CN108286544B - 节流容积复合控制的航空泵高转速驱动伺服系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供节流容积复合控制的航空泵高转速驱动伺服系统,包括电液伺服阀,变量机构,液压马达,压力传感器,转速传感器,航空柱塞泵和测控系统。其中航空柱塞泵由液压马达直接驱动，通过电液伺服阀调节液压油输入液压马达的流量，通过变量机构调节液压马达的自身排量，测控系统同时对电液伺服阀的开口大小和液压马达的排量两个变量施加控制，实现驱动系统节流容积复合控制，其中基于转速传感器的速度反馈信号，实现驱动系统转速伺服控制，基于压力传感器采集的液压马达的进油口和回油口压差，实现液压马达排量控制，减小伺服阀节流损失，提高能量利用率。
Description
技术领域
本公开涉及机械液压技术领域，尤其涉及一种节流容积复合控制的航空泵高转速驱动伺服系统。
背景技术
机载液压能源系统的主要任务是为飞机各液压子系统提供液压二次能源，航空液压泵作为其中最为关键的基础液压元件，其性能好坏和可靠性寿命指标非常重要，目前机载航空液压泵均采用恒压变量柱塞泵，并具有高速高压的大功率特征，并且在实际应用之前，均需在地面驱动试验台上进行半实物仿真验证，模拟实际航空发动机驱动泵的转速和负载工况。
现有旋转驱动技术中，主要有电马达和液压马达两种驱动方式，同时航空泵地面试验台需要对转速做精确控制，实际应用中，电马达速度控制目前以变频调速控制最为普遍，液压马达转速控制以伺服阀控马达为主，通过传感器采集转速，实现速度的伺服控制，由于模拟实际航空发动机驱动泵转速刚度高，功率大，地面模拟驱动试验普遍采用液压驱动方式，转速伺服控制由伺服阀控液压马达实现。
但是伺服阀控液压马达属于典型的节流调速系统，特别在变负载工况条件下，在伺服阀处节流损失大，导致系统能量利用率低，同时大量的液压能转化为热能，使油液发热，密封失效率升高，降低系统伺服性能。
发明内容
为了解决上述问题，根据本公开，提供了节流容积复合控制的航空泵高转速驱动伺服系统，通过以下技术方案实现。
一方面，本公开提供一种节流容积复合控制的航空泵高转速驱动伺服系统,包括恒压油源,电液伺服阀,变量机构，液压马达和航空柱塞泵；
所述恒压油源向所述液压马达提供液压能；
所述液压马达驱动所述航空柱塞泵；
所述航空柱塞泵向所述驱动伺服系统的负载提供液压能；
所述电液伺服阀调节所述恒压油源向所述液压马达输入的液压油的流量；
所述变量机构调节所述液压马达的排量。
进一步地，所述驱动伺服系统还包括转速传感器，联轴器，第一压力传感器和第二压力传感器；
所述转速传感器配置于所述液压马达和所述航空柱塞泵之间，所述液压马达、所述转速传感器和所述航空柱塞泵由所述联轴器连接；
所述第一压力传感器和第二压力传感器分别并联于所述液压马达的进油口和回油口。
进一步地，所述驱动伺服系统还包括测控系统；
所述测控系统采集所述恒压油源的压力，并对电液伺服阀处压差进行监控；
所述测控系统生成控制信号，来控制所述负载的大小。
进一步地，所述测控系统基于所述转速传感器的速度反馈信号，生成对所述电液伺服阀的控制信号，实现驱动伺服系统转速伺服控制；
所述测控系统基于所述第一压力传感器和第二压力传感器采集的液压马达的进油口和回油口的压力差，生成对变量机构的控制信号，实现所述液压马达的排量控制；
所述测控系统能够同时对电液伺服阀的开口大小和液压马达的排量两个变量施加控制，实现驱动伺服系统节流容积复合控制。
另一方面，本公开提供一种航空泵高转速驱动伺服系统的节流容积复合控制方法，其使用上述驱动伺服系统，包括以下步骤：
S1所述恒压油源向所述液压马达提供液压能；
S2所述液压马达驱动所述航空柱塞泵；所述航空柱塞泵向所述驱动伺服系统的负载提供液压能；
S3所述测控系统采集所述恒压油源的压力，并对电液伺服阀处压差进行监控；所述测控系统生成控制信号，来控制所述负载的大小；
S4所述测控系统基于所述转速传感器的速度反馈信号，生成对所述电液伺服阀的控制信号，通过所述电液伺服阀调节所述恒压油源向所述液压马达输入的液压油的流量,实现驱动伺服系统转速伺服控制；
S5所述测控系统基于所述第一压力传感器和所述第二压力传感器采集的所述液压马达的进油口和回油口的压力差，生成对所述变量机构的控制信号，通过所述变量机构调节所述液压马达的排量,实现所述液压马达的排量控制；
S6所述测控系统能够同时对所述电液伺服阀的开口大小和液压马达的排量两个变量施加控制，实现驱动伺服系统节流容积复合控制。
本公开的有益效果：
