CN109058190A - 主动负载敏感电动静液作动器的负载敏感度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种主动负载敏感电动静液作动器的负载敏感度的控制方法，主动负载敏感电动静液作动器包括：基于负载压力和跟踪误差输入的模糊控制器，用于设置负载敏感度；该控制方法包括：模糊控制器将负载压力和跟踪误差进行模糊化；以及根据预定的模糊控制规则对模糊化后的负载压力和跟踪误差进行模糊推理，获得负载敏感度。

Description

主动负载敏感电动静液作动器的负载敏感度的控制方法

技术领域

本公开涉及一种主动负载敏感电动静液作动器的负载敏感度的控制方法。

背景技术

电动静液作动器(Electro-Hydraulic Actuator，EHA)是一种高度集成的局部闭式液压系统，是由电机、泵、传动装置、作动器、油箱等组成的一种泵控系统，具有高效性和高可靠性。电动静液作动器涉及机械、电气、液压、热控制等诸多学科。

根据控制方式的不同，电动静液作动器主要分为三种类型：定排量变转速电动静液作动器(EHA-FPVM)、变排量定转速电动静液作动器(EHA-VPFM)和变排量变转速电动静液作动器(EHA-VPVM)。与其他类型相比，EHA-FPVM具有结构简单、可靠性高等一系列优点，所以世界各地的研究人员主要对EHA-FPVM的结构进行了广泛的研究。

由定量泵控制的电动静液作动器动态刚度较高，但发热较严重。在EHA-FPVM的基础上，用负载敏感泵代替原来的定量泵，通过梭阀从液压缸的两个腔得到负载敏感压力，然后使用该压力来推动负载变量泵斜盘的作动器，从而控制变量泵的排量，将该结构称为直接负载敏感电动静液作动器。直接负载敏感电动静液作动器有效降低了发热，但同时也导致了动态刚度降低。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种主动负载敏感电动静液作动器的负载敏感度的控制方法。

根据本公开的一个方面，主动负载敏感电动静液作动器的负载敏感度的控制方法，

其中，主动负载敏感电动静液作动器包括：

基于负载压力和跟踪误差输入的模糊控制器，用于设置负载敏感度；

该控制方法包括：

模糊控制器将负载压力和跟踪误差进行模糊化；以及

根据预定的模糊控制规则对模糊化后的负载压力和跟踪误差进行模糊推理，获得负载敏感度。

根据本公开的至少一个实施方式，根据负载的大小，主动负载敏感电动静液作动器设定不同的模糊控制规则。

根据本公开的至少一个实施方式，

当负载较小时，主动负载敏感电动静液作动器工作在定量泵状态；

当负载较大时，主动负载敏感电动静液作动器工作在直接负载敏感状态；以及

当负载居中时，主动负载敏感电动静液作动器对动态特性需求高的情况下，则工作在定量泵状态，主动负载敏感电动静液作动器对动态特性需求低的情况下，则工作在直接负载敏感状态。

根据本公开的至少一个实施方式，

当负载较小时，主动负载敏感电动静液作动器工作于定量泵状态，设定模糊控制规则使得负载敏感度为第一负载敏感度；

当负载较大时，主动负载敏感电动静液作动器工作于直接负载敏感状态，设定模糊控制规则使得负载敏感度为第二负载敏感度，其中第二负载敏感度大于第一负载敏感度；以及

当负载居中时，设定模糊控制规则使得负载敏感度为第一负载敏感度和第二负载敏感度之间的负载敏感度。

根据本公开的至少一个实施方式，

设定负载压力的取值范围是{P1-P7}，负载压力的值从{P1}范围到{P7}范围逐渐增大；

设定跟踪误差的取值范围是{E1-E7}，跟踪误差的值从{E1}范围到{E7}范围逐渐增大；

当跟踪误差在{E1}范围时，设置负载敏感度为第二负载敏感度；

当跟踪误差在{E7}范围时，设置负载敏感度为第一负载敏感度，其中，当负载压力增大至{P6-P7}范围时，设置负载敏感度为第一负载敏感度和第二负载敏感度之间的负载敏感度。

