CN108412826B - 一种双泵并联驱动的电静液作动器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双泵并联驱动的电静液作动器，所述电静液作动器包括一液压缸、一第一电磁换向阀、一第二电磁换向阀、一第一液控单向阀、一第二液控单向阀、一小定排量液压泵、一第一离合器、一电机、一第二离合器、一大定排量液压泵、一蓄能器、一电机驱动器、一电源、一位移传感器及一控制器。本发明还提供一种双泵并联驱动的电静液作动器的控制方法，既能满足生产制造中所需的响应时间、速度等性能要求，又能实现电静液作动器位置的精确控制。

Description

一种双泵并联驱动的电静液作动器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统，尤其涉及一种双泵并联驱动的电静液作动器及其控制方法。

背景技术

目前，按控制形式分类主要存在三大类成熟的液压控制系统：普通控制系统、比例控制系统和伺服控制系统。比例控制系统和伺服控制系统，是一种稳定性好，动态响应快，准确度高的自动化液压控制系统，主要应用于各类中高档液压机械和装置中，但其能效较低，造价高，而且维护困难，对使用环境要求严格。在生产中，很多生产设备的液压控制系统在不太追求其响应时间，速度等性能，但需要对液压控制系统的运行位置进行闭环的自动化控制；而普通的液压控制系统又难以满足这样的控制特性要求，现有的液压控制系统并不能很好的兼顾到此类生产设备的液压系统特性要求。

电静液作动器系统其实质是一个无伺服阀的泵控液压马达或泵控液压缸系统，应用数字控制器对电机实施脉宽调制，从而驱动液压泵。其工作原理为控制器根据控制指令和传感器反馈发出控制信号，控制电机的转速，从而带动定量泵以改变转速，旋转方向，或者通过改变泵的输出流量来控制液压缸的输出位移和力。

伺服电机控制的电静液作动器，因比传统伺服阀具有更好的能效和布置灵活性而受到关注。随着所需功率的提高，伺服电机的尺寸必须相应增大，势必不仅成本增加，而且精度和动态响应降低。为解决现有电静液作动器系统的控制精度，动态性能和负载能力之间的矛盾，无法兼顾；单泵系统对伺服电机性能要求高，自适应性不足，维护成本高等问题，而提出了一种用于位置控制的双泵电静液液压作动系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种双泵并联驱动的电静液作动器，根据伺服控制系统的控制原理，既能满足生产制造中所需的响应时间，速度等性能要求，又能实现电静液作动器位置的精确控制。

本发明的问题之一，是这样实现的：

一种双泵并联驱动的电静液作动器，所述电静液作动器包括一液压缸、一第一电磁换向阀、一第二电磁换向阀、一第一液控单向阀、一第二液控单向阀、一小定排量液压泵、一第一离合器、一电机、一第二离合器、一大定排量液压泵、一蓄能器、一电机驱动器、一电源、一位移传感器及一控制器，所述液压缸的两腔进油口分别与第一电磁换向阀的出油口及第二电磁换向阀的出油口相连，所述第一电磁换向阀的进油口及第二电磁换向阀的进油口分别连接至串联的第一液控单向阀和第二液控单向阀的两端，同时所述第一电磁换向阀的进油口及第二电磁换向阀的进油口还连接至并联的小定排量液压泵和大定排量液压泵的两端，所述大定排量液压泵和小定排量液压泵由电机驱动，所述电机与小定排量液压泵通过第一离合器建立物理连接，所述电机与大定排量液压泵通过第二离合器建立物理连接，所述电机的控制端连接至电机驱动器，所述电机驱动器的电源端连接至电源；所述蓄能器连接至第一液控单向阀和第二液控单向阀之间，并且分别与小定排量液压泵和大定排量液压泵连通；所述位移传感器安装于液压缸的活塞端部，所述控制器分别与位移传感器、第一电磁换向阀的电磁线圈、第二电磁换向阀的电磁线圈、第一离合器、第二离合器和电机驱动器连接。

