CN103775321B - 液力平衡式伺服控制变量液压泵 - Google Patents

液力平衡式伺服控制变量液压泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液力平衡式伺服控制变量液压泵，它包括：斜盘变量泵体、液力平衡机构、伺服变量机构和闭环控制器四大部分。斜盘变量泵体构成基体部分实现泵送功能；斜盘倾角决定了泵的排量，变量机构由伺服电机通过传动机构带动斜盘转动；两个由电控比例阀控制的活塞缸分别连接斜盘两端，构成斜盘液力平衡机构；闭环控制器采集传感器的信号，根据内部闭环PID算法适应相应工况控制液压泵完成所需的变量泵送功能。由于斜盘转动中的摩擦力和粘性阻力被液力预先平衡掉，变量机构带动斜盘转动的力大大减小，泵变量动作灵敏，响应迅速；又由于采用了传感反馈和闭环控制器，使得泵的控制精度高，并可实现压力、流量、功率等多种变量控制方式。

Description

液力平衡式伺服控制变量液压泵
技术领域
本发明属于流体传动中变量泵及其控制技术领域，尤其涉及一种液力平衡式伺服控制变量液压泵，其通过液力平衡斜盘转动过程中的摩擦力和粘性阻力，由闭环控制器控制伺服电机完成泵的变量控制功能。
背景技术
随着传感检测技术与计算机控制技术的飞速发展，流体传动领域从基础元件到整机系统都朝着自动化、数字化和集成化控制方向飞速发展。泵作为液压系统的动力元件，对系统性能起着举足轻重的作用，因此各应用领域对于变量液压泵的控制性能要求越来越高。带有液力平衡功能和闭环控制器的由伺服电机驱动变量机构进行变量控制的液压泵具有变量灵活、响应迅速，控制精度高，便于与计算机接口等特点，符合应用领域对变量泵性能的要求，并体现了流体传动领域向数字化、自动化方向发展的大趋势。
发明内容
为提高传统变量液压泵的控制精度和灵活性以及集成化控制性能，本发明提供了一种液力反馈式伺服控制变量液压泵，采用比例阀控活塞缸构成液力平衡机构，采用伺服电机驱动斜盘转动，采用闭环控制器进行变量控制，具有变量灵活，响应迅速，控制精度高，便于与计算机接口等特点。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种液力平衡式伺服控制变量液压泵，包括斜盘，第一活塞缸，传动机构，编码器，伺服电机，第一压力传感器，斜盘变量泵体，第二压力传感器，第二活塞缸，第一电控比例阀，第二电控比例阀，第三压力传感器，闭环控制器；斜盘变量泵体构成基体部分，其余机构都安装配合于其中，实现泵送功能；液力平衡机构包括第一活塞缸、第二活塞缸和第一电控比例阀、第二电控比例阀，第一活塞缸和第二活塞缸分别连接斜盘的两端，第一活塞缸的控制腔与第一电控比例阀相连，第二活塞缸的控制腔与第二电控比例阀相连；伺服变量机构包括伺服电机和传动机构，传动机构一端连接斜盘，一端通过联轴器连接伺服电机；闭环控制器采集端连接第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和编码器，闭环控制器输出端连接第一电控比例阀、第一电控比例阀的控制端和伺服电机的控制端；第一压力传感器测量第一活塞缸的压力，第二压力传感器测量第二活塞缸的压力，第三压力传感器测量泵出口的压力。
进一步地，第一活塞缸、第二活塞缸、第一电控比例阀和第二电控比例阀构成液力平衡机构；斜盘的两端与第一活塞缸和第二活塞缸相连，第一活塞缸和第二活塞缸分别由第一电控比例阀和第二电控比例阀控制，第一电控比例阀和第二电控比例阀由闭环控制器控制。
进一步地，伺服电机和传动机构构成变量机构；斜盘的一端连接传动机构，传动机构由伺服电机带动，斜盘由伺服电机通过传动机构驱动转动；伺服电机由闭环控制器控制。
进一步地，传动机构可为蜗轮蜗杆传动装置或滚珠丝杠传动装置。
进一步地，闭环控制器是一种基于单片机的控制卡，可采集压力传感器和编码器数据，经过闭环PID算法之后控制伺服电机完成泵变量控制功能。
本发明专利的有益效果是：
1、液力平衡机构使得斜盘转动时所需外力小、响应迅速，动作灵敏；
2、伺服电机用作变量斜盘驱动机构，控制精度高；
3、编码器测得伺服电机转角信号，控制器可据此计算得出泵的实时排量；
4、闭环控制器使得泵的变量方式灵活，控制精度高，且便于与计算机接口；
5、可在低压或者小流量工况下实现准确的压力流量匹配，可借此减少液压系统的能耗。
附图说明
图1为本发明液力平衡式伺服控制变量液压泵的原理图。
图中：1、斜盘，2、第一活塞缸，3、传动机构，4、编码器，5、伺服电机，6、第一压力传感器，7、斜盘变量泵体，8、第二压力传感器，9、第二活塞缸，10、第一电控比例阀，11、第二电控比例阀，12、第三压力传感器，13、闭环控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明。
如附图所示，本发明包括：包括斜盘1，第一活塞缸2，传动机构3，编码器4，伺服电机5，第一压力传感器6，斜盘变量泵体7，第二压力传感器8，第二活塞缸9，第一电控比例阀10，第二电控比例阀11，第三压力传感器12，闭环控制器13；斜盘变量泵体7作为基体，完成泵送功能，其他机构都安装配合于其中；泵的排量由斜盘1倾角决定，斜盘1转动由伺服变量机构带动，变量机构由伺服电机5和传动机构3构成，伺服电机5可正反转，转动角度可由闭环控制器13控制，传动机构3将伺服电机5的角位移转换成直线位移驱动斜盘1转动；斜盘1两端分别连接第一活塞缸2和第二活塞缸4，第一活塞缸2和第二活塞缸4的力差值既可以平衡斜盘1转动过程中遇到的摩擦力和粘性阻力，还可以为变量机构提供辅助力，从而变量机构可以用较小的力带动斜盘1转动，而斜盘1转动的响应速度也更快；第一活塞缸2和第二活塞缸9分别受第一电控比例阀10和第二电控比例阀11控制，第一电控比例阀10和第二电控比例阀11根据闭环控制器13的驱动信号控制进入第一活塞缸2和第二活塞缸9的流量；第一电控比例阀10和第二电控比例阀11的响应速度很快并且控制精度很高，结合闭环控制器13的传感反馈信号和闭环PID算法，可以精确地控制第一活塞缸2和第二活塞缸9给到斜盘1两端的力差值；第一压力传感器6和第二压力传感器8分别采集第一活塞缸2和第二活塞缸9的力，第三压力传感器12采集泵出口的压力，上述三个压力信号反馈给闭环控制器13，编码器4测得伺服电机5的转动信号并反馈给闭环控制器13，闭环控制器13根据编码器4的信号计算出泵的输出流量；闭环控制器13将压力和流量的实时值与预设值比较，得到的差值进入闭环PID算法，进而输出驱动信号控制伺服电机5转动以完成相应工况下所需的变量功能。
本发明的工作过程如下：根据实际工况，由主机系统或者外部控制器经过CAN总线给闭环控制器13设置泵的工作参数如压力、流量、功率等，或者使用闭环控制器13的内部默认值；以恒流量变量为例，泵启动之后，闭环控制器13输出控制信号给第一电控比例阀10和第二电控比例阀11使得第一活塞缸2和第二活塞缸9给到斜盘的力差值与摩擦力和粘性阻力平衡，这个过程中闭环控制器13不断根据预设值比较第一压力传感器6和第二压力传感器8的数值，并调整驱动第一电控比例阀10和第二电控比例阀11的信号，直到力差值与预设阻力值相等为止；闭环控制器13采集编码器4所得角度信号并根据公式计算得到斜盘1转角，再根据公式计算泵的输出流量Q，并将Q与恒流量目标值Q0比较，将所得差值作为闭环PID算法的输入，输出信号驱动伺服电机5转动，如果Q<Q0，则控制伺服电机5驱动斜盘1顺时针转动，倾角增大，泵的输出流量Q增大直至等于Q0,，如果Q>Q0，则控制伺服电机5驱动斜盘1逆时针转动，倾角减小，泵的输出流量Q减小直至等于Q0；在恒流量变量过程中，压力传感器12实时采集泵出口压力反馈给闭环控制器13，闭环控制器13根据这个值保证泵的输出功率和输出压力在额定范围之内。其它变量参数的伺服控制原理，与上述过程类似。

