CN102305223A

CN102305223A - 一种液压控制装置及其控制方法

Info

Publication number: CN102305223A
Application number: CN201110125402A
Authority: CN
Inventors: 邓之江
Original assignee: JIANGMEN MENGDE ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: JIANGMEN MENGDE ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-01-04

Abstract

本发明是一种液压控制装置及其控制方法。本发明的液压控制装置，包括有定量油泵（1）、油缸（3），定量油泵（1）的出口与油缸（3）的进油路连接，油缸（3）的回油路与油箱连接，其中定量油泵（1）的出口还并接有作为安全阀用的溢流阀（2），油缸（3）的回油路上串接有作为可调液阻的比例节流阀（4），定量油泵（1）与驱动其工作的伺服电机（5）连接。本发明的控制方法是在位置控制的减速段根据实际流量变化，自动调整比例节流阀通流面积大小，保证在整个减速段提供比较恒定的阻尼负荷，使位置控制的精度不受实际负荷的大小影响。本发明的液压控制装置结构简单，成本低，定位准确，设计合理，方便实用。本发明液压控制装置的控制方法操作简单，容易实现。

Description

一种液压控制装置及其控制方法

技术领域

本发明是一种液压控制装置及其控制方法，特别是一种用于使用油缸（或活塞）进行位置控制的场合，由伺服液压驱动装置和一套联动的可调液阻装置组成的液压控制装置及其控制方法，属于电液混合驱动技术领域中液压控制装置及其控制方法的创新技术。

背景技术

液压技术是应用极其广泛的工业技术，特别适合低速、重载荷的机械传动应用场合。液压技术可以通过驱动油缸实现直线的位置控制，和伺服电机的机械直接传动的位置控制相比，液压具有无可比拟的输出大转矩、承受重载、可靠耐用等优点，其缺点是响应速度慢、位置精度低。

液压驱动油缸的位置控制常用的技术有如下几种：

1)普通的快速-慢速-停止的定位方法。具体是液压泵站首先输出大流量驱动油缸快速移动，到达减速点后改为小流量慢速移动，到达停止点后关闭流量使油缸停止运动。这种方法的缺点如下：

a、由于负载和惯量的不同，从快速移动切换到慢速移动这个过程的实际位移也不一样。为了消除因此造成的定位误差，慢速移动的行程不能太短，导致总的定位时间长，效率低。

b、慢速移动到停止过程的实际位移也受负载和惯量的影响，且无法消除。提高精度的方法是降低慢速移动的速度，但这会进一步增加定位的时间。

2)伺服阀技术。伺服阀技术可以同时控制油缸的动力和阻力，因此双向的速度和位置都可控制，且响应快、控制简单。但其缺点是伺服阀成本昂贵、油品要求高、寿命短、故障率高、系统能耗高。

3)双向伺服液压控制。该技术的核心是采用两套伺服液压驱动装置，一套提供动力、另一套提供阻力，实现速度和位置双向可控。这种技术由于采用两套装置，比普通的伺服液压驱动成本提高很多，且控制上两套装置有联动要求，技术复杂、调试也较复杂。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种结构简单，成本低，定位准确的液压控制装置。本发明设计合理，方便实用。

本发明的另一目的在于提供一种操作简单，控制方便的液压控制装置的控制方法。

本发明的技术方案是：本发明的液压控制装置，包括有定量油泵、油缸，定量油泵的出口与油缸的进油路连接，油缸的回油路与油箱连接，其中定量油泵的出口还并接有作为安全阀用的溢流阀,油缸的回油路上串接有作为可调液阻的比例节流阀，定量油泵与驱动其工作的伺服电机连接。

上述比例节流阀为伺服节流阀。

上述伺服电机连接有速度传感装置。

本发明液压控制装置的控制方法，在定位控制的减速段进行如下控制调节：

1）当油缸中的活塞速度偏低时，伺服电机带动定量油泵转速提高，定量油泵的输出流量Q₁增加，油缸中的活塞快速前进，油缸中的回油腔流量Q₂增加，油缸中的回油腔压力P₂将增加，这时，液压控制装置中的控制器控制把比例节流阀的开口面积A_c加大，使油缸中的回油腔压力P₂保持不变，实现恒阻尼控制；

2）当油缸中的活塞速度较高时，伺服电机带动定量油泵降低转速，定量油泵的输出流量Q₁减少，油缸中的活塞速度降低，油缸中的回油腔流量Q₂降低，油缸中的回油腔压力P₂也将降低，这时，液压控制装置中的控制器控制把比例节流阀的开口面积A_c减小，使油缸中的回油腔压力P₂保持不变，实现恒阻尼控制。