根据本公开的至少一个实施方式，当跟踪误差在{E1}范围时，主动负载敏感电动静液作动器工作于直接负载敏感状态，模糊控制规则中不考虑负载压力的变化。

根据本公开的至少一个实施方式，主动负载敏感电动静液作动器还包括：

压力随动阀，设置在负载敏感压力点与负载敏感泵的斜盘的作动器之间，用于控制负载敏感压力；以及

根据负载敏感度来控制压力随动阀，使主动负载敏感电动静液作动器根据不同工况改变工作模式。

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是根据本公开的至少一个实施方式的主动负载敏感电动静液作动器的结构示意图。

图2是根据本公开的至少一个实施方式的模糊控制器的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式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方式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，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

定量泵控制的电动静液作动器动态刚度较高，但发热较严重。直接负载敏感电动静液作动器可有效降低发热，但同时也导致了动态刚度降低。而主动负载敏感电动静液作动器则可以综合二者的优点，根据不同工况自适应的选择工作模式，实现减少发热的同时动态不降低的目的。为了实现对负载敏感度的精确控制，本公开提出了一种主动负载敏感电动静液作动器基于负载压力和跟踪误差的模糊负载敏感度的控制策略。

在本公开的一个可选实施方式中，主动负载敏感电动静液作动器包括：压力随动阀，以及基于负载压力和跟踪误差输入的模糊控制器。压力随动阀用于控制负载敏感压力。主动负载敏感电动静液作动器可以自主选择工作模式是通过压力随动阀实现的。

如图1所示，压力随动阀配置在负载敏感压力点与负载敏感泵的斜盘的作动器之间。其中，图1中，P_A为阀出口油压，P_S为阀进口油压，P_T为外部油箱油压。当主动负载敏感电动静液作动器工作在高动态响应状态时，可以通过压力随动阀来控制作用在作为变量机构的负载敏感泵的斜盘的作动器的压力，进而增大变量泵的排量，降低电机的目标转速变化，并进一步增强主动负载敏感电动静液作动器的动态性能。当主动负载敏感电动静液作动器工作在稳定工作状态时，可以通过控制压力随动阀升高单作用缸的入口压力，进而降低变量泵的排量，以及增加电机的转速，降低负载扭矩，并可以进一步提高电机效率并减少由电机产生的热量。

为了实现压力随动阀的精确控制，使用模糊控制方法来控制负载敏感度。在本公开中，可以使用如图2所示的模糊控制器。

如图2所示，由于压力随动阀的控制精度直接影响输出误差，并且模糊控制器的输出可以随负载敏感泵的斜盘的作动器的位置的误差发生变化。因此选择速度跟踪误差和负载压力作为模糊控制器的输入变量。首先，模糊控制器将输入变量模糊化。然后，运用模糊控制规则对模糊化的输入变量进行模糊推理，从而获得类似于主动控制的效果。进一步地，根据模糊推理获得负载敏感度来控制压力随动阀。由于压力随动阀的控制信号是电流，因此，模糊控制器的输出是对电流的控制。

在本公开的一个可选实施方式中，主动负载敏感电动静液作动器可以根据负载的大小设定不同的模糊控制规则。

在本公开的一个可选实施方式中，当负载较小时，主动负载敏感电动静液作动器工作于定量泵状态，设定模糊控制规则使得负载敏感度主要为第一负载敏感度；即负载较小时，在速度跟踪误差的变化范围内，将负载敏感度主要设定为第一负载敏感度。当负载较大时，主动负载敏感电动静液作动器工作于直接负载敏感状态，设定模糊控制规则使得负载敏感度主要为第二负载敏感度，其中第二负载敏感度大于第一负载敏感度。当负载居中时，设定模糊控制规则使得负载敏感度主要为第一负载敏感度和第二负载敏感度之间的负载敏感度。

在本公开的一个可选实施方式中，设定负载压力的取值范围是{P1-P7}，负载压力的值从{P1}范围到{P7}范围逐渐增大。设定速度跟踪误差的取值范围是{E1-E7}，速度跟踪误差的值从{E1}范围到{E7}范围逐渐增大。

