CN102541098B

CN102541098B - 一种电液线位移伺服系统

Info

Publication number: CN102541098B
Application number: CN 201210005150
Authority: CN
Inventors: 曾文火; 朱鹏程
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: CN102541098A

Abstract

本发明公开了一种电液线位移伺服系统，由线位移指令信号发生器、伺服控制器、功率放大器、伺服对象、线位移检测传感器和液压源组成；其中伺服控制器由比较器、智能积分器、积分系数K_i乘法器、第一减法器、第二减法器、反馈系数K_f乘法器、微分系数K_d乘法器和微分器组成，所述比较器、智能积分器、积分系数K_i乘法器、第一减法器和第二减法器按顺序连接，比较器还分别与线位移指令信号发生器和线位移检测传感器连接，第一减法器通过反馈系数K_f乘法器与线位移检测传感器连接，第二减法器通过微分系数K_d乘法器以及微分器与线位移检测传感器连接，第二减法器还与功率放大器连接。本发明提高了电液线位移伺服的静态和动态性能。

Description

一种电液线位移伺服系统

技术领域：

本发明涉及一种电液伺服系统，特别涉及一种由伺服控制器控制的阀控液压缸线位移伺服系统。

背景技术：

电液伺服系统中，电液线位移伺服在一些机械装备中是经常遇到的，如机械臂的伸缩，加工设备的进给运动，自动化生产线中工件的传送等。电液线位移伺服系统中，电液伺服的变量是机械负载运动的线位移。为了获得优良的线位移伺服性能，电液线位移伺服系统必须采用闭环控制。也就是说，机械装备中运动部件的线位移必须经检测传感器反馈到电液伺服系统输入端，与线位移指令信号进行比较产生误差信号，然后再由伺服控制器对误差信号进行控制运算后发出控制信号，对运动部件的线位移实施校正。

对于误差的控制运算目前广泛使用的是乘以常数，对其积分，微分或几种运算的组合，即比例控制(P)，比例加积分控制(PI)，比例加积分加微分控制(PID)。前向控制回路中对误差每增加一种运算，事实上对线速度指令信号和反馈信号同时增加了控制运算。对线速度指令信号的每一种运算就相当于在电液伺服系统的微分方程的右边增加一个强迫项，使控制系统出现多个强迫项。这样，电液伺服系统输出就不能精确复现线速度指令信号。因此，一般的PID反馈控制方法线速度动态跟踪精度差，对阶跃输入的指令信号其输出存在超调和振荡现象。

随着各种机械设备的运行精度、响应速度以及自动化程度的提高，对电液线位移伺服性能提出了越来越高的要求。当今广泛使用的一般反馈控制方法已不能满足要求，采用新的电液伺服系统和伺服控制方法是进一步提高电液伺服性能所要解决的问题之一。

发明内容：

本发明的目的是为进一步提高电液伺服系统的性能，克服上述现有技术中存在的问题和缺陷，提供一种新颖的电液线位移伺服系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电液线位移伺服系统，由线位移指令信号发生器、伺服控制器、功率放大器、伺服对象、线位移检测传感器和液压源组成；其中所述伺服控制器由比较器、智能积分器、积分系数K_i乘法器、第一减法器、第二减法器、反馈系数K_f乘法器、微分系数K_d乘法器和微分器组成，其中所述比较器、智能积分器、积分系数K_i乘法器、第一减法器和第二减法器按顺序连接，所述比较器还分别与所述线位移指令信号发生器和所述线位移检测传感器连接，所述第一减法器通过所述反馈系数K_f乘法器与所述线位移检测传感器连接，所述第二减法器通过所述微分系数K_d乘法器以及所述微分器与所述线位移检测传感器连接，所述第二减法器还与所述功率放大器连接；所述伺服对象由电液伺服阀、液压缸和机械负载组成，其中所述电液伺服阀、液压缸和机械负载按顺序连接，所述电液伺服阀还与所述功率放大器连接，所述机械负载还与所述线位移检测传感器连接，所述电液伺服阀和所述液压缸还分别与所述液压源连接。

上述伺服控制器具有与众不同的结构形式，在前向回路中对误差信号实施智能积分运算和乘法运算，在反馈回路中不仅实现了线位移反馈，而且在不需要线速度检测传感器和线加速度检测传感器的情况下实现了线速度和线加速度的反馈。也就是说，不仅实现了伺服变量线位移信号的反馈，而且还实现了伺服变量其它两个状态信息的反馈。

本发明的一种电液线位移伺服系统与现有技术相比，具有如下特点和有益效果：

(1)本发明所述电液伺服控制器在前向回路中对误差信号实施智能积分运算以及与积分系数的乘法运算。在反馈回路中不仅实现了伺服变量线位移的反馈，而且实现了伺服变量线位移的变化率——线速度以及线速度的变化率——线加速度的反馈。因此，本发明的电液伺服系统不仅具有伺服变量本身状态信息的反馈，而且具有伺服变量其它两个状态信息的反馈，总共实现了伺服变量三种状态信息的反馈。而一般电液线位移伺服系统仅能实现伺服变量的一种状态信息反馈。