进一步地，所述第一液控单向阀包括一第一液控端、一第一输入端和一第一输出端，所述第一液控端与第二电磁换向阀的进油口连接，所述第一输入端与第一电磁换向阀的进油口连接，所述第一输出端与蓄能器连接；

所述第二液控单向阀包括一第二液控端、一第二输入端和一第二输出端，所述第二液控端与第一电磁换向阀的进油口连接，所述第二输入端与第二电磁换向阀的进油口连接，所述第二输出端与蓄能器连接。

进一步地，所述第一电磁换向阀和第二电磁换向阀均为二位二通液压电磁换向阀。

进一步地，所述液压缸为差动油缸。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种双泵并联驱动的电静液作动器的控制方法，根据伺服控制系统的控制原理，既能满足生产制造中所需的响应时间，速度等性能要求，又能实现电静液作动器位置的精确控制。

本发明的问题之二，是这样实现的：

一种双泵并联驱动的电静液作动器的控制方法，所述控制方法需提供上述的一种双泵并联驱动的电静液作动器，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、用户自行设定所述液压缸所需运动行程的一个设定的停止位置，并设定所述双泵并联驱动的电静液作动器的工况，即低压大流量的高速工况和高压小流量的低速工况；

步骤2、所述控制器发出控制指令给第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，进而控制第一电磁换向阀和第二电磁换向阀打开相应油路通道；

步骤3、所述控制器根据该设定的停止位置和位移传感器检测到的液压缸的活塞当前位置进行比较，判断出所述双泵并联驱动的电静液作动器应采用的工况，若处于低压大流量的高速工况，则进入步骤4，若处于高压小流量的低速工况，则进入步骤5；

步骤4、所述控制器控制第一离合器分离和第二离合器接合，所述电机只驱动大定排量液压泵工作，进入步骤6；

步骤5、所述控制器控制第二离合器分离和第一离合器接合，所述电机只驱动小定排量液压泵工作，进入步骤6；

步骤6、所述控制器发出控制指令给电机驱动器进而控制电机的转速，并由所述电机带动当前接合的小定排量液压泵或大定排量液压泵按照设定输出流量和方向进行供油；

步骤7、判断所述液压缸的活塞当前位置是否等于设定的停止位置，若是，则所述控制器控制电机驱动器来使电机停止运行，所述小定排量液压泵和大定排量液压泵停止供油，同时所述控制器控制第一电磁换向阀和第二电磁换向阀复位锁定液压缸，防止发生移位；若否，则进入步骤3。

进一步地，所述步骤6具体为：

所述电机在低速时，所述控制器控制第一离合器接合，则所述电机驱动小定排量液压泵，实现高压小流量的低速工况；即所述电机驱动器根据控制器的控制指令以低频率运行，所述电机以低转速带动小定排量液压泵转动，所述小定排量液压泵也以小流量向液压缸供油，所述控制器接收由位移传感器实时检测到的液压缸的活塞当前位置，并不断将设定的停止位置与测得的当前位置进行比较，并且根据比较结果，所述控制器不断地发出控制指令给电机驱动器改变其运行频率，随着所述电机驱动器的运行频率的改变，所述电机的转速相应的也在改变，所述小定排量液压泵的供油量也按电机的转速不断地在改变；所述控制器将位移传感器检测到的液压缸的活塞前位置信号转换为速度值，当液压缸的速度值达到某一设定阈值时，所述控制器控制第一离合器分离，同时所述控制器控制第二离合器平稳接合，所述大定排量液压泵输出流量，实现低压大流量的高速工况。

本发明的优点在于：

1、本发明通过安装两个液压泵(小定排量液压泵和大定排量液压泵)和与其配合的离合器(第一离合器和第二离合器)组成双泵单电机液压驱动系统，通过控制离合器动作控制双泵与调速电机连接，自动选择大小液压泵来控制液压缸的位置与输出力，既能满足生产制造中的快速性要求，又能实现精确定位的自动化要求；

2、与液压比例控制系统和伺服控制系统相比较有造价低，维护方便，对环境要求低等优势，与普通液压控制系统相比，又有自动化程度高，位置控制精度高；

3、可充分利用电机的功率，提高系统的控制精度和动态性能；

4、与常规动力系统相比，效率更高，液压油温升低等优势。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种双泵并联驱动的电静液作动器的结构示意图。