Claims (5)

1.一种液力平衡式伺服控制变量液压泵，其特征在于：包括斜盘(1)、第一活塞缸(2)、传动机构(3)、编码器(4)、伺服电机(5)、第一压力传感器(6)、斜盘变量泵体(7)、第二压力传感器(8)、第二活塞缸(9)、第一电控比例阀(10)、第二电控比例阀(11)、第三压力传感器(12)、闭环控制器(13)；斜盘变量泵体(7)构成基体部分，其余机构都安装配合于其中，实现泵送功能；第一活塞缸(2)和第二活塞缸(9)分别连接斜盘(1)的两端，第一活塞缸(2)的控制腔与第一电控比例阀(10)相连，第二活塞缸(9)的控制腔与第二电控比例阀(11)相连；伺服变量机构包括伺服电机(5)和传动机构(3)，传动机构(3)一端连接斜盘(1)，一端通过联轴器连接伺服电机(5)；闭环控制器(13)采集端连接第一压力传感器(6)、第二压力传感器(8)、第三压力传感器(12)和编码器(4)，闭环控制器(13)输出端连接第一电控比例阀(10)、第一电控比例阀(11)的控制端和伺服电机(5)的控制端；第一压力传感器(6)测量第一活塞缸(2)的压力，第二压力传感器(8)测量第二活塞缸(9)的压力，第三压力传感器(12)测量泵出口的压力。
2.根据权利要求1所述一种液力平衡式伺服控制变量液压泵，其特征在于：第一活塞缸(2)、第二活塞缸(9)、第一电控比例阀(10)和第二电控比例阀(11)构成液力平衡机构；斜盘(1)的两端与第一活塞缸(2)和第二活塞缸(9)相连，第一活塞缸(2)和第二活塞缸(9)分别由第一电控比例阀(10)和第二电控比例阀(11)控制，第一电控比例阀(10)和第二电控比例阀(11)由闭环控制器(13)控制。
3.根据权利要求1所述一种液力平衡式伺服控制变量液压泵，其特征在于：伺服电机(5)和传动机构(3)构成变量机构；斜盘(1)的一端连接传动机构(3)，传动机构(3)由伺服电机(5)带动，斜盘(1)由伺服电机(5)通过传动机构(3)驱动转动；伺服电机(5)由闭环控制器(13)控制。
4.根据权利要求3所述一种液力平衡式伺服控制变量液压泵，其特征在于，所述传动机构(3)可为蜗轮蜗杆传动装置或滚珠丝杠传动装置。
5.根据权利要求1所述一种液力平衡式伺服控制变量液压泵，其特征在于，所述闭环控制器(13)是一种基于单片机的控制卡，可采集压力传感器和编码器数据，经过闭环PID算法之后控制伺服电机(5)完成泵变量控制功能。
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