CN105201940A - 一种基于单边压力反馈的新型液压直驱系统 - Google Patents

Abstract

一种基于单边压力反馈的新型液压直驱系统，属于直驱式容积控制液压系统技术领域，其特征是：用交流伺服电机驱动非对称闭式变量泵来控制非对称液压缸活塞杆的伸出和缩回，利用非对称闭式变量泵对非对称液压缸两腔的流量进行匹配与补偿，来满足在活塞杆伸出和缩回的过程中非对称液压缸有杆腔和无杆腔所需油液流量不相等的要求；通过单边压力反馈增益的引入，来补偿系统的动态特性，非对称液压缸的大小腔分别与梭阀的口与口接通，压力传感器与梭阀的A口相连，在液压缸活塞杆伸出和缩回的过程中始终反馈非对称液压缸活塞一侧的压力信号，这样反馈信号对系统的作用就是非对称的，利用反馈的非对称性来补偿系统本身的非对称性，提高了系统的响应速度和稳定性，实现了系统的流量适应，更能满足现代工艺的要求，更加高效节能，液压系统更加智能化。

Description

一种基于单边压力反馈的新型液压直驱系统

技术领域

本发明属于直驱式容积控制液压系统技术领域，具体涉及一种基于单边压力反馈的新型液压直驱系统。

背景技术

目前，常见的液压传统系统主要有阀控缸系统和泵控缸系统两种，阀控缸系统主要利用换向阀阀芯的换向来控制液压缸活塞杆的动作，具有精度高，响应快的优点，缺点是效率低；泵控缸系统主要采用伺服电机驱动定量泵来控制液压缸活塞杆的动作，具有效率高的优点，但其快速性和精度都较阀控系统低。随着科学技术水平的不断发展和对控制精度要求的不断提高，传统的方法已经不能满足现代工艺的需要，而且在大功率设备中，节能与高效显得尤为重要。本发明采用交流伺服电机驱动非对称闭式变量泵来控制非对称液压缸活塞杆的伸出和缩回，利用非对称闭式变量泵对非对称液压缸两腔的流量进行匹配与补偿，来满足在活塞杆伸出和缩回的过程中非对称液压缸有杆腔和无杆腔所需油液流量不相等的要求；通过单边压力反馈增益的引入来补偿系统的动态特性，非对称液压缸的大小腔分别与梭阀的口与口接通，压力传感器与梭阀的A口相连，在液压缸活塞杆伸出和缩回的过程中始终反馈非对称液压缸活塞一侧的压力信号，这样反馈信号对系统的作用就是非对称的，利用反馈的非对称性来补偿系统本身的非对称性。该发明弥补了传统方法的不足，而且提高了系统的响应速度和稳定性，实现了系统的流量适应，更能满足现代工艺的要求，更加高效节能，液压系统更加智能化。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型液压直驱系统及其控制方法。该发明基于单边压力反馈，以交流伺服电机驱动非对称闭式变量泵取代传统的伺服电机驱动定量泵，通过对单边压力反馈增益的引入，提出了一种新型液压直驱系统，不仅弥补了传统方法的不足，而且提高了系统的响应速度和稳定性，实现了系统的流量适应，更能满足现代工艺的要求，更加高效节能，液压系统更加智能化。

本发明为解决传统液压传统系统的缺点所提出的技术方案是：

如图（1）所示：该液压直驱系统的动力源和控制元件主要是交流伺服电机1和非对称闭式变量泵2；为了提高油液的清洁度和延长液压泵的寿命，使用双向过滤器3.1、3.2；由于主缸是非对称液压缸，为了解决活塞杆伸出和缩回时候的补液问题，用另置的辅助油泵10来补偿；溢流阀5作为系统的安全阀，防止系统过载；防止液压缸在负载冲击力作用下发生返流的现象，液压锁6串联在主回路上，可以保证在系统停机的情况下液压缸活塞杆的位置不变，对系统起到保护作用；为了减小伺服电机对位移传感器的信号干扰，采用内置磁致伸缩位移传感器安装在活塞杆内部。