图2为本发明一种双泵并联驱动的电静液作动器的控制方法的执行流程图。

图中标号说明：

1-液压缸、2-第一电磁换向阀、3-第二电磁换向阀、4-第一液控单向阀、41-第一液控端、42-第一输入端、43-第一输出端、5-第二液控单向阀、51-第二液控端、52-第二输入端、53-第二输出端、6-小定排量液压泵、7-第一离合器、8-电机、9-第二离合器、10-大定排量液压泵、11-蓄能器、12-电机驱动器、13-电源、14-位移传感器、15-控制器。

具体实施方式

为使得本发明更浅显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明的一种双泵并联驱动的电静液作动器，所述电静液作动器包括一液压缸1、一第一电磁换向阀2、一第二电磁换向阀3、一第一液控单向阀4、一第二液控单向阀5、一小定排量液压泵6、一第一离合器7、一电机8、一第二离合器9、一大定排量液压泵10、一蓄能器11、一电机驱动器12、一电源13、一位移传感器14及一控制器15，所述第一电磁换向阀2和第二电磁换向阀3均为二位二通液压电磁换向阀，所述液压缸1为差动油缸，其活塞两端的最大容积是不等的，即油缸进出油的油量不等。闭式回路在工作时必须向回路中补油及向回路外排油。在闭式回路中并联一组由第一液控单向阀4、第二液控单向阀5组成的吸排阀，既可解决进出油量不平衡的问题，又可补偿回路中的外漏问题。图1中，黑虚线表示控制管路或者漏泄油管，黑实线表示连接关系。

所述液压缸1的两腔进油口分别与第一电磁换向阀2的出油口及第二电磁换向阀3的出油口相连，所述第一电磁换向阀2的进油口及第二电磁换向阀3的进油口分别连接至串联的第一液控单向阀4和第二液控单向阀5的两端，同时所述第一电磁换向阀2的进油口及第二电磁换向阀3的进油口还连接至并联的小定排量液压泵6和大定排量液压泵10的两端，所述大定排量液压泵10和小定排量液压泵6由电机8驱动，所述电机8与小定排量液压泵6通过第一离合器7建立物理连接，所述电机8与大定排量液压泵10通过第二离合器9建立物理连接，所述电机8的控制端连接至电机驱动器12，所述电机驱动器12的电源端连接至电源13，由电源13为电机驱动器12供电；所述蓄能器11连接至第一液控单向阀4和第二液控单向阀5之间，并且分别与小定排量液压泵6和大定排量液压泵10连通；所述位移传感器14安装于液压缸1的活塞端部；所述控制器15分别与位移传感器14、第一电磁换向阀2的电磁线圈、第二电磁换向阀3的电磁线圈、第一离合器7、第二离合器9和电机驱动器12连接。

其中，所述第一液控单向阀4和所述第二液控单向阀5的具体连接结构为：所述第一液控单向阀4包括一第一液控端41、一第一输入端42和一第一输出端43，所述第一液控端41与第二电磁换向阀3的进油口连接，所述第一输入端42与第一电磁换向阀2的进油口连接，所述第一输出端43与蓄能器11连接；所述第二液控单向阀5包括一第二液控端51、一第二输入端52和一第二输出端53，所述第二液控端51与第一电磁换向阀2的进油口连接，所述第二输入端52与第二电磁换向阀3的进油口连接，所述第二输出端53与蓄能器11连接。

如图2所示，本发明的一种双泵并联驱动的电静液作动器的控制方法，所述控制方法需提供上述的一种双泵并联驱动的电静液作动器，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、用户自行设定所述液压缸1所需运动行程的一个设定的停止位置，并设定所述双泵并联驱动的电静液作动器的工况，即低压大流量的高速工况和高压小流量的低速工况；

