CN108412847A - 一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，包括一个液压控制模块、一个位置控制电静液执行模块、一个负载补偿电静液作动模块及一个电气控制模块，所述液压控制模块包括一个复合式液压缸、一个位移传感器及四个第一电磁换向阀，所述位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块均包括两个压力传感器、两个第二电磁换向阀、一个定排量液压泵及一个电机，所述电气控制模块包括两个电机驱动器、一个电源、一个蓄能器及一个控制器。本发明还提供一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器的控制方法，解耦泵速度对负载条件的依赖性，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。

Description

一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器及控制方法

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统，尤其涉及一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器及控制方法。

背景技术

现有阀控系统：发动机-变量泵-多路阀-多执行元件的驱动系统，需要集中油源供油，通过长管路把油液送到各点的执行元件处，管路遍布机器，存在大量沿程损失以及潜在的泄漏。此外，压力油液经过阀口的时候不可避免地会产生大量的节流损失，从而导致系统效率较低。

而电静液伺服作动器，由于伺服电机在驱动的同时，就能实现变速、变向和变转矩来控制执行元件，使得液压回路大为简化，布置灵活，效率较高且节能，但在系统动态特性的快速性，即响应特性方面不如传统系统。

电动静液作动器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，从而驱动液压泵来控制执行元件。由于该系统效率高，布置灵活，因此在大功率液压伺服系统得到广泛应用。

电动静液作动器的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，控制电机的转速转矩，从而带动定量液压泵以变转速旋转，通过改变定量液压泵的输出流量来控制液压缸的输出位移和力矩。蓄能器通过单向阀向低压管道补油，用于补偿定量液压泵和液压缸的泄漏，并保证低压管道有一个恒定的压力值，以防止出现气穴现象和空气渗入系统。安全阀用于防止系统正反两个方向上的压力过高。由于液压泵和液压缸直接相连，在忽略泄漏的情况下输入输出的流量相等，系统的效率较高。

目前市场上的电静液作动器可实现连续或多级变速，但其在变负载的控制性能(如动态性能、位置精度等)有待于进一步提高，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，而提出了一种用于闭环位置控制的新型电静液作动系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，是一种用于闭环位置控制的新型电静液作动系统，一方面满足生产制造中的响应时间、速度等性能要求，另一方面又能实现作动器高精确度的位置控制，通过一种复合杆型双电静液作动器的来解耦泵速度对负载条件的依赖性，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。

本发明的问题之一，是这样实现的：

一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，包括一个液压控制模块、一个位置控制电静液执行模块、一个负载补偿电静液作动模块及一个电气控制模块；

所述液压控制模块包括一个复合式液压缸、一个位移传感器及四个第一电磁换向阀，所述位移传感器安装于复合式液压缸的活塞端部，四个所述第一电磁换向阀的进油口一一对应连接至复合式液压缸的各腔进油口；

所述位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块均包括两个压力传感器、两个第二电磁换向阀、一个定排量液压泵及一个电机，各个所述第二电磁换向阀的出油口通过油路通道对应连接至复合式液压缸的各腔进油口，对应的两个所述第二电磁换向阀的进油口通过液压管道分别连接至一定排量液压泵的两端，所述定排量液压泵的控制端连接至电机，各个所述压力传感器安装于对应的油路通道上；所述位置控制电静液执行模块还包括两个液控单向阀，串联的两个所述液控单向阀的两端分别连接至位置控制电静液执行模块中对应的两个液压管道上；所述负载补偿电静液作动模块还包括两个止回阀，串联的两个所述止回阀的两端分别连接至负载补偿电静液作动模块中对应的两个液压管道上；

所述电气控制模块包括两个电机驱动器、一个电源、一个蓄能器及一个控制器，每个所述电机驱动器分别与电源及对应的电机的控制端连接，所述蓄能器分别与四个第一电磁换向阀的出油口、两个液控单向阀的第一输出端、两个定排量液压泵的泄油口及两个止回阀的第二输出端连接，所述控制器分别与位移传感器、各个压力传感器、各个第一电磁换向阀的电磁线圈、各个第二电磁换向阀的电磁线圈及各个电机驱动器连接。

进一步地，所述位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块均包括两个溢流阀，每两个所述溢流阀分别并联于位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块中对应的两个油路通道之间。