接下来，详细说明不同工况下模糊控制器的控制规则。

当负载较小时，主动负载敏感电动静液作动器在FPVM(定排量变转速)状态下工作时，电机的发热量不大，因此主要考虑主动负载敏感电动静液作动器的动态特性，则模糊控制规则设置为：

when P_L＝P1

and if E＝E1 then U＝α1

and if E＝E2 then U＝α50

and if E＝E3-E7 then U＝α0

when P_L＝P2

and if E＝E1 then U＝α1

and if E＝E2 then U＝α75

and if E＝E3 then U＝α25

and if E＝E4-E7 then U＝α0

此时，P_L(负载压力)较小，如果E(速度跟踪误差)较小，则U(负载敏感度)选择较大的敏感度，即第二负载敏感度。如果E(速度跟踪误差)较大，则U(负载敏感度)选择较小的敏感度，即第一负载敏感度。

如下表1中所示，当P_L＝P1时，如果E＝E1则U＝α1，如果E＝E2则U＝α50，如果E＝E3-E7则U＝α0。当P_L＝P2时，如果E＝E1则U＝α1，如果E＝E2则U＝α75，如果E＝E3则U＝α25，如果E＝E4-E7则U＝α0。

当负载较大时，为了减小电机的发热量，主动负载敏感电动静液作动器主要工作在DLS(动态负载均衡)状态，此时主要考虑主动负载敏感电动静液作动器的稳态特性，则模糊控制规则为：

when P_L＝P7

and if E＝E1-E5 then U＝α1

and if E＝E6 then U＝α75

and if E＝E7 then U＝α50

when P_L＝P6

and if E＝E1-E4 then U＝α1

and if E＝E5 then U＝α75

and if E＝E6 then U＝α50

and if E＝E7 then U＝α25

此时，P_L较大，如果E较小，则U选择较大的负载敏感度，如果E较大，则U选择较小的负载敏感度。

如下表1中所示，当P_L＝P6时，如果E＝E1-E4则U＝α1，如果E＝E5则U＝α75，如果E＝E6则U＝α50，如果E＝E7则U＝α25。当P_L＝P7时，如果E＝E1-E5则U＝α1，如果E＝E6则U＝α75，如果E＝E7则U＝α50。

当负载居中时，需要同时兼顾主动负载敏感电动静液作动器的动态特性和电机的发热量。因此主动负载敏感电动静液作动器对动态特性需求高的情况下，工作在FPVM状态。主动负载敏感电动静液作动器对动态特性需求低的情况下，工作在DLS状态，中间处于过渡状态，则模糊控制规则为：

when P_L＝P3

and if E＝E1 then U＝α1

and if E＝E2 then U＝α75

and if E＝E3 then U＝α50

and if E＝E4 then U＝α25

and if E＝E5-E7 then U＝α0

when P_L＝P4

and if E＝E1-E2 then U＝α1

and if E＝E3 then U＝α75

and if E＝E4 then U＝α50

and if E＝E5 then U＝α25

and if E＝E6-E7 then U＝α0

when P_L＝P5

and if E＝E1-E3 then U＝α1

and if E＝E4 then U＝α75

and if E＝E5 then U＝α50

and if E＝E6 then U＝α25

and if E＝E7 then U＝α0

此时，负载压力P_L的值居中，如果E较小，则U选择较大的负载敏感度，如果E较大，则U选择较小的负载敏感度。

如下表1中所示，当P_L＝P3时，如果E＝E1则U＝α1，如果E＝E2则U＝α75，如果E＝E3则U＝α50，如果E＝E4则U＝α25，如果E＝E5-E7则U＝α0。当P_L＝P4时，如果E＝E1-E2则U＝α1，如果E＝E3则U＝α75，如果E＝E4则U＝α50，如果E＝E5则U＝α25，如果E＝E6-E7则U＝α0。当P_L＝P5时，如果E＝E1-E3则U＝α1，如果E＝E4则U＝α75，如果E＝E5则U＝α50，如果E＝E6则U＝α25，如果E＝E7则U＝α0。

表1模糊控制规则表

为了实现在低速大负载状态下，减小电机的发热，控制主动负载敏感电动静液作动器工作在直接负载敏感状态，在模糊控制规则表的{E1-E3，P5-P7}范围内，设置较大的负载敏感度，即α1。为了实现主动负载敏感电动静液作动器在高速小负载状态下，系统具有较高的动态特性，则控制主动负载敏感电动静液作动器工作在定量泵状态，在模糊控制规则表的{E5-E7，P1-P3}范围内，设置较小的负载敏感度，即α0。