步骤2、所述控制器15发出控制指令给第一电磁换向阀2和第二电磁换向阀3，进而控制第一电磁换向阀2和第二电磁换向阀3打开相应油路通道；

步骤3、所述控制器15根据该设定的停止位置和位移传感器14检测到的液压缸1的活塞当前位置进行比较，判断出所述双泵并联驱动的电静液作动器应采用的工况，若处于低压大流量的高速工况，则进入步骤4，若处于高压小流量的低速工况，则进入步骤5；

步骤4、所述控制器15控制第一离合器7分离和第二离合器9接合，所述电机8只驱动大定排量液压泵10工作，进入步骤6；

步骤5、所述控制器15控制第二离合器9分离和第一离合器7接合，所述电机8只驱动小定排量液压泵6工作，进入步骤6；

步骤6、所述控制器15发出控制指令给电机驱动器12进而控制电机8的转速，并由所述电机8带动当前接合的小定排量液压泵6或大定排量液压泵10按照设定输出流量和方向进行供油；具体为：

所述电机8在低速时，所述控制器15控制第一离合器7接合，则所述电机8驱动小定排量液压泵6，实现高压小流量(精确定位)的低速工况；即所述电机驱动器12根据控制器15的控制指令以低频率运行，所述电机8以低转速带动小定排量液压泵6转动，所述小定排量液压泵6也以小流量向液压缸1供油，所述控制器15接收由位移传感器14实时检测到的液压缸1的活塞当前位置，并不断将设定的停止位置与测得的当前位置进行比较，并且根据比较结果，所述控制器15不断地发出控制指令给电机驱动器12改变其运行频率，随着所述电机驱动器12的运行频率的改变，所述电机8的转速相应的也在改变，所述小定排量液压泵6的供油量也按电机8的转速不断地在改变；所述控制器15将位移传感器14检测到的液压缸1的活塞前位置信号转换为速度值(根据输入移位信号，进行微分得到速度)，当液压缸1的速度值达到某一设定阈值(用户根据不同的使用对象，不同的系统自行设定不同的速度阈值)时，所述控制器15控制第一离合器7分离，同时所述控制器15控制第二离合器9平稳接合，所述大定排量液压泵10输出流量，实现低压大流量的高速工况；

步骤7、判断所述液压缸1的活塞当前位置是否等于设定的停止位置，若是，则所述控制器15控制电机驱动器12来使电机8停止运行，所述小定排量液压泵6和大定排量液压泵10停止供油，同时所述控制器15控制第一电磁换向阀2和第二电磁换向阀3复位锁定液压缸，防止发生移位；若否，则进入步骤3。

综上所述，本发明的优点如下：

1、本发明通过安装两个液压泵(小定排量液压泵和大定排量液压泵)和与其配合的离合器(第一离合器和第二离合器)组成双泵单电机液压驱动系统，通过控制离合器动作控制双泵与调速电机连接，自动选择大小液压泵来控制液压缸的位置与输出力，既能满足生产制造中的快速性要求，又能实现精确定位的自动化要求；

2、与液压比例控制系统和伺服控制系统相比较有造价低，维护方便，对环境要求低等优势，与普通液压控制系统相比，又有自动化程度高，位置控制精度高；

3、可充分利用电机的功率，提高系统的控制精度和动态性能；

4、与常规动力系统相比，效率更高，液压油温升低等优势。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种双泵并联驱动的电静液作动器，其特征在于：所述电静液作动器包括一液压缸、一第一电磁换向阀、一第二电磁换向阀、一第一液控单向阀、一第二液控单向阀、一小定排量液压泵、一第一离合器、一电机、一第二离合器、一大定排量液压泵、一蓄能器、一电机驱动器、一电源、一位移传感器及一控制器，所述液压缸的两腔进油口分别与第一电磁换向阀的出油口及第二电磁换向阀的出油口相连，所述第一电磁换向阀的进油口及第二电磁换向阀的进油口分别连接至串联的第一液控单向阀和第二液控单向阀的两端，同时所述第一电磁换向阀的进油口及第二电磁换向阀的进油口还连接至并联的小定排量液压泵和大定排量液压泵的两端，所述大定排量液压泵和小定排量液压泵由电机驱动，所述电机与小定排量液压泵通过第一离合器建立物理连接，所述电机与大定排量液压泵通过第二离合器建立物理连接，所述电机的控制端连接至电机驱动器，所述电机驱动器的电源端连接至电源；所述蓄能器连接至第一液控单向阀和第二液控单向阀之间，并且分别与小定排量液压泵和大定排量液压泵连通；所述位移传感器安装于液压缸的活塞端部，所述控制器分别与位移传感器、第一电磁换向阀的电磁线圈、第二电磁换向阀的电磁线圈、第一离合器、第二离合器和电机驱动器连接；所述第一电磁换向阀和第二电磁换向阀均为二位二通液压电磁换向阀，所述液压缸为差动油缸。

