CN109709855A - 一种单向泵双向泵混流定位的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单向泵双向泵混流定位的控制方法，包括如下步骤：1)、按照工艺要求，对执行机构进行位置曲线规划，获取位置指令CmdPos及指令速度CmdVel；2)、指令速度CmdVel作为单向泵SVP控制系统的输入，通过开环增益Ksvp的调节控制单向泵SVP控制系统的输出CMDout(svp)；指令位置CmdPos作为双向泵DSVP控制系统的输入，以执行机构位置实时检测为反馈，计算反馈算法输出CMDoutFB(dsvp)和前馈算法输出CMDoutFF(dsvp)；计算双向泵DSVP控制总输出CMDout(dsvp)；3)、通过CMDout(svp)的开环控制单向泵SVP和CMDout(dsvp)闭环调节双向泵DSVP，单向泵SVP与双向泵DSVP共同驱动油压机，即实现高精度的位置跟踪及定位功能。通过SVP与DSVP组合的方式实现精确定位，不仅能够解决传统阀控高能耗高噪声的缺点，同时又能弥补单向泵无法回调双向泵流量小的不足。

Description

一种单向泵双向泵混流定位的控制方法
技术领域
本发明涉及一种单向泵双向泵混流定位的控制方法。
背景技术
锻压制造领域，高精度定位的需求在液压控制系统中逐年递增，相应的驱动设备及控制方法应运而生，其中，以比例阀或伺服阀为载体的阀控因其频响快的优点被广泛使用，但同时大量的能量浪费及额外的冷却设备也制约了其发展；伺服电机加单向泵(SVP)的泵控形式以其出色的节能降噪的优点逐步得到市场关注，但其单向特性，导致位置超调时需配合换向阀进行回调定位，定位时间长，调试难度较大；而伺服电机加双向泵(DSVP)的泵控形式，则克服了SVP单向缺点，可实现高效，低能耗，高精度的定位要求，是液压系统中高精度定位的一个新的发展方向。
然而目前市场上双向泵排量一般较低，多应用于低速低吨位的锻压设备中，通过DSVP实现高流量高吨位的应用成果相对较少；多泵合流的方式是一种解决方案，但注塑成型等行业中广泛使用的多泵合流的研究一般仅局限于单向泵，且多为压力控制，对位置精度的要求相对较低，如中国专利CN108061029A，名称为：控制多泵系统的方法和系统；CN206690607U，名称为：油压机用的多泵合流伺服控制系统，多描述于压力与流量的控制方法；且目前流行的多泵合流的研究多集中于阈值的优化，通过阈值条件来切换各泵以求达到分配最优，如中国专利CN10278534B，名称为：注塑机多泵合流控制装置及其控制方法，但这势必会引入流量突变的问题，用以实现精确定位工程难度大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单向泵双向泵混流定位的控制方法，解决现有传统阀控定位方案能耗大噪声高、单向泵控无法回调，双向泵流量小的技术问题。
为了实现上述目的，本发明专利技术方案如下：
一种单向泵双向泵混流定位的控制方法，包括如下步骤：
1)、按照工艺要求，对执行机构进行位置曲线规划，获取位置指令CmdPos及指令速度CmdVel；
2)、指令速度CmdVel作为单向泵SVP控制系统的输入，通过开环增益Ksvp的调节控制单向泵SVP控制系统的输出CMDout(svp)；
指令位置CmdPos作为双向泵DSVP控制系统的输入，以执行机构位置实时检测为反馈，设计双向泵DSVP闭环反馈算法，计算反馈算法输出CMDoutFB(dsvp)；并设计双向泵DSVP前馈算法，计算前馈算法输出CMDoutFF(dsvp)；计算双向泵DSVP控制总输出CMDout(dsvp)＝CMDoutFB(dsvp)+CMDoutFF(dsvp)；
3)、通过CMDout(svp)的开环控制单向泵SVP和CMDout(dsvp)闭环调节双向泵DSVP，单向泵SVP与双向泵DSVP共同驱动油压机，即实现高精度的位置跟踪及定位功能。通过SVP与DSVP组合的方式实现精确定位，不仅能够解决传统阀控高能耗高噪声的缺点，同时又能弥补单向泵无法回调双向泵流量小的不足，通过SVP开环调节增益Ksvp及流量分配增益参数K(i)调节各SVP输出，将因SVP开环控制所导致非线性跟踪偏差全部归由DSVP反馈进行调节，具有控制解耦，调试简单的优点，可最终保证SVP与DSVP共同驱动的执行机构良好的跟踪及定位性能。