与现有技术相比，本公开的航空柱塞泵由液压马达直接高速驱动，结构紧凑，采用节流容积复合控制策略，兼备节流控制在响应速度和容积控制在能量效率方面的优势，在实现驱动转速控制的前提下，通过检测马达两腔压力差，以压差为基准生成变量机构的控制信号，调节马达排量使驱动系统适应不同负载，减少了伺服阀处的压降，降低了节流损失，提高了能量利用率。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开具体实施方式的节流容积复合控制的航空泵高转速驱动伺服系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
如图1所示，本具体实施方式的节流容积复合控制的航空泵高转速驱动伺服系统,包括恒压油源1,电液伺服阀2,变量机构3，液压马达4和航空柱塞泵7；
所述恒压油源1向所述液压马达4提供液压能；
所述液压马达4驱动所述航空柱塞泵7；
所述航空柱塞泵7向所述驱动伺服系统的负载8提供液压能；
所述电液伺服阀2调节所述恒压油源1向所述液压马达4输入的液压油的流量；
所述变量机构3调节所述液压马达4的排量。
其中，所述驱动伺服系统还包括转速传感器6，联轴器10，第一压力传感器5和第二压力传感器11；
所述转速传感器6配置于所述液压马达4和所述航空柱塞泵7之间，所述液压马达4、所述转速传感器6和所述航空柱塞泵7由所述联轴器10连接；
所述第一压力传感器5和第二压力传感器11分别并联于所述液压马达4的进油口A和回油口B。
其中，所述驱动伺服系统还包括测控系统12；
所述测控系统12采集所述恒压油源1的压力，并对电液伺服阀2处压差进行监控；
所述测控系统12生成控制信号，来控制所述负载8的大小。
其中，所述测控系统12基于所述转速传感器6的速度反馈信号，生成对所述电液伺服阀2的控制信号，实现驱动伺服系统转速伺服控制；
所述测控系统12基于所述第一压力传感器5和第二压力传感器11采集的液压马达4的进油口A和回油口B的压力差，生成对变量机构3的控制信号，实现所述液压马达4的排量控制；
所述测控系统12能够同时对电液伺服阀2的开口大小和液压马达4的排量两个变量施加控制，实现驱动伺服系统节流容积复合控制。
本具体实施方式的航空泵高转速驱动伺服系统的节流容积复合控制方法，包括以下步骤：
其使用上述驱动伺服系统，包括以下步骤：
S1所述恒压油源1向所述液压马达4提供液压能；
S2所述液压马达4驱动所述航空柱塞泵7；所述航空柱塞泵7向驱动伺服系统的负载8提供液压能；
S3所述测控系统12采集所述恒压油源1的压力，并对电液伺服阀2处压差进行监控；所述测控系统12生成控制信号，来控制所述负载8的大小；
S4所述测控系统12基于所述转速传感器6的速度反馈信号，生成对所述电液伺服阀2的控制信号，通过所述电液伺服阀2调节所述恒压油源1向所述液压马达4输入的液压油的流量,实现驱动伺服系统转速伺服控制；
S5所述测控系统12基于所述第一压力传感器5和所述第二压力传感器11采集的所述液压马达4的进油口和回油口的压力差，生成对所述变量机构3的控制信号，通过所述变量机构3调节所述液压马达4的排量,实现所述液压马达4的排量控制；
S6所述测控系统12能够同时对所述电液伺服阀2的开口大小和液压马达4的排量两个变量施加控制，实现驱动伺服系统节流容积复合控制。
更详细的，如图1所示，恒压油源1包括高压口P和回油口T；电液伺服阀2包括进油口P和回油口T；电液伺服阀2包括第一油口A和第二油口B。恒压油源1的高压口P和电液伺服阀2的进油口P连通，恒压油源1的回油口T和电液伺服阀2的回油口T连通，电液伺服阀2的第一油口A和液压马达4的进油口A连通，电液伺服阀2的第二油口B和液压马达4的回油口B连通。航空柱塞泵7的吸油口T和油箱9连通，航空柱塞泵7从油箱9中吸入油液，由高压口P排出流向负载8，最后油液从负载8出口流回油箱9，实现油液的闭式循环。
压力传感器5和压力传感器11采集到的液压马达4的进油口A和回油口B的两腔压力分别为PA和PB，两腔压力差为PS＝(PA-PB)；
驱动伺服系统中航空柱塞泵7为恒压变量柱塞泵，其所需的驱动功率根据负载8在实时变化，则PA和PB的压力同样在随负载变化而变化。
液压马达4的最大排量由驱动伺服系统最大负载功率匹配计算，且液压马达4初始状态为最大排量，当驱动伺服系统负载8较大时，航空柱塞泵7所需驱动功率大，此时液压马达4进油口A和回油口B两腔压力差PS大，同时为了实现高速驱动，液压马达4需要较大的输入流量，此时电液伺服阀2的开口较大，则电液伺服阀2的节流口处压差低，节流损失少，能量利用率高。