模糊控制规则表具有如下功能：当速度跟踪误差在{E1}范围时，负载敏感度为α1，此时系统的跟踪特性较好，或者系统处于稳态状态。因而不管负载压力的大小，主动负载敏感电动静液作动器均工作在直接负载敏感状态。当跟踪误差在{E7}范围时，负载敏感度设置为α0，此时系统以最大的排量工作，具有最高的动态特性。但随着负载压力的增加，电机逐渐趋向以最大的输出功率工作，这样对电机功率的需求较大。因此当负载压力在{P7}范围时，将负载敏感度设置为α50，可减小对电机的要求。在模糊控制规则表中，从左到右，从下向上，从左下角到右上角，负载敏感度趋于逐渐减小的状态。

模糊控制的输入变量和输出变量的隶属函数均选用高斯分布函数。关于模糊控制的其他计算按模糊控制的常规算法计算。

在本公开中，主动负载敏感电动静液作动器基于负载压力和跟踪误差的模糊负载敏感度的控制方法，利用模糊控制器及专门设定的模糊控制规则，仅需提供液压系统的速度同步信号与负载压力信号，就可以控制负载敏感度，并通过调节设置在负载敏感压力点与负载敏感泵的斜盘的作动器之间的压力随动阀，使主动负载敏感电动静液作动器自适应的根据不同工况来调整工作模式。该控制方法可以有效降低液压系统的能耗，在减轻电机发热的同时不会降低动态刚度。

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 (7)

1.一种主动负载敏感电动静液作动器的负载敏感度的控制方法，其特征在于，

所述主动负载敏感电动静液作动器包括：

基于负载压力和跟踪误差输入的模糊控制器，用于设置负载敏感度；

所述控制方法包括：

所述模糊控制器将所述负载压力和所述跟踪误差进行模糊化；以及

根据预定的模糊控制规则对模糊化后的所述负载压力和所述跟踪误差进行模糊推理，获得负载敏感度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据负载的大小，所述主动负载敏感电动静液作动器设定不同的模糊控制规则。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

当负载较小时，所述主动负载敏感电动静液作动器工作在定量泵状态；

当负载较大时，所述主动负载敏感电动静液作动器工作在直接负载敏感状态；以及

当负载居中时，所述主动负载敏感电动静液作动器对动态特性需求高的情况下，则工作在定量泵状态，所述主动负载敏感电动静液作动器对动态特性需求低的情况下，则工作在直接负载敏感状态。

4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，

当负载较小时，所述主动负载敏感电动静液作动器工作于定量泵状态，设定所述模糊控制规则使得所述负载敏感度为第一负载敏感度；

当负载较大时，所述主动负载敏感电动静液作动器工作于直接负载敏感状态，设定所述模糊控制规则使得所述负载敏感度为第二负载敏感度，其中所述第二负载敏感度大于所述第一负载敏感度；以及

当负载居中时，设定所述模糊控制规则使得所述负载敏感度为所述第一负载敏感度和所述第二负载敏感度之间的负载敏感度。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，

设定所述负载压力的取值范围是{P1-P7}，所述负载压力的值从{P1}范围到{P7}范围逐渐增大；

设定所述跟踪误差的取值范围是{E1-E7}，所述跟踪误差的值从{E1}范围到{E7}范围逐渐增大；

当所述跟踪误差在{E1}范围时，设置所述负载敏感度为所述第二负载敏感度；

当所述跟踪误差在{E7}范围时，设置所述负载敏感度为所述第一负载敏感度，其中，当所述负载压力增大至{P6-P7}范围时，设置所述负载敏感度为所述第一负载敏感度和所述第二负载敏感度之间的负载敏感度。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当所述跟踪误差在{E1}范围时，所述主动负载敏感电动静液作动器工作于直接负载敏感状态，所述模糊控制规则中不考虑所述负载压力的变化。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制方法，其特征在于，

所述主动负载敏感电动静液作动器还包括：

压力随动阀，设置在负载敏感压力点与负载敏感泵的斜盘的作动器之间，用于控制负载敏感压力；以及

根据所述负载敏感度来控制所述压力随动阀，使所述主动负载敏感电动静液作动器根据不同工况改变工作模式。