2.如权利要求1所述的一种双泵并联驱动的电静液作动器，其特征在于：所述第一液控单向阀包括一第一液控端、一第一输入端和一第一输出端，所述第一液控端与第二电磁换向阀的进油口连接，所述第一输入端与第一电磁换向阀的进油口连接，所述第一输出端与蓄能器连接；

所述第二液控单向阀包括一第二液控端、一第二输入端和一第二输出端，所述第二液控端与第一电磁换向阀的进油口连接，所述第二输入端与第二电磁换向阀的进油口连接，所述第二输出端与蓄能器连接。

3.一种双泵并联驱动的电静液作动器的控制方法，其特征在于：所述控制方法需提供如权利要求1所述的一种双泵并联驱动的电静液作动器，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、用户自行设定所述液压缸所需运动行程的一个设定的停止位置，并设定所述双泵并联驱动的电静液作动器的工况，即低压大流量的高速工况和高压小流量的低速工况；

步骤2、所述控制器发出控制指令给第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，进而控制第一电磁换向阀和第二电磁换向阀打开相应油路通道；

步骤3、所述控制器根据该设定的停止位置和位移传感器检测到的液压缸的活塞当前位置进行比较，判断出所述双泵并联驱动的电静液作动器应采用的工况，若处于低压大流量的高速工况，则进入步骤4，若处于高压小流量的低速工况，则进入步骤5；

步骤4、所述控制器控制第一离合器分离和第二离合器接合，所述电机只驱动大定排量液压泵工作，进入步骤6；

步骤5、所述控制器控制第二离合器分离和第一离合器接合，所述电机只驱动小定排量液压泵工作，进入步骤6；

步骤6、所述控制器发出控制指令给电机驱动器进而控制电机的转速，并由所述电机带动当前接合的小定排量液压泵或大定排量液压泵按照设定输出流量和方向进行供油；

步骤7、判断所述液压缸的活塞当前位置是否等于设定的停止位置，若是，则所述控制器控制电机驱动器来使电机停止运行，所述小定排量液压泵和大定排量液压泵停止供油，同时所述控制器控制第一电磁换向阀和第二电磁换向阀复位锁定液压缸，防止发生移位；若否，则进入步骤3。

4.如权利要求3所述的一种双泵并联驱动的电静液作动器的控制方法，其特征在于：所述步骤6具体为：

所述电机在低速时，所述控制器控制第一离合器接合，则所述电机驱动小定排量液压泵，实现高压小流量的低速工况；即所述电机驱动器根据控制器的控制指令以低频率运行，所述电机以低转速带动小定排量液压泵转动，所述小定排量液压泵也以小流量向液压缸供油，所述控制器接收由位移传感器实时检测到的液压缸的活塞当前位置，并不断将设定的停止位置与测得的当前位置进行比较，并且根据比较结果，所述控制器不断地发出控制指令给电机驱动器改变其运行频率，随着所述电机驱动器的运行频率的改变，所述电机的转速相应的也在改变，所述小定排量液压泵的供油量也按电机的转速不断地在改变；所述控制器将位移传感器检测到的液压缸的活塞前位置信号转换为速度值，当液压缸的速度值达到某一设定阈值时，所述控制器控制第一离合器分离，同时所述控制器控制第二离合器平稳接合，所述大定排量液压泵输出流量，实现低压大流量的高速工况。