本申请中所述的控制方法，通过单向泵SVP与双向泵DSVP混流的方式增大流量，并用于位置控制；控制方法上采用单向泵SVP开环，双向泵DSVP闭环的控制策略，实现控制解耦，单向泵SVP开环控制理论是一种前馈控制，以指令速度为输入进行控制输出的调节，不仅能够使SVP流量输出平稳连续，同时也能够一定程度上的保证执行机构的跟踪性能,减轻双向泵DSVP跟踪调节的负担；在对双向泵DSVP闭环算法的设计中，不局限于某一固定形式，实施例中采用的IP控制为目前工业领域广泛应用的算法，也可通过先进智能算法，如模糊，自适应等进一步提高系统鲁棒性及跟踪性能。
进一步改进，采用一个单向泵SVP与一个双向泵DSVP组合的方式，或者多个单向泵SVP与一个双向泵DSVP的组合方式。
进一步改进，当采用多个单向泵SVP与一个双向泵DSVP的组合方式时，按单向泵SVP个数及各单向泵最大排量计算第i个单向泵SVP的流量分配增益参数
其中C(i)为第i组单向泵SVP最大排量，N为单向泵SVP总数；
并分别计算各单向泵SVP控制输CMDout(svp)(i)＝CmdVel*Ksvp(i)*K(i)。
进一步改进，所述步骤1)中，单向泵SVP与双向泵DSVP采用同一规划曲线。
进一步改进，所述双向泵DSVP闭环反馈算法包括PID算法、允许模糊或自适应控制方法中的一种。
本发明采用上述技术方案具有如下明显的技术效果：
本发明所提出的单向泵双向泵混流定位的控制方法，为锻压行业液压设备在大流量高速高精度定位要求场合中提供了一种新的思路与方案，既能避免传统阀控带来的高能耗高噪声的问题，又能解决单向泵控无法回调，双向泵流量低的缺点，控制算法上采用SVP开环，DSVP闭环的控制策略，利用DSVP允许正反调节的特性，设计反馈控制算法，弥补系统存在各种扰动，噪声及非线性部分，即包括被控对象非线性部分也包括因SVP开环控制所引入的非线性部分，具有控制解耦，调试简单，可高速，低能耗，高精度的实现液压设备的定位功能，具有明显的市场应用价值。
附图说明
图1为单SVP与单DSVP混流定位控制的控制框图。
图2为多SVP与单DSVP混流定位控制的控制框图。
图3为SVP与DSVP混流定位控制的控制流程图。
图4为SVP与DSVP混流定位控制实施例的控制框图。
图5为SVP与DSVP混流定位控制实施例指令位置示意图。
图6为SVP与DSVP混流定位控制实施例的指令速度示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为单SVP与单DSVP混流定位控制的控制框图，在连续域内进行描述，CmdPos为位置指令输入，ActPos为执行机构位置反馈，CmdVel为指令速度，由CmdPos微分获得，Ksvp为SVP开环调节增益，与CmdVel获取CMDout(svp)，CMDout(svp)为SVP控制系统的输出，用以驱动SVP进行相应运动；Feedforward为DSVP前馈控制算法，可包括速度前馈、加速度前馈、摩擦补偿等，PID为DSVP反馈控制算法，可包括传统PID算法，也允许模糊，自适应等先进智能控制方法，CMDout(dsvp)为DSVP控制系统输出，用以驱动执行机构进行位置跟踪及定位的调节。
图2为多SVP与单DSVP混流定位控制的控制框图，在连续域内进行描述，其中K(i)为第i个SVP流量分配增益参数，是以各泵最大排量归一化处理的结果。因此，第i个SVP的控制输出CMDout(svp)(i)可由指令速度CmdVel，开环增益参数Ksvp及K(i)相乘获得。
图3为SVP与DSVP混流定位控制的流程图，本发明具体实施步骤可描述如下：
(a)按照工艺要求，对执行机构进行位置曲线规划，获取位置指令CmdPos及指令速度CmdVel；
(b)设计DSVP闭环反馈算法，计算反馈算法输出CMDoutFB(dsvp)；
(c)设计DSVP前馈算法，计算前馈算法输出CMDoutFF(dsvp)；
(d)计算DSVP控制总输出
CMDout(dsvp)＝CMDoutFB(dsvp)+CMDoutFF(dsvp)；
(e)按SVP个数及各泵最大排量计算第i个SVP的流量分配增益参数其中C(i)为第i组SVP最大排量，N为SVP总数；
(f)分别计算各SVP控制输出CMDout(svp)(i)＝CmdVel*Ksvp(i)*K(i)。
结合实施例，并参照图4，图5，图6对本发明进行进一步描述。