本发明由于采用由伺服电机驱动定量油泵的结构，本发明根据位置-速度最优曲线控制算法进行油缸的位置控制，在控制伺服电机转速的同时，根据电机的实际转速调节回油路上比例节流阀开口面积，进行流量控制和回油压力控制，推动油缸（或活塞）进行直线运动，实现高精度准确定位。现有伺服液压油缸（或活塞）在定位过程中，由于单向油泵不能提供反向压力，所以最大的减速率由负荷惯量、外部阻力（负荷阻力、摩擦力等）和回油阻力决定。随着速度的降低，回油腔的压力（即回油阻力）也将降低，实际的减速率可能小于控制系统的指令减速率，滑块出现超调，定位不准确。本发明的液压装置由伺服电机驱动的油泵直接控制流量和压力，推动油缸或活塞进行直线的位置控制运动。本发明由于在油缸的出口安装一个比例节流阀，在位置控制的减速段根据实际流量变化，自动调整比例节流阀通流面积大小，保证在整个减速段提供比较恒定的阻尼负荷，使位置控制的精度不受实际负荷的大小影响。本发明通过调节回油的阻力，保证定位全过程都能满足最大减速率的要求，防止位置的过冲。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的液压控制装置及其控制方法。

附图说明

图1为本发明实施例液压控制装置的原理图；

图2为本发明实施例液压控制装置控制方法的原理图。

具体实施方式

实施例：

本发明实施例液压控制装置的原理如图1所示，包括有定量油泵1、油缸3，定量油泵1的出口与油缸3的进油路连接，油缸3的回油路与油箱连接，其中定量油泵1的出口还并接有作为安全阀用的溢流阀2,油缸3的回油路上串接有作为可调液阻的比例节流阀4，定量油泵1与驱动其工作的伺服电机5连接。

本实施例中，上述比例节流阀4为伺服节流阀。上述伺服电机5连接有速度传感装置PG。

上述油缸3回油路流量和压力的关系如下：

Q₁=nq (1.1)

Q₂ = Q₁×A₂/A₁ (1.2)

P₂=[ρ×Q₂ /(2 A_c×C_d ) ]²(1.3)

当定量油泵1和油缸3确定后q、A₂、A₁为常数，如果位置负荷惯量也确定，由位置控制参数可确定最大的减速转矩，因此P₂也是常数，因此可推出比例节流阀的控制特性函数：

令 K= q×A₂/A₁×(ρ/2 )^1/2/ C_d

则 A_c = K×n/( P₂) ^1/2 (1.5)

其中：

n油泵转速;

q 油泵排量；

Q₁定量油泵输出流量；

Q₂油缸中的回油腔流量

A₁进油腔面积；

A₂回油腔面积；

ρ液体密度；

A_c节流口面积；

C_d流量系数。

本发明液压控制装置的控制方法是使比例节流阀4的开口面积和电机转速保持线性关系。

以伺服液压注塑机定位控制过程为例，在减速定位时，如果定量油泵1的实际转速偏低，伺服电机5需要带动定量油泵1提高转速，定量油泵1的输出流量Q1增加，油缸3中的回油腔流量Q₂增加，由公式（1.3）可知油缸3中的回油腔压力P₂将增加，这时，控制系统把比例节流阀4的开口面积A_c加大，可使油缸3中的回油腔压力P₂保持不变；当定量油泵1实际转速偏高时，伺服电机5带动定量油泵1降低转速，定量油泵1的输出流量Q1减少，由公式（1.3）可知随着速度的降低，油缸3中的回油腔的压力P₂也将降低，这时，控制系统把比例节流阀4的开口面积A_c减小，可使油缸3中的回油腔压力P₂保持不变，实现恒阻尼控制。

应用上述控制装置和控制方法，可实现应用单向油泵驱动负载惯性进行定位控制时，避免出现超调、震荡，造成定位不准确的问题，并有效减小定位时间。

Claims

1.一种液压控制装置，包括有定量油泵（1）、油缸（3），定量油泵（1）的出口与油缸（3）的进油路连接，油缸（3）的回油路与油箱连接，其特征在于定量油泵（1）的出口还并接有作为安全阀用的溢流阀（2）,油缸（3）的回油路上串接有作为可调液阻的比例节流阀（4），定量油泵（1）与驱动其工作的伺服电机（5）连接。

2.根据权利要求1所述的液压控制装置，其特征在于上述比例节流阀（4）为伺服节流阀。

3.根据权利要求1所述的液压控制装置，其特征在于上述伺服电机（5）连接有速度传感装置(PG)。

4.一种根据权利要求1所述的液压控制装置的控制方法，其特征在于在定位控制的减速段进行如下控制调节：

1）当油缸（3）中的活塞速度偏低时，伺服电机（5）带动定量油泵（1）提高转速，定量油泵（1）的输出流量Q₁增加，油缸（3）中的活塞快速前进，油缸（3）中的回油腔流量Q₂增加，油缸（3）中的回油腔压力P₂将增加，这时，液压控制装置中的控制器控制把比例节流阀（4）的开口面积A_c加大，使油缸（3）中的回油腔压力P₂保持不变，实现恒阻尼控制；

2）当油缸（3）中的活塞速度偏高时，伺服电机（5）带动定量油泵（1）降低转速，定量油泵（1）的输出流量Q₁减少，油缸（3）中的活塞速度降低，油缸（3）中的回油腔流量Q₂降低，油缸（3）中的回油腔压力P₂也将降低，这时，液压控制装置中的控制器控制把比例节流阀（4）的开口面积A_c减小，使油缸（3）中的回油腔压力P₂保持不变，实现恒阻尼控制。