进一步地，所述复合式液压缸包括相互连接的一个单杆式液压缸和一个双杆式液压缸，四个所述第一电磁换向阀的进油口分别与单杆式液压缸的无杆腔、单杆式液压缸的有杆腔、双杆式液压缸的外腔及双杆式液压缸的内腔一一对应连通，所述位置控制电静液执行模块中两个第二电磁换向阀的出油口通过两个油路通道分别与单杆式液压缸的无腔和有腔连通，所述负载补偿电静液作动模块中两个第二电磁换向阀的出油口通过两个油路通道分别与双杆式液压缸的外腔和内腔连通。

进一步地，每个所述液控单向阀均包括一个液控端、一个第一输入端和一个第一输出端，两个所述第一输出端相互连接，两个所述第一输入端对应连接至位置控制电静液执行模块中两个液压管道，一个所述液控单向阀的液控端连接至另一液控单向阀的第一输入端所在的液压管道，两个所述第一输出端与蓄能器连接；

每个所述止回阀均包括一个第二输入端和一个第二输出端，两个所述第二输出端相互连接，两个所述第二输入端对应连接至负载补偿电静液作动模块中两个液压管道，两个所述第二输出端与蓄能器连接。

进一步地，各个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。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器的控制方法，一方面满足生产制造中的响应时间、速度等性能要求，另一方面又能实现作动器高精确度的位置控制。

本发明的问题之二，是这样实现的：

一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器的控制方法，所述控制方法需提供上述的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、用户自行设定所述复合式液压缸所需运动行程的一个设定的停止位置；

步骤2、所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器进行自检，判断其工作状态，若所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器处于正常状态，则进入步骤3；若所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器处于故障状态，则进入步骤6；

步骤3、所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器正常工作时，所述控制器控制四个第二电磁换向阀同时打开且四个第一电磁换向阀同时关闭，进而控制第二电磁换向阀打开相应油路通道；同时所述控制器实时接收位移传感器检测到的位置信号和压力传感器检测到的压力信号；

步骤4、所述控制器根据接收到的位置信号和压力信号来发出对应的控制指令给两个电机驱动器，两个所述电机驱动器根据控制指令来驱动对应电机的启动时间、转速和方向，两个所述电机根据控制指令驱动对应的定排量液压泵，从而驱动位置控制电静液执行模块与负载补偿电静液作动模块工作；

步骤5、所述控制器接收由位移传感器实时检测到的复合式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，判断所述复合式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，所述定排量液压泵停止供油，同时所述控制器控制四个第二电磁换向阀关闭以锁定对应的液压管路，防止发生移位；若否，则进入步骤4；

步骤6、所述控制器判断出现故障的模块，若是所述位置控制电静液执行模块发生故障，则进入步骤7；若是所述负载补偿电静液作动模块发生故障，则进入步骤10；

步骤7、所述位置控制电静液执行模块发生故障时，即通过控制器监控到位置控制电静液执行模块中的两个压力传感器的数值超过阈值时，则所述控制器控制复合式液压缸中单杆式液压缸所对应的两个第一电磁换向阀打开，使单杆式液压缸的无杆腔和有杆腔通过对应的两个第一电磁换向阀直接与蓄能器连接，进而使单杆式液压缸处于浮动状态，停止工作；同时，所述控制器控制复合式液压缸中双杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀打开、单杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀关闭及双杆式液压缸所对应的两个第一电磁换向阀关闭；

步骤8、所述控制器发出控制指令给对应的电机驱动器，所述电机驱动器根据控制指令来驱动负载补偿电静液作动模块中的电机，所述电机根据控制指令驱动对应的定排量液压泵，从而驱动负载补偿电静液作动模块单独工作；

步骤9、所述控制器接收由位移传感器实时检测到的复合式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，判断所述复合式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负载补偿电静液作动模块中的电机停止运行，所述定排量液压泵停止供油，同时所述控制器控制双杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀关闭以锁定对应的液压管路，防止发生移位；若否，则进入步骤8；

步骤10、所述负载补偿电静液作动模块发生故障时，即通过控制器监控到负载补偿电静液作动模块中的两个压力传感器的数值超过阈值时，则所述控制器控制复合式液压缸中双杆式液压缸所对应的两个第一电磁换向阀打开，使双杆式液压缸的外腔和内腔通过对应的两个第一电磁换向阀直接与蓄能器连接，进而使双杆式液压缸处于浮动状态，此时双杆式液压缸的负载补偿功能取消；同时，所述控制器控制复合式液压缸中单杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀打开、双杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀关闭及单杆式液压缸所对应的两个第一电磁换向阀关闭；

