CN106224329B - 一种一体化电动液压伺服系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞行器数字控制电液伺服系统，一种一体化电动液压伺服系统，伺服电池接受到控制激活指令后，电池工作，提供电能到伺服控制驱动器，直流无刷电机接受伺服控制驱动器指令，驱动柱塞泵运转，伺服控制驱动器以能源高压为控制量，通过改变电机转速实时调整柱塞泵输出流量，实现电动液压能源高压闭环控制，达到能源能量管理的目的。油泵运转后，高压油液分成三路：一路流向蓄能器油腔，预贮存高压油液；第二路通向高压安全阀入口，当伺服机构能量控制管理回路出现故障导致高压腔压力升高，高压安全阀开启卸压；第三路通过高压接头提供给四台伺服作动器的供油油路，其流量受伺服阀控制，伺服作动器做功后的低压油经低压油路返回油箱。

Description

一种一体化电动液压伺服系统
技术领域
本发明涉及一种飞行器用数字控制电液伺服系统。
背景技术
电液伺服机构，它由电信号控制，将液压能量转换为机械能输出，工作原理是将控制系统中的伺服放大器输出的信号经伺服阀高倍功率放大并转换为控制流量，驱动作动器活塞位移，使控制对象偏摆，随着活塞位移的同时，与之连接的反馈器或位移传感器将活塞位移的信号反馈至伺服放大器输入端，进行综合比较，构成闭环位置伺服系统。目前比较普遍应用于飞行器空气舵机动弹头采用高速燃气涡轮泵式电液伺服系统，比如美国潘兴II号，伺服系统以自带的固体燃气发生器为初级动力，其中空气舵机动弹头采用的高比功率自校正超高速燃气液电一体化伺服系统，伺服系统由一台高比功率超高速燃气涡轮泵式液压能源及四台三冗余电反馈式电液伺服作动器所组成，其作为初级动力的燃气发生器采用带药柱缠绕玻璃钢壳体的形式，并且伺服作动器和伺服液压源上都集成了微电子伺服控制及测量装置，同时伺服控制策略还采用了电子动压反馈技术。
采用以燃气为初级能源的“燃气—液压”方案的伺服系统存在两大缺点：一是工作时间短；二是不能多次启动。由于初级能源采用固体燃气发生器。伺服系统的工作时间长短取决于固体燃气发生器，而截止到目前，燃气发生器工作时间不超过100秒，因此采用以燃气为初级能源的“燃气—液压”方案伺服系统工作时间小于100秒；同时，固体燃气发生器属于一次性工作产品，因此存在不能多次启动的固有缺陷。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明提出一种一体化电动液压伺服系统，将电液伺服能源高压作为控制量，当负载流量大导致能源高压压力低于设定值时，伺服控制驱动器驱动直流无刷电机－油泵高速运转，补充高压油液；当能源高压压力达到设定值时，伺服控制驱动器控制直流无刷电机－油泵低速运转，维持伺服机构工作需求，以此实现直流无刷电机－油泵单向变频调速，能源压力根据负载需求分档设置的方式进行电液伺服机构能量管理。
(二)技术方案
一种一体化电动液压伺服系统，包括电动液压能源、伺服作动器、伺服控制驱动器，安装于伺服控制舱内；所述电动液压能源采用直流无刷电机驱动油泵提供液压动力，所述伺服控制驱动器通过伺服电缆与液压伺服作动器连接，所述电液伺服能源压力设定固定值，当负载流量大导致能源高压压力低于设定值时，伺服控制驱动器驱动直流无刷电机油泵高速运转，补充高压油液；当能源高压压力达到设定值时，伺服控制作动器控制直流无刷电机油泵低速运转；所述的直流无刷电机转速，根据压力闭环控制算法，计算出电机占空比，由电机控制单元调整电机转速，使系统压力稳定地工作在高压状态，实现电液伺服机构的压力闭环控制；电液伺服能源压力主动段为12MPa，再入段为21Mpa；主动段，能源压力小于11MPa时，电机占空比设为100％，能源压力在11～12MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.45P+5.85，能源压力在12～12.6MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.25P+3.45，能源压力大于12.6MPa时，电机占空比设为30％；再入段，能源压力小于20.5MPa时，电机占空比设为100％，能源压力在20.5～22.5MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.2P+5，能源压力大于22.5MPa时，电机占空比设为50％；维持伺服机构工作需求，实现直流无刷电机－油泵单向变频调速。
