端的压力信号反馈至控制电脑。
当负载需要做加速或匀速运动时，压力传感器2将液压缸无杆腔的压力反馈至控制电脑，控制电脑通过运算处理，计算出当前主伺服电机所需的转速和所需扭矩，通过现场总线技术传送给伺服驱动器1，控制主伺服电机的转速和扭矩，使液压泵10输出所需的压力和流量至液压缸无杆腔，使活塞受力运动，同时，压力传感器7将液压缸有杆腔的压力反馈至控制电脑，控制电脑通过运算处理，计算出当前从伺服电机所需的转速和所需扭矩，通过现场总线技术传送给伺服驱动器2，控制从伺服电机按一定的转速和扭矩反转，使液压泵2对液压缸有杆腔吸油到油箱，加大活塞两端的压差，加大活塞的运动速度。
当负载需要做减速运动时，压力传感器2将液压缸无杆腔的压力反馈至控制电脑，控制电脑通过运算处理，计算出当前主伺服电机所需的转速和所需扭矩，通过现场总线技术传送给伺服驱动器1，控制主伺服电机的转速和扭矩，使液压泵1输出所需的压力和流量至液压缸无杆腔，使活塞减速运动，同时，压力传感器7将液压缸有杆腔的压力反馈至控制电脑，控制电脑通过运算处理，计算出当前从伺服电机所需的转速和所需扭矩，通过现场总线技术传送给伺服驱动器2，控制从伺服电机按一定的转速和扭矩正转，使液压泵2输出一定的油压至液压缸有杆腔，使活塞减速中受到一定的阻尼，克服惯性力，提高减速度，使运动过程中的定位精度得到大幅提高。
Claims (3)
1.高精度液压伺服控制系统，其特征在于：包括控制电脑、油缸、位置传感器、压力传感器、两套装有液压泵的主伺服电机、从伺服电机及伺服驱动器，所述的主伺服电机、从伺服电机的控制系统包括压力传感器、与主伺服电机、从伺服电机相连的伺服驱动器和控制电脑，所述的油缸上连接位置传感器，以检测油缸的实际位置，所述油缸的有杆腔和无杆腔均装有压力传感器以检测出油口和进油口的油压并反馈给控制电脑，所述的控制电脑通过对无杆腔反馈来的压力信号做计算处理来控制主伺服电机的转速和扭矩，控制液压泵输出系统所需压力和流量，所述的控制电脑对有杆腔反馈来的压力信号进行运算处理后输出控制信号给伺服驱动器控制从伺服电机的转速和扭矩来控制液压泵输出一定的压力和流量，当油缸处于加速过程时从伺服电机对出油口吸油，在油缸减速过程中给出油口一定的背压；所述的主伺服电机为功率大的伺服电机，从伺服电机为功率小的伺服电机；所述的液压泵为齿轮泵。
2.根据权利要求1所述的高精度液压伺服控制系统，其特征在于：所述的主伺服电机、从伺服电机为永磁同步伺服电机，并且其轴与液压泵轴直接连接在一起。
3.根据权利要求2所述的高精度液压伺服控制系统，其特征在于：永磁同步伺服电机轴采用内花键，齿轮泵轴采用外花键。
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