步骤11、所述控制器发出控制指令给对应的电机驱动器，所述电机驱动器根据控制指令来驱动位置控制电静液执行模块中的电机，所述电机根据控制指令驱动对应的定排量液压泵，从而驱动位置控制电静液执行模块单独工作；

步骤12、所述控制器接收由位移传感器实时检测到的复合式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，判断所述复合式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位置控制电静液执行模块中的电机停止运行，所述定排量液压泵停止供油，同时所述控制器控制单杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀关闭以锁定对应的液压管路，防止发生移位；若否，则进入步骤11。

进一步地，所述步骤4具体为：

在所述位置控制电静液执行模块中，所述电机驱动器接收到控制指令后，开启电机以控制指令所要求的转速和方向驱动定排量液压泵，使所述定排量液压泵按照设定输出流量和方向给复合式液压缸中单杆式液压缸进行供油，从而驱动位置控制电静液执行模块工作；所述控制器根据设定的停止位置与位移传感器测得的复合式液压缸的活塞当前位置，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，所述定排量液压泵的供油量也按电机的转速不断地在改变；

在所述负载补偿电静液作动模块中，所述电机驱动器接收到控制指令后，开启电机以控制指令的转速和方向驱动定排量液压泵，使所述定排量液压泵按照设定输出流量和方向给复合式液压缸中双杆式液压缸进行供油，从而驱动负载补偿电静液作动模块工作，使得负载补偿电静液作动模块完全专用于补偿外部负载力，其不仅包括外部负载，还包括作用在复合式液压缸的活塞上的惯性力和摩擦力；所述控制器根据设定的停止位置与位移传感器测得的复合式液压缸的活塞当前位置，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，所述定排量液压泵的供油量也按电机的转速不断地在改变。

本发明的优点在于：

1、本发明由液压控制模块、电气控制模块、位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块组成，负载补偿电静液作动模块完全专用于补偿外部负载力，使得用于位置控制的位置控制电静液执行模块可以像无负载一样工作，从而提高位置控制精度和动态性能，实现位置控制与负载控制的无冲击衔接，简化控制过程；

2、本发明的控制器接收位置传感器和压力传感器传回的数据，计算并与预设数据比对，从而发出信号控制电静液执行器的作动配合，实现动态闭环控制，提高系统的可靠性；

3、本发明中当位置控制电静液执行模块发生故障时，其单杆式液压缸进入浮动模式，负载补偿电静液作动模块可以被重新配置为位置控制的作动器；反之，当负载补偿电静液作动模块发生故障时，其双杆液压缸进入浮动模式，位置控制电静液执行模块亦可实现与普通电静液作动器相同的功能，提高了系统的鲁棒性。

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为本发明一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器的结构示意图。

图2为本发明一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器中液控单向阀和止回阀的结构示意图。

图3为本发明一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器的控制方法的执行流程图。

图中标号说明：

1-液压控制模块、11-复合式液压缸、111-单杆式液压缸、112-双杆式液压缸、12-位移传感器、13-第一电磁换向阀；

2-位置控制电静液执行模块、2＇-负载补偿电静液作动模块、21-压力传感器、22-第二电磁换向阀、23-定排量液压泵、24-电机、25-油路通道、26-液压管道、27-液控单向阀、271-液控端、272-第一输入端、273-第一输出端、28-止回阀、281-第二输入端、282-第二输出端、29-溢流阀；

3-电气控制模块、31-电机驱动器、32-电源、33-蓄能器、34-控制器。

具体实施方式

为使得本发明更明显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1和图2所示，本发明的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，包括一个液压控制模块1、一个位置控制电静液执行模块2、一个负载补偿电静液作动模块2＇及一个电气控制模块3；

所述液压控制模块1包括一个复合式液压缸11、一个位移传感器12及四个第一电磁换向阀13，所述位移传感器12安装于复合式液压缸11的活塞端部，四个所述第一电磁换向阀13的进油口一一对应连接至复合式液压缸11的各腔进油口；