进一步地，所述高压油液通过单向阀后分成三路：一路流向蓄能器油腔，给其充压，预贮存高压油液；第二路通向高压安全阀入口，当伺服机构能量控制管理回路出现故障时，导致高压腔压力就会持续升高，高压安全阀开启卸压，以确保高压腔结构安全；第三路通过电动液压能源上的高压接头提供给N台伺服作动器的供油油路，其流量受伺服阀控制，伺服作动器做功后的低压油经低压油路返回油箱。
进一步地，所述伺服控制驱动器与电池连接，通过电连接器接受激活信号，提供电能。
进一步地，所述电池包括电池一和电池二，分别通过电连接接受激活信号，分别在主动段和再入段提供电能。
进一步地，所述的伺服作动器为4台。
进一步地，每个伺服作动器安装两个位移传感器。
工作原理：
本发明一种一体化电动液压伺服机构，伺服电池接受到控制激活指令后，电池工作，提供电能到伺服控制驱动器，直流无刷电机接受伺服控制驱动器指令，驱动柱塞泵运转，伺服控制驱动器以能源高压为控制量，通过改变电机转速实时调整柱塞泵输出流量，实现能源高压闭环控制，达到能源能量管理的目的。
(三)本发明的有益效果：
由于主动段、再入段负载力矩差异较大，根据主动段、再入段设定不同工作压力，通过电机变频调速对能源压力进行闭环控制，保持电动液压能源输出压力恒定，实现能源的能量管理，达到提高能源利用效率、优化系统性能等目的。
伺服系统根据飞行器主动段、再入段功率需求的不同，采用两块不同容量的电池供电，降低了伺服系统的能源消耗及功率需求；在负载功率需求低时，可以通过自动降低液压泵转速及扭矩的方式，减少对初级能源即电池的容量需求；以上能量管理方法，在满足负载使用需求的基础上，降低了对初级能源电池的功率需求，使电动液压伺服系统能长时间工作。
附图说明
图1本发明原理方框图
图2能量管理控制回路图
图3主动段能量管理控制流程图
图4再入段能量管理控制流程图
具体实施方式
除了下面所述的实施例，本发明还可以有其它实施例或以不同方式来实施。因此，应当知道，本发明并不局限于在下面的说明书中所述或在附图中所示的部件的结构的详细情况。当这里只介绍一个实施例时，权利要求并不局限于该实施例。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
如图1所示，
一种一体化电动液压伺服系统，包括电动液压能源、伺服作动器、伺服控制驱动器，安装于伺服控制舱内；伺服电池采用一次激活热电池，包括主动段热电池和再入段热电池；伺服电池通过电连接器接受激活信号，为伺服机构提供直流电源。
其工作过程如下：伺服电池接受到控制激活指令后，电池工作，提供电能到伺服控制驱动器，直流无刷电机接受伺服控制驱动器指令，驱动柱塞泵运转。电动液压能源与四台伺服作动器通过高\低压氟塑料软管及高\低压接头相连接。所述伺服控制驱动器通过伺服电缆与液压伺服作动器连接。
高压油液通过单向阀后分成三路：一路流向蓄能器油腔，给其充压，预贮存高压油液；第二路通向高压安全阀入口，当伺服机构能量控制管理回路出现故障时，导致高压腔压力就会持续升高，高压安全阀开启卸压，以确保高压腔结构安全；第三路通过能源上的高压接头提供给N台伺服作动器的供油油路，其流量受伺服阀控制，伺服作动器做功后的低压油经低压油路返回油箱。
伺服作动器安装两个位移传感器，采用双冗余电反馈方案，按照控制系统的指令，将液压动力变换为驱动力矩，摆动空气舵负载，实现飞行器飞行时的空气动力控制，使飞行器弹体\弹头按预定轨道准确而稳定地飞行。
如图2所示，所述电液伺服能源压力设定固定值，当负载流量大导致能源高压压力低于设定值时，伺服控制驱动器驱动直流无刷电机油泵高速运转，补充高压油液；当能源高压压力达到设定值时，伺服控制作动器控制直流无刷电机油泵低速运转，维持伺服机构工作需求，实现直流无刷电机－油泵单向变频调速。
如图3所示，主动段能量管理控制过程如下：