控制思路如图（1）（2）所示：由主控制器发出指令伺服驱动器，进而驱动交流伺服电动机1旋转，从而控制非对称闭式变量泵2的流量输出和转向输出，利用非对称闭式变量泵2对非对称液压缸两腔的流量进行匹配与补偿，来满足在活塞杆伸出和缩回的过程中非对称液压缸有杆腔和无杆腔所需油液流量不相等的要求，闭式变量液压泵排量的改变通过主控制器给出的指令来驱动变量机构执行；液压缸活塞杆内置磁致伸缩位移传感器，实时反馈液压缸活塞杆的位移，通过比较主控制器给定的位移指令值与实际位移传感器反馈得到的位移信号，形成位移偏差信号，经过D/A转换，输入给伺服驱动器，控制伺服电机1的转速和转向，最终实现非对称液压缸8的伸出和缩回。非对称液压缸由于活塞两侧受压面积不同，引起两个方向上响应速度的差异，最终导致系统的不对称型，影响系统位置控制精度。该发明引入单边压力反馈来补偿系统的动态特性。非对称液压缸的大小腔分别与梭阀7的口与口接通，压力传感器与梭阀的A口相连，在液压缸活塞杆伸出和缩回的过程中始终反馈非对称液压缸活塞一侧的压力信号，这样反馈信号对系统的作用就是非对称的，利用反馈的非对称性来补偿系统本身的非对称性。通过引入单边压力反馈增益，将反馈回来的压力信号作为一种补偿信号，乘以反馈增益后补偿到位置闭环的控制回路中，提高了位置的控制精度和系统的响应速度。

在该发明中，给出了单边压力反馈转换计算方法，公式如下：,

其中，

为单边压力反馈增益；

为在线实时测得液压缸工作时相邻两个时刻之间的位移信号差；

为在线实时测得液压缸工作时相邻两个时刻之间的单边压力信号差；

本发明的优点：

（1）本发明通过伺服变频技术，用交流伺服电机驱动非对称闭式变量泵作为液压系统的动力源，提高了液压直驱系统的自动化程度和控制精度。

（2）本发明实现了系统的流量适应，控制灵活、动态性能好、高效节能，效率最高可达90%,性价比高、便于集成化。

（3）本发明的实现为液压直驱的智能化控制提供了一种新思路。

附图说明

图1为本发明基于单边压力反馈的新型液压直驱系统原理图；

图2为本发明基于单边压力反馈的新型液压直驱系统控制框图。

图中

1——交流伺服电机2——非对称闭式变量泵3.1、3.2——变双向过滤器

4.1、4.2、4.3、4.4——单向阀5——溢流阀

6——液压锁7——梭阀8——非对称液压缸

9——辅助三相异步电机10——辅助油泵11——溢流阀。

具体实施方式

由主控制器发出指令伺服驱动器，进而驱动交流伺服电动机1旋转，从而控制非对称闭式变量泵2的流量输出和转向输出，利用非对称闭式变量泵2对非对称液压缸8两腔的流量进行匹配与补偿，来满足在活塞杆伸出和缩回的过程中非对称液压缸有杆腔和无杆腔所需油液流量不相等的要求，闭式变量液压泵排量的改变通过主控制器给出的指令来驱动变量机构执行；液压缸活塞杆内置磁致伸缩位移传感器，实时反馈液压缸活塞杆的位移，通过比较主控制器给定的位移指令值与实际位移传感器反馈得到的位移信号，形成位移偏差信号，经过D/A转换，输入给伺服驱动器，控制伺服电机1的转速和转向，最终实现非对称液压缸8的伸出和缩回。非对称液压缸由于活塞杆两侧受压面积不同，引起两个方向上响应速度的差异，最终导致系统的不对称型，影响系统位置控制精度。该发明引入单边压力反馈来补偿系统的动态特性没,非对称液压缸的大小腔分别与梭阀7的口与口接通，压力传感器与梭阀的A口相连，在液压缸活塞杆伸出和缩回的过程中始终反馈非对称液压缸活塞一侧的压力信号，这样反馈信号对系统的作用就是非对称的，利用反馈的非对称性来补偿系统本身的非对称性。通过引入压力反馈增益，将反馈回来的压力信号作为一种补偿信号，乘以反馈增益后补偿到位置闭环的控制回路中，提高了位置的控制精度和系统的响应速度。

Claims (2)

1.一种基于单边压力反馈的新型液压直驱系统，其特征是以交流伺服电机驱动变量液压泵来控制非对称液压缸活塞杆的伸出和缩回，利用非对称闭式变量泵对非对称液压缸两腔的流量进行匹配与补偿，来满足在活塞杆伸出和缩回的过程中非对称液压缸有杆腔和无杆腔所需油液流量不相等的要求；通过单边压力反馈增益的引入，来补偿系统的动态特性，非对称液压缸的大小腔分别与梭阀的口与口接通，压力传感器与梭阀的A口相连，在液压缸活塞杆伸出和缩回的过程中始终反馈非对称液压缸活塞一侧的压力信号，这样反馈信号对系统的作用就是非对称的，利用反馈的非对称性来补偿系统本身的非对称性。

2.如权利要求1所述,在该发明中给出了单边压力反馈转换计算方法，公式如下：,

其中，

为单边压力反馈增益；

为在线实时测得液压缸工作时相邻两个时刻之间的位移信号差；

为在线实时测得液压缸工作时相邻两个时刻之间的单边压力信号差。