所述位置控制电静液执行模块2和负载补偿电静液作动模块2＇均包括两个压力传感器21、两个第二电磁换向阀22、一个定排量液压泵23及一个电机24，各个所述第二电磁换向阀22的出油口通过油路通道25对应连接至复合式液压缸11的各腔进油口，对应的两个所述第二电磁换向阀22的进油口通过液压管道26分别连接至一定排量液压泵23的两端，所述定排量液压泵23的控制端连接至电机24，各个所述压力传感器21安装于对应的油路通道25上；所述位置控制电静液执行模块2还包括两个液控单向阀27，串联的两个所述液控单向阀27的两端分别连接至位置控制电静液执行模块2中对应的两个液压管道26上；所述负载补偿电静液作动模块2＇还包括两个止回阀28，串联的两个所述止回阀28的两端分别连接至负载补偿电静液作动模块2＇中对应的两个液压管道26上；

所述电气控制模块3包括两个电机驱动器31(用于驱动电机的驱动器)、一个电源32、一个蓄能器33及一个控制器34，每个所述电机驱动器31分别与电源32及对应的电机24的控制端连接，所述蓄能器33分别与四个第一电磁换向阀13的出油口、两个液控单向阀27的第一输出端273、两个定排量液压泵23的泄油口及两个止回阀28的第二输出端282连接，所述控制器34分别与位移传感器12、各个压力传感器21、各个第一电磁换向阀13的电磁线圈、各个第二电磁换向阀22的电磁线圈及各个电机驱动器31连接。

其中，为了安全考虑，为保证液压系统压力工作在安全范围内，则有：

所述位置控制电静液执行模块2和负载补偿电静液作动模块2＇均包括两个溢流阀29(即安全阀)，每两个所述溢流阀29分别并联于位置控制电静液执行模块2和负载补偿电静液作动模块2＇中对应的两个油路通道25之间，即其中两个所述溢流阀29并联于位置控制电静液执行模块2中的两个油路通道25之间(每个所述所述溢流阀29的一端安装于位置控制电静液执行模块2中的一个油路通道25中，另一端安装于位置控制电静液执行模块2中的另一个油路通道25中)，另外两个所述溢流阀29并联于负载补偿电静液作动模块2＇中的两个油路通道25之间(每个所述所述溢流阀29的一端安装于负载补偿电静液作动模块2＇中的一个油路通道25中，另一端安装于负载补偿电静液作动模块2＇中的另一个油路通道25中)。

其中，为实现系统的位置控制和负载补偿两大功能，需要复合式液压缸11也存在两个液压缸进行不同的作动，所述复合式液压缸11的结构具体为：

所述复合式液压缸11包括相互连接的一个单杆式液压缸111和一个双杆式液压缸112，四个所述第一电磁换向阀13的进油口分别与单杆式液压缸111的无杆腔、单杆式液压缸111的有杆腔、双杆式液压缸112的外腔及双杆式液压缸112的内腔一一对应连通，所述位置控制电静液执行模块2中两个第二电磁换向阀22的出油口通过两个油路通道25分别与单杆式液压缸111的无腔和有腔连通，所述负载补偿电静液作动模块2＇中两个第二电磁换向阀22的出油口通过两个油路通道25分别与双杆式液压缸112的外腔和内腔连通。

其中，所述液控单向阀27和止回阀28的具体结构连接方式为：

每个所述液控单向阀27均包括一个液控端271、一个第一输入端272和一个第一输出端273，两个所述第一输出端273相互连接，两个所述第一输入端272对应连接至位置控制电静液执行模块2中两个液压管道26，一个所述液控单向阀27的液控端271连接至另一液控单向阀27的第一输入端272所在的液压管道26(液控端271交错设置)，两个所述第一输出端273与蓄能器33连接；每个所述止回阀28均包括一个第二输入端281和一个第二输出端282，两个所述第二输出端282相互连接，两个所述第二输入端281对应连接至负载补偿电静液作动模块2＇中两个液压管道26，两个所述第二输出端282与蓄能器33连接。

具体地，各个所述第一电磁换向阀13和第二电磁换向阀22均为二位二通液压电磁换向阀。

位于所述位置控制电静液执行模块2中的两个压力传感器21是用于检测单杆式液压缸111两腔油路通道25油液压力，位于所述负载补偿电静液作动模块2＇中的两个压力传感器21用于检测双杆式液压缸112两腔油路通道25油液压力，所述位置传感器12用于检测复合式液压缸1的活塞位移；所有传感器的信号输出端通过电缆和控制器34的输入端连接，控制器34通过所有传感器的数据计算并控制与输出端连接的电机驱动器31，进而控制电机24的转速和方向，电机24通过轴驱动定排量液压泵23。电机驱动器31由电源32提供电能来源。