伺服控制驱动器接收电动液压能源上能源高压传感器、充气压力传感器的信号，经处理后，根据压力闭环控制算法，计算出电机占空比，由电机控制单元调整电机转速，使系统压力稳定地工作在12±1MPa(低工况)。即实现电液伺服机构的压力闭环控制。
主动段电机占空比η与能源压力P控制算法如下：
如上述公式所示，能源压力小于11MPa时，电机占空比设为100％，能源压力在11～12MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.45P+5.85，能源压力在12～12.6MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.25P+3.45，能源压力大于12.6MPa时，电机占空比设为30％。
如图4所示，再入段能量管理控制过程如下：
伺服控制驱动器接收电动液压能源上能源高压传感器、充气压力传感器的信号，经处理后，根据压力闭环控制算法，计算出电机占空比，由电机控制单元调整电机转速，使系统压力稳定地工作在21±1MPa(高工况)。即实现电液伺服机构的压力闭环控制。
再入段电机占空比η与能源压力P控制算法如下：
如上述公式所示，能源压力小于20.5MPa时，电机占空比设为100％，能源压力在20.5～22.5MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.2P+5，能源压力大于22.5MPa时，电机占空比设为50％。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专利技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (6)

1.一种一体化电动液压伺服系统，包括电动液压能源、伺服作动器、伺服控制驱动器，安装于伺服控制舱内；所述电动液压能源采用直流无刷电机驱动油泵，所述伺服控制驱动器通过伺服电缆与液压伺服作动器连接，其特征在于所述电动液压能源压力设定固定值，能源压力低于固定值时，伺服控制驱动器驱动直流无刷电机油泵高速运转，当能源压力达到固定值时，伺服控制驱动器控制直流无刷电机油泵低速运转；所述的直流无刷电机转速，根据压力闭环控制算法，计算出电机占空比，由电机控制单元调整电机转速；电液伺服能源主动段压力为12MPa，再入段压力为21Mpa；主动段，能源压力小于11MPa时，电机占空比设为100％，能源压力在11～12MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.45P+5.85，能源压力在12～12.6MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.25P+3.45，能源压力大于12.6MPa时，电机占空比设为30％；再入段，能源压力小于20.5MPa时，电机占空比设为100％，能源压力在20.5～22.5MPa范围内时，电机占空比η与能源压力P关系为η＝-0.2P+5，能源压力大于22.5MPa时，电机占空比设为50％。
2.如权利要求1所述的一体化电动液压伺服系统，其特征在于所述电动液压能源的高压油液通过单向阀后分成三路：一路流向蓄能器油腔，第二路通向高压安全阀入口，当伺服机构能量控制管理回路出现故障时，高压腔压力就会持续升高，高压安全阀开启卸压，以确保高压腔结构安全，第三路通过电动液压能源上的高压接头提供给N台伺服作动器的供油油路。
3.如权利要求1至2之一所述的一体化电动液压伺服系统，其特征在于所述伺服控制驱动器与电池连接，通过电连接器接受激活信号，提供电能。
4.如权利要求3所述的一体化电动液压伺服系统，其特征在于所述电池包括电池一和电池二，电池一用于主动段，电池二用于再入段。
5.如权利要求1至2之一所述的一体化电动液压伺服系统，其特征在于所述的伺服作动器为2-4台。
6.如权利要求1至2之一所述的一体化电动液压伺服系统，其特征在于每台伺服作动器安装两个位移传感器。
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