(2)该电液线位移伺服系统中采用线位移检测传感器实现线位移信号的反馈，但是，并没有采用任何线速度检测传感器和线加速度检测传感器，却实现了线速度和线加速度信号的反馈。也就是说，只采用了一种检测传感器实现了伺服变量三种状态信息的反馈，在工程实施中不仅方便易行，而且节省成本。

(3)由于该伺服控制器与众不同的结构形式以及控制参数针对性的调整，提高了电液线位移伺服系统的静态和动态性能。静态精度可以达到无静差，动态时对于线位移指令信号的阶跃瞬时突变，其响应时间缩短且无超调和振荡，动态跟踪精度高；对于外界环境的干扰和机械负载本身参数的变化，电液线位移伺服系统的伺服性能变化不敏感。

附图说明

图1是本发明的电液线位移伺服系统构成方框图。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细叙述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

图1是本发明实施例的电液线位移伺服系统构成方框图。该电液线位移伺服系统由线位移指令信号发生器110、伺服控制器120、功率放大器130、伺服对象140、线位移检测传感器150和液压源160组成；所述伺服控制器120由比较器121、智能积分器122、积分系数K_i乘法器123、第一减法器124、第二减法器125、反馈系数K_f乘法器126、微分系数K_d乘法器127和微分器128组成，所述比较器121、智能积分器122、积分系数K_i乘法器123、第一减法器124和第二减法器125按顺序连接，比较器121还分别与线位移指令信号发生器110和线位移检测传感器150连接，所述第一减法器124通过反馈系数K_f乘法器126与线位移检测传感器150连接，第二减法器125通过微分系数K_d乘法器127和微分器128与线位移检测传感器150连接，第二减法器125还与功率放大器130连接；所述伺服对象140由电液伺服阀141、液压缸142和机械负载143组成，所述电液伺服阀141、液压缸142和机械负载143按顺序连接，电液伺服阀141还与功率放大器130连接，机械负载143还与线位移检测传感器150连接，其运动线位移检测后反馈到输入端，此外，电液伺服阀141和液压缸142还分别与液压源160连接。

当线位移指令信号发生器110给出线位移信号后，比较器121将其与线位移检测传感器150反馈回来的机械负载的实际线位移信号进行比较，产生的误差信号首先由智能积分器122进行智能积分运算，然后再由积分系数K_i乘法器123乘以积分系数K_i，这时产生的信号与线位移检测传感器150经反馈系数K_f乘法器126运算后的信号相减，在此实际上实现了线位移信号的变化率——线速度信号的反馈，然后产生的差值与线位移检测传感器150经微分系数K_d乘法器127和微分器128运算后的信号再次相减，在此实际上实现了线速度信号的变化率——线加速度信号的反馈。因此，本发明的电液线位移伺服系统比公知的反馈系统实现更多的伺服变量状态信息的反馈，不仅具有线位移信号的反馈，而且具有线速度和线加速度信号的反馈，伺服性能可大幅度提高。另一个巧妙之处在于，这里既没有采用线速度检测传感器，也没有采用线加速度检测传感器，但是在控制功能上却实现了线速度和线加速度信号的反馈，对于工程实施，方便易行，具有十分重要的意义。

伺服控制器输出的控制信号经功率放大器130放大后输入到电液伺服阀141，经过电液转换变成液压系统的流量信号，控制液压缸142的流量大小和方向，对机械负载的运动线位移进行伺服。当然，电液线位移伺服系统的性能还与积分系数K_i、反馈系数K_f和微分系数K_d这三个控制参数的大小密切相关。只要准确地调整这三个控制参数的大小，就能使电液线位移伺服系统获得优良的动态性能和静态性能。

Claims

1.一种电液线位移伺服系统，其特征在于由线位移指令信号发生器、伺服控制器、功率放大器、伺服对象、线位移检测传感器和液压源组成；其中所述伺服控制器由比较器、智能积分器、积分系数K_i乘法器、第一减法器、第二减法器、反馈系数K_f乘法器、微分系数K_d乘法器和微分器组成，其中所述比较器、智能积分器、积分系数K_i乘法器、第一减法器和第二减法器按顺序连接，所述比较器还分别与所述线位移指令信号发生器和所述线位移检测传感器连接，所述第一减法器通过所述反馈系数K_f乘法器与所述线位移检测传感器连接，所述第二减法器通过所述微分系数K_d乘法器以及所述微分器与所述线位移检测传感器连接，所述第二减法器还与所述功率放大器连接；所述伺服对象由电液伺服阀、液压缸和机械负载组成，其中所述电液伺服阀、液压缸和机械负载按顺序连接，所述电液伺服阀还与所述功率放大器连接，所述机械负载还与所述线位移检测传感器连接，所述电液伺服阀和所述液压缸还分别与所述液压源连接。