在所述位置控制电静液执行模块2中，定排量液压泵23进出油口一端口通过液压管道26并经第二电磁换向阀22连通至单杆式液压缸111的无杆腔，另一端通过液压管道26并经第二电磁换向阀22连通至单杆式液压缸111的有杆腔。第二电磁换向阀22与定排量液压泵之间的液压管道26并联一套由液控单向阀27串联组成的吸排阀，单杆式液压缸111由于具有非对称的活塞面积，需要实现补油功能，而双杆式液压缸112由于具有对称的活塞面积，因此配备简单的止回阀28(即普通单向阀)，而不是液控单向阀27。通常，只有在定排量液压泵23的吸入侧管路压力低于过渡状态下的蓄能器油压时才自动打开止回阀28。液控单向阀27的液压管路26之间再连通一个蓄能器33，同时定排量液压泵23泄漏的油通过管路回流到蓄能器33，蓄能器33的主要功能是补偿液压回路中的外部漏油.第二电磁换向阀22与复合式液压缸11之间的液压管道26并联溢流阀29，保证液压系统压力工作在安全范围内。

如图3所示，本发明的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器的控制方法，所述控制方法需提供上述的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、用户自行设定所述复合式液压缸11所需运动行程的一个设定的停止位置；

步骤2、所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器进行自检，判断其工作状态，若所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器处于正常状态，则进入步骤3；若所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器处于故障状态，则进入步骤6；

步骤3、所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器正常工作时，所述控制器34控制四个第二电磁换向阀22同时打开且四个第一电磁换向阀13同时关闭，进而控制第二电磁换向阀22打开相应油路通道25；同时所述控制器34实时接收位移传感器12检测到的位置信号和压力传感器21检测到的压力信号；

步骤4、所述控制器34根据接收到的位置信号和压力信号来发出对应的控制指令给两个电机驱动器31，两个所述电机驱动器31根据控制指令来驱动对应电机24的启动时间、转速和方向，两个所述电机24根据控制指令驱动对应的定排量液压泵23，从而驱动位置控制电静液执行模块2与负载补偿电静液作动模块2＇工作；具体为：

在所述位置控制电静液执行模块2中，所述电机驱动器31接收到控制指令后，开启电机24以控制指令所要求的转速和方向驱动定排量液压泵23，使所述定排量液压泵23按照设定输出流量和方向给复合式液压缸11中单杆式液压缸111进行供油，从而驱动位置控制电静液执行模块2工作，所述控制器34根据设定的停止位置与位移传感器12测得的复合式液压缸的活塞当前位置，不断地发出控制指令给电机驱动器31改变其运行频率，随着所述电机驱动器31的运行频率的改变，所述电机24的转速相应的也在改变，所述定排量液压泵23的供油量也按电机24的转速不断地在改变；位置控制电静液执行模块2是用于位置控制的；在位置控制电静液执行模块2和负载补偿电静液作动模块2＇的配合下，使得位置控制的位置控制电静液执行模块2可以像无负载一样工作，来解耦泵速度对负载条件的依赖性，并且可以解决单杆型电静液执行器同时控制负载压力和位置控制的复杂问题，降低控制复杂度提高系统鲁棒性；

在所述负载补偿电静液作动模块2＇中，所述电机驱动器31接收到控制指令后，开启电机24以控制指令的转速和方向驱动定排量液压泵23，使所述定排量液压泵23按照设定输出流量和方向给复合式液压缸11中双杆式液压缸112进行供油，从而驱动负载补偿电静液作动模块2＇工作，使得负载补偿电静液作动模块2＇完全专用于补偿外部负载力，其不仅包括外部负载，还包括作用在复合式液压缸11的活塞上的惯性力和摩擦力；负载补偿电静液作动模块2＇是用于负载补偿；所述控制器34根据设定的停止位置与位移传感器12测得的复合式液压缸的活塞当前位置，不断地发出控制指令给电机驱动器31改变其运行频率，随着所述电机驱动器31的运行频率的改变，所述电机24的转速相应的也在改变，所述定排量液压泵23的供油量也按电机24的转速不断地在改变；