实施例中被控对象为高精度伺服油压机，采用单SVP与单DSVP混流定位的控制策略，其中，SVP最大排量为160cc,DSVP最大排量为28cc。参照图4，图5，图6，在离散域内进行描述，CmdPos为位置指令信号，采用5阶位置曲线，上升时间为5s，幅值为1000cts，ActPos为位置反馈信号，位置跟踪误差FolErr＝CmdPos-ActPos，DSVP采用PI反馈，即比例积分控制，比例增益为Kp,积分增益为Ki，反馈控制输出则可表示为CMDoutFB(dsvp)＝FolErr*Kp+FolErrI*Ki，其中FolErrI为位置跟踪误差积分量；前馈采用速度及加速度前馈，Kvff为速度前馈增益，Kaff为加速度前馈增益,前馈控制输出量则可表示为CMDoutFF(dsvp)＝CmdVel*Kvff+CmdAcc*Kaff，其中指令速度CmdVel＝CmdPos-prevCmdPos，prevCmdPos为上一扫描周期指令位置，指令加速度CmdAcc＝CmdVel-prevCmdVel，prevCmdVel为上一扫描周期指令速度；DSVP控制总输出CMDout(dsvp)＝CMDoutFB(dsvp)+CMDoutFF(dsvp)。SVP控制总输出CMDout(svp)＝CmdVel*Ksp*K(0),其中，可见CMDout(svp)与CmdVel成线性关系，由图6可知，SVP可以提供持续光滑无突变的流量控制，最终通过CMDout(svp)的开环控制SVP,CMDout(dsvp)闭环调节DSVP，SVP与DSVP共同驱动油压机即可实现高精度的位置跟踪及定位功能。
本发明所提出的一种单向泵双向泵混流定位的控制方法，通过SVP与DSVP组合的方式实现精确定位，不仅能够解决传统阀控高能耗高噪声的缺点，同时又能弥补单向泵无法回调双向泵流量小的不足，通过SVP开环调节增益Ksvp及流量分配增益参数K(i)调节各SVP输出，将因SVP开环控制所导致非线性跟踪偏差全部归由DSVP反馈进行调节，具有控制解耦，调试简单的优点，可最终保证SVP与DSVP共同驱动的执行机构良好的跟踪及定位性能。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种单向泵双向泵混流定位的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、按照工艺要求，对执行机构进行位置曲线规划，获取位置指令CmdPos及指令速度CmdVel；
2)、指令速度CmdVel作为单向泵SVP控制系统的输入，通过开环增益Ksvp的调节控制单向泵SVP控制系统的输出CMDout(svp)；
指令位置CmdPos作为双向泵DSVP控制系统的输入，以执行机构位置实时检测为反馈，设计双向泵DSVP闭环反馈算法，计算反馈算法输出CMDoutFB(dsvp)；并设计双向泵DSVP前馈算法，计算前馈算法输出CMDoutFF(dsvp)；计算双向泵DSVP控制总输出CMDout(dsvp)＝CMDoutFB(dsvp)+CMDoutFF(dsvp)；
3)、通过CMDout(svp)的开环控制单向泵SVP和CMDout(dsvp)闭环调节双向泵DSVP，单向泵SVP与双向泵DSVP共同驱动油压机，即实现高精度的位置跟踪及定位功能。
2.根据权利要求1所述的单向泵双向泵混流定位的控制方法，其特征在于，采用一个单向泵SVP与一个双向泵DSVP组合的方式，或者多个单向泵SVP与一个双向泵DSVP的组合方式。
3.根据权利要求2所述的单向泵双向泵混流定位的控制方法，其特征在于，当采用多个单向泵SVP与一个双向泵DSVP的组合方式时，按单向泵SVP个数及各单向泵最大排量计算第i个单向泵SVP的流量分配增益参数
其中C(i)为第i组单向泵SVP最大排量，N为单向泵SVP总数；
并分别计算各单向泵SVP控制输CMDout(svp)(i)＝CmdVel*Ksvp(i)*K(i)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的单向泵双向泵混流定位的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，单向泵SVP与双向泵DSVP采用同一规划曲线。
5.根据权利要求4所述的单向泵双向泵混流定位的控制方法，其特征在于，所述双向泵DSVP闭环反馈算法包括PID算法、允许模糊或自适应控制方法中的一种。
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