相反，若驱动伺服系统负载8变小后，航空柱塞泵7所需驱动功率变小，在液压马达4排量不变的情况下，液压马达4的进油口A和回油口B两腔的压力差PS减小，电液伺服阀2两端压差增大，为保证输入至液压马达4的流量相同，驱动转速恒定，则电液伺服阀2的开口变小，此时电液伺服阀2处节流损失增大，能量利用率差，系统发热严重。
本公开通过测控系统12检测液压马达4进油口A和回油口B压力，两腔压力PA和PB的压力差PS＝(PA-PB)，并基于此生成变量机构3的控制信号，具体实施如下：
在测控系统12中，设定液压马达4两腔压差控制阈值为PL；
当PS≥PL时，测控系统12判定驱动伺服系统负载8较大，航空柱塞泵7所需驱动功率大，此时液压马达4进油口A和回油口B两腔压力差PS大，同时为了实现高速驱动，液压马达4需要较大的输入流量，此时电液伺服阀2开口较大，则电液伺服阀2节流口处压差低，节流损失少，能量利用率高。此时，测控系统12输出的变量机构3控制信号为0。
当PS<PL时，测控系统12判定驱动伺服系统负载8变小，航空柱塞泵7所需驱动功率变小，在液压马达4排量不变的情况下，液压马达4进油口A和回油口B两腔的压力差PS减小，电液伺服阀2两端压差增大，为保证输入至液压马达4流量相同，驱动转速恒定，则电液伺服阀2开口变小，此时电液伺服阀2处节流损失增大，能量利用率差，系统发热严重。此时测控系统12以压差PS为基准导出变量机构3控制信号i＝k/PS，调低液压马达4排量，从而使液压马达4进油口A和回油口B两腔的压力差PS回升，电液伺服阀2两端压差降低，流量减小，节流损失进一步降低，能量利用率进一步提升。
通过上述实施方案，测控系统12调节液压马达4排量使驱动伺服系统适应不同负载，使PA和PB的压力差始终维持在阈值PL附近，降低了电液伺服阀2两端的压差，降低节流损失和发热，达到节能的效果。
进一步地，以实际工程普遍采用的21MPa油源压力为例进行说明，恒压油源1压力为21MPa，液压马达4两腔压差控制阈值PL设定为18MPa。
当测控系统检测到PS≥18MPa时，判定驱动伺服系统负载较大，航空柱塞泵7所需驱动功率大，为实现高速驱动，电液伺服阀2开度较大，此时电液伺服阀2节流口处压差仅为1.5MPa，节流损失少，能量利用率高，测控系统12输出的变量机构3控制信号为0。
相反，当测控系统检测到PS<18MPa时，判定驱动伺服系统负载变小，航空柱塞泵7所需驱动功率变小，驱动液压马达4两腔压力差PS减小，此时测控系统12以压差PS为基准导出变量机构3控制信号i＝k/PS，调低液压马达4排量，从而使液压马达4的进油口A和回油口B两腔的压力差PS回升至18MPa附近，使电液伺服阀2处压差仍旧保持低值状态，实现节流损失少，能量利用率高的效果。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (2)
1.节流容积复合控制的航空泵高转速驱动伺服系统,其特征在于，
包括恒压油源(1),电液伺服阀(2),变量机构(3)，液压马达(4)和航空柱塞泵(7)；
所述恒压油源(1)向所述液压马达(4)提供液压能；
所述液压马达(4)驱动所述航空柱塞泵(7)；
所述航空柱塞泵(7)向所述驱动伺服系统的负载(8)提供液压能；
所述电液伺服阀(2)调节所述恒压油源(1)向所述液压马达(4)输入的液压油的流量；
所述变量机构(3)调节所述液压马达(4)的排量；
所述驱动伺服系统还包括转速传感器(6)，联轴器(10)，第一压力传感器(5)和第二压力传感器(11)；
所述转速传感器(6)配置于所述液压马达(4)和所述航空柱塞泵(7)之间，所述液压马达(4)、所述转速传感器(6)和所述航空柱塞泵(7)由所述联轴器(10)连接；
所述第一压力传感器(5)和第二压力传感器(11)分别并联于所述液压马达(4)的进油口(A)和回油口(B)；
所述驱动伺服系统还包括测控系统(12)；
所述测控系统(12)采集所述恒压油源(1)的压力，并对电液伺服阀(2)处压差进行监控；
所述测控系统(12)生成控制信号，来控制所述负载(8)的大小。
2.根据权利要求1所述的驱动伺服系统，其特征在于，所述测控系统(12)基于所述转速传感器(6)的速度反馈信号，生成对所述电液伺服阀(2)的控制信号，实现驱动伺服系统转速伺服控制；
所述测控系统(12)基于所述第一压力传感器(5)和第二压力传感器(11)采集的液压马达(4)的进油口(A)和回油口(B)的压力差，生成对变量机构(3)的控制信号，实现所述液压马达(4)的排量控制；
所述测控系统(12)能够同时对电液伺服阀(2)的开口大小和液压马达(4)的排量两个变量施加控制，实现驱动伺服系统节流容积复合控制。
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