步骤5、所述控制器34接收由位移传感器12实时检测到的复合式液压缸11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，判断所述复合式液压缸11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34控制电机驱动器31来使电机停止运行，所述定排量液压泵23停止供油，同时所述控制器34控制四个第二电磁换向阀22关闭以锁定对应的液压管路26，防止发生移位；若否，则进入步骤4；

步骤6、所述控制器34判断出现故障的模块，若是所述位置控制电静液执行模块2发生故障，则进入步骤7；若是所述负载补偿电静液作动模块2＇发生故障，则进入步骤10；

步骤7、所述位置控制电静液执行模块2发生故障时，即通过控制器34到监控位置控制电静液执行模块2中的两个压力传感器21的数值超过阈值时，则所述控制器34控制复合式液压缸11中单杆式液压缸111所对应的两个第一电磁换向阀12打开，使单杆式液压缸111的无杆腔和有杆腔通过对应的两个第一电磁换向阀12直接与蓄能器33连接，进而使单杆式液压缸111处于浮动状态，停止工作；此时负载补偿电静液作动模块2＇可以被重新配置为位置控制的作动器，其中位置控制的单杆作动器进入浮动状态，实现位移控制的冗余主设计保障紧急情况下的系统安全，提高系统的鲁棒性；同时，所述控制器34控制复合式液压缸11中双杆式液压缸112所对应的两个第二电磁换向阀22打开、单杆式液压缸111所对应的两个第二电磁换向阀22关闭及双杆式液压缸112所对应的两个第一电磁换向阀12关闭；

步骤8、所述控制器34发出控制指令给对应的电机驱动器31，所述电机驱动器31根据控制指令来驱动负载补偿电静液作动模块2＇中的电机24，所述电机24根据控制指令驱动对应的定排量液压泵23，从而驱动负载补偿电静液作动模块2＇单独工作；

步骤9、所述控制器34接收由位移传感器12实时检测到的复合式液压缸11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，判断所述复合式液压缸11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34控制电机驱动器31来使负载补偿电静液作动模块2＇中的电机24停止运行，所述定排量液压泵23停止供油，同时所述控制器34控制双杆式液压缸112所对应的两个第二电磁换向阀22关闭以锁定对应的液压管路26，防止发生移位；若否，则进入步骤8；

步骤10、所述负载补偿电静液作动模块2＇发生故障时，即通过控制器34监控到负载补偿电静液作动模块2＇中的两个压力传感器21的数值超过阈值时，则所述控制器34控制复合式液压缸11中双杆式液压缸112所对应的两个第一电磁换向阀13打开，使双杆式液压缸111的外腔和内腔通过对应的两个第一电磁换向阀13直接与蓄能器33连接，进而使双杆式液压缸112处于浮动状态，此时双杆式液压缸112的负载补偿功能取消，系统功能与普通电静液作动器相同；同时，所述控制器34控制复合式液压缸11中单杆式液压缸111所对应的两个第二电磁换向阀22打开、双杆式液压缸112所对应的两个第二电磁换向阀22关闭及单杆式液压缸111所对应的两个第一电磁换向阀12关闭；

步骤11、所述控制器34发出控制指令给对应的电机驱动器31，所述电机驱动器31根据控制指令来驱动位置控制电静液执行模块2中的电机24，所述电机24根据控制指令驱动对应的定排量液压泵23，从而驱动位置控制电静液执行模块2单独工作；

步骤12、所述控制器34接收由位移传感器12实时检测到的复合式液压缸11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，判断所述复合式液压缸11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34控制电机驱动器31来使位置控制电静液执行模块2中的电机24停止运行，所述定排量液压泵23停止供油，同时所述控制器34控制单杆式液压缸111所对应的两个第二电磁换向阀22关闭以锁定对应的液压管路26，防止发生移位；若否，则进入步骤11。

本发明的优点在于：

1、本发明由液压控制模块、电气控制模块、位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块组成，负载补偿电静液作动模块完全专用于补偿外部负载力，使得用于位置控制的位置控制电静液执行模块可以像无负载一样工作，从而提高位置控制精度和动态性能，实现位置控制与负载控制的无冲击衔接，简化控制过程；

2、本发明的控制器接收位置传感器和压力传感器传回的数据，计算并与预设数据比对，从而发出信号控制电静液执行器的作动配合，实现动态闭环控制，提高系统的可靠性；

3、本发明中当位置控制电静液执行模块发生故障时，其单杆式液压缸进入浮动模式，负载补偿电静液作动模块可以被重新配置为位置控制的作动器；反之，当负载补偿电静液作动模块发生故障时，其双杆液压缸进入浮动模式，位置控制电静液执行模块亦可实现与普通电静液作动器相同的功能，提高了系统的鲁棒性。

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 (7)

1.一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，其特征在于：包括一个液压控制模块、一个位置控制电静液执行模块、一个负载补偿电静液作动模块及一个电气控制模块；

所述液压控制模块包括一个复合式液压缸、一个位移传感器及四个第一电磁换向阀，所述位移传感器安装于复合式液压缸的活塞端部，四个所述第一电磁换向阀的进油口一一对应连接至复合式液压缸的各腔进油口；

所述位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块均包括两个压力传感器、两个第二电磁换向阀、一个定排量液压泵及一个电机，各个所述第二电磁换向阀的出油口通过油路通道对应连接至复合式液压缸的各腔进油口，对应的两个所述第二电磁换向阀的进油口通过液压管道分别连接至一定排量液压泵的两端，所述定排量液压泵的控制端连接至电机，各个所述压力传感器安装于对应的油路通道上；所述位置控制电静液执行模块还包括两个液控单向阀，串联的两个所述液控单向阀的两端分别连接至位置控制电静液执行模块中对应的两个液压管道上；所述负载补偿电静液作动模块还包括两个止回阀，串联的两个所述止回阀的两端分别连接至负载补偿电静液作动模块中对应的两个液压管道上；

所述电气控制模块包括两个电机驱动器、一个电源、一个蓄能器及一个控制器，每个所述电机驱动器分别与电源及对应的电机的控制端连接，所述蓄能器分别与四个第一电磁换向阀的出油口、两个液控单向阀的第一输出端、两个定排量液压泵的泄油口及两个止回阀的第二输出端连接，所述控制器分别与位移传感器、各个压力传感器、各个第一电磁换向阀的电磁线圈、各个第二电磁换向阀的电磁线圈及各个电机驱动器连接。

2.如权利要求1所述的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，其特征在于：所述位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块均包括两个溢流阀，每两个所述溢流阀分别并联于位置控制电静液执行模块和负载补偿电静液作动模块中对应的两个油路通道之间。

3.如权利要求1所述的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，其特征在于：所述复合式液压缸包括相互连接的一个单杆式液压缸和一个双杆式液压缸，四个所述第一电磁换向阀的进油口分别与单杆式液压缸的无杆腔、单杆式液压缸的有杆腔、双杆式液压缸的外腔及双杆式液压缸的内腔一一对应连通，所述位置控制电静液执行模块中两个第二电磁换向阀的出油口通过两个油路通道分别与单杆式液压缸的无腔和有腔连通，所述负载补偿电静液作动模块中两个第二电磁换向阀的出油口通过两个油路通道分别与双杆式液压缸的外腔和内腔连通。

4.如权利要求1所述的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，其特征在于：每个所述液控单向阀均包括一个液控端、一个第一输入端和一个第一输出端，两个所述第一输出端相互连接，两个所述第一输入端对应连接至位置控制电静液执行模块中两个液压管道，一个所述液控单向阀的液控端连接至另一液控单向阀的第一输入端所在的液压管道，两个所述第一输出端与蓄能器连接；

每个所述止回阀均包括一个第二输入端和一个第二输出端，两个所述第二输出端相互连接，两个所述第二输入端对应连接至负载补偿电静液作动模块中两个液压管道，两个所述第二输出端与蓄能器连接。

5.如权利要求1所述的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，其特征在于：各个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。

6.一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器的控制方法，其特征在于：所述控制方法需提供如权利要求1所述的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、用户自行设定所述复合式液压缸所需运动行程的一个设定的停止位置；

步骤2、所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器进行自检，判断其工作状态，若所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器处于正常状态，则进入步骤3；若所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器处于故障状态，则进入步骤6；

步骤3、所述带负载补偿高位置精度的电静液执行器正常工作时，所述控制器控制四个第二电磁换向阀同时打开且四个第一电磁换向阀同时关闭，进而控制第二电磁换向阀打开相应油路通道；同时所述控制器实时接收位移传感器检测到的位置信号和压力传感器检测到的压力信号；

步骤4、所述控制器根据接收到的位置信号和压力信号来发出对应的控制指令给两个电机驱动器，两个所述电机驱动器根据控制指令来驱动对应电机的启动时间、转速和方向，两个所述电机根据控制指令驱动对应的定排量液压泵，从而驱动位置控制电静液执行模块与负载补偿电静液作动模块工作；

步骤5、所述控制器接收由位移传感器实时检测到的复合式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，判断所述复合式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，所述定排量液压泵停止供油，同时所述控制器控制四个第二电磁换向阀关闭以锁定对应的液压管路，防止发生移位；若否，则进入步骤4；

步骤6、所述控制器判断出现故障的模块，若是所述位置控制电静液执行模块发生故障，则进入步骤7；若是所述负载补偿电静液作动模块发生故障，则进入步骤10；

步骤7、所述位置控制电静液执行模块发生故障时，即通过控制器监控到位置控制电静液执行模块中的两个压力传感器的数值超过阈值时，则所述控制器控制复合式液压缸中单杆式液压缸所对应的两个第一电磁换向阀打开，使单杆式液压缸的无杆腔和有杆腔通过对应的两个第一电磁换向阀直接与蓄能器连接，进而使单杆式液压缸处于浮动状态，停止工作；同时，所述控制器控制复合式液压缸中双杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀打开、单杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀关闭及双杆式液压缸所对应的两个第一电磁换向阀关闭；

步骤8、所述控制器发出控制指令给对应的电机驱动器，所述电机驱动器根据控制指令来驱动负载补偿电静液作动模块中的电机，所述电机根据控制指令驱动对应的定排量液压泵，从而驱动负载补偿电静液作动模块单独工作；

步骤9、所述控制器接收由位移传感器实时检测到的复合式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，判断所述复合式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负载补偿电静液作动模块中的电机停止运行，所述定排量液压泵停止供油，同时所述控制器控制双杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀关闭以锁定对应的液压管路，防止发生移位；若否，则进入步骤8；

步骤10、所述负载补偿电静液作动模块发生故障时，即通过控制器监控到负载补偿电静液作动模块中的两个压力传感器的数值超过阈值时，则所述控制器控制复合式液压缸中双杆式液压缸所对应的两个第一电磁换向阀打开，使双杆式液压缸的外腔和内腔通过对应的两个第一电磁换向阀直接与蓄能器连接，进而使双杆式液压缸处于浮动状态，此时双杆式液压缸的负载补偿功能取消；同时，所述控制器控制复合式液压缸中单杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀打开、双杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀关闭及单杆式液压缸所对应的两个第一电磁换向阀关闭；

步骤11、所述控制器发出控制指令给对应的电机驱动器，所述电机驱动器根据控制指令来驱动位置控制电静液执行模块中的电机，所述电机根据控制指令驱动对应的定排量液压泵，从而驱动位置控制电静液执行模块单独工作；

步骤12、所述控制器接收由位移传感器实时检测到的复合式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，判断所述复合式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位置控制电静液执行模块中的电机停止运行，所述定排量液压泵停止供油，同时所述控制器控制单杆式液压缸所对应的两个第二电磁换向阀关闭以锁定对应的液压管路，防止发生移位；若否，则进入步骤11。

7.如权利要求6所述的一种带负载补偿高位置精度的电静液执行器的控制方法，其特征在于：所述步骤4具体为：

在所述位置控制电静液执行模块中，所述电机驱动器接收到控制指令后，开启电机以控制指令所要求的转速和方向驱动定排量液压泵，使所述定排量液压泵按照设定输出流量和方向给复合式液压缸中单杆式液压缸进行供油，从而驱动位置控制电静液执行模块工作；所述控制器根据设定的停止位置与位移传感器测得的复合式液压缸的活塞当前位置，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，所述定排量液压泵的供油量也按电机的转速不断地在改变；

在所述负载补偿电静液作动模块中，所述电机驱动器接收到控制指令后，开启电机以控制指令的转速和方向驱动定排量液压泵，使所述定排量液压泵按照设定输出流量和方向给复合式液压缸中双杆式液压缸进行供油，从而驱动负载补偿电静液作动模块工作，使得负载补偿电静液作动模块完全专用于补偿外部负载力，其不仅包括外部负载，还包括作用在复合式液压缸的活塞上的惯性力和摩擦力；所述控制器根据设定的停止位置与位移传感器测得的复合式液压缸的活塞当前位置，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，所述定排量液压泵的供油量也按电机的转速不断地在改变。