CN109782690A - 双驱动电液控制式精密进给系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双驱动电液控制式精密进给系统，包括外缸套、变截面缸、塞套、端盖以及主驱动装置、辅驱动装置。主驱动装置包括一体式结构的主压电陶瓷驱动器和主圆环形挡板，主圆环形挡板通过主柔性铰链连接于外缸套和变截面缸；微驱动装置包括一体式结构的辅压电陶瓷驱动器和辅圆形挡板，辅圆形挡板通过辅柔性铰链连接于变截面缸。该进给系统可以实现精确进给位移量，且在微位移条件下，有利于延长柔性铰链结构的使用寿命。本发明还公开了相应的控制方法。

Description

双驱动电液控制式精密进给系统及其控制方法

技术领域

本发明属于精密加工领域，具体涉及一种双驱动电液控制式精密进给系统及其控制方法。

背景技术

随着工业革命的快速发展，在现有的微位移放大结构中，通常会采用柔性铰链结构来实现微位移放大。柔性铰链结构通常包括杠杆、柔性铰链和固定端三个部分，然而，由于柔性铰链结构的各部分在高速运动过程中存在磨损，容易导致放大精度降低，且容易导致柔性铰链结构的使用寿命降低。

此外，由柔性构件变形实现的运动总是受到变形元件强度的限制，导致其：

1)行程有限；

2)存在轴漂与寄生误差；

3)刚度较差；

4)长时间经受应力或高温的柔性构件可能会出现蠕变和应力松弛现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双驱动电液控制式精密进给系统，该进给系统可以实现精确进给位移量，且在微位移条件下，有利于延长柔性铰链结构的使用寿命。还提供了相应的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种双驱动电液控制式精密进给系统，包括外缸套、变截面缸、塞套、端盖以及主驱动装置、辅驱动装置；其中，所述外缸套的一端由所述端盖密封，所述塞套的一端密封，所述塞套的另一端外侧与所述外缸套的另一端滑动密封连接，所述塞套的另一端内侧与所述变截面缸的一端滑动密封连接，所述变截面缸的另一端固定连接于所述端盖；所述变截面缸延伸入所述塞套的一端为开放端，所述辅驱动装置设于所述变截面缸的另一端内侧，所述主驱动装置设于所述变截面缸的另一端外侧；以及

所述主驱动装置包括一体式结构的主压电陶瓷驱动器和主圆环形挡板，所述主圆环形挡板通过主柔性铰链连接于所述外缸套和所述变截面缸；所述微驱动装置包括一体式结构的辅压电陶瓷驱动器和辅圆形挡板，所述辅圆形挡板通过辅柔性铰链连接于所述变截面缸；所述主压电陶瓷驱动器和所述辅压电陶瓷驱动器均固定连接于所述端盖；

所述变截面缸包括大驱动段、放大段和微驱动段，所述微驱动段连接于所述端盖，所述大驱动段的直径大于所述微驱动段的直径，所述放大段的直径由所述大驱动段至所述微驱动段逐渐递减；

所述塞套和所述外缸套分别通过第一开关阀和第二开关阀连接于油箱。

一优选实施例中，所述外缸套内壁上靠近所述塞套处设有总位移传感器。

一优选实施例中，所述外缸套内壁上靠近所述主圆环形挡板处设有主位移传感器，所述端盖内壁上靠近所述辅圆形挡板处设有辅位移传感器。

一优选实施例中，还包括控制器，所述控制器分别电连接于所述主压电陶瓷驱动器、所述辅压电陶瓷驱动器、总位移传感器、主位移传感器和辅位移传感器。

一优选实施例中，所述主驱动装置环绕所述变截面缸。

一优选实施例中，所述端盖设有安装所述辅位移传感器的凸台，所述辅压电陶瓷驱动器环绕所述凸台。

一优选实施例中，所述变截面缸的放大段的侧面呈弧形或者锥形。

根据本发明的另一方面，还提供了一种双驱动电液控制式精密进给系统的控制方法，所述控制方法应用于上述的双驱动电液控制式精密进给系统，所述控制方法包括：

所述控制器预设所述塞套的运动轨迹以及总位移偏差额定值，根据所述总位移传感器的反馈值计算总位移偏差值；其中，

当总位移偏差值大于或等于总位移偏差额定值时，控制所述主压电陶瓷驱动器动作以使所述塞套跟踪预设的运动轨迹；当总位移偏差值小于总位移偏差额定值时，控制所述副压电陶瓷驱动器动作以使所述塞套跟踪预设的运动轨迹；以及，

所述主位移传感器和所述副位移传感器分别向所述控制器反馈位移值以分别修正所述主压电陶瓷驱动器和所述副压电陶瓷驱动器动作。

一优选实施例中，所述塞套的运动轨迹包括直线往复运动轨迹和直线运动至目标点的运动轨迹。

一优选实施例中，所述控制器输出的控制信息为频率可调的脉冲信号。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述的双驱动电液控制式精密进给系统采用主位移(相对而言的大位移)和辅位移(微位移)双驱动模式，集成了主位移驱动模式下的快速大位移驱动，以及辅位移驱动模式下的精确微位移驱动，满足快速位移及精确定位的需求。

2、本发明所述的双驱动电液控制式精密进给系统的采用电液控制闭环位移控制方法，该控制方法可实时反馈位移量，以不断地修正位移控制误差。

附图说明

图1为本发明实施例一种双驱动电液控制式精密进给系统的结构剖视示意图；

图2为图1所示系统的控制测量示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明公开了一种双驱动电液控制式精密进给系统，该进给系统整体呈圆筒式结构，采用双驱动、电液控制式进给结构，包括外缸套1、变截面缸2、塞套3、端盖4以及主驱动装置、辅驱动装置。

外缸套1的一端由端盖4密封，塞套3的一端密封，从而使进给系统内部形成密闭的充满油液的腔室。塞套3的另一端外侧与外缸套1的另一端滑动密封连接，塞套3的另一端内侧与变截面缸2的一端滑动密封连接，该两处的滑动密封配合用以实现塞套3的进给动作，其进给动作的实现，也是相对于变截面缸2的另一端固定连接于端盖4来说的。

变截面缸2延伸入塞套3的一端为开放端，该开放端为塞套3提供实现微位移进给的油液，该油液是由设于变截面缸2的另一端内侧辅驱动装置驱动的。主驱动装置设于变截面缸2的另一端外侧，用于驱动变截面缸2外侧的油液以实现塞套3的大位移进给。

主驱动装置包括一体式结构的主压电陶瓷(压电陶瓷，缩写为PZT)驱动器51和主圆环形挡板52，主圆环形挡板52通过主柔性铰链53连接于外缸套1和变截面缸2；微驱动装置包括一体式结构的辅压电陶瓷驱动器61和辅圆形挡板62，辅圆形挡板62通过辅柔性铰链63连接于变截面缸2；主压电陶瓷驱动器51和辅压电陶瓷驱动器61均固定连接于端盖4。主柔性铰链53和辅柔性铰链63分别用于在主压电陶瓷驱动器51和辅压电陶瓷驱动器61停止工作时，分别将主圆环形挡板52和辅圆形挡板62回复至原始状态。

变截面缸2包括大驱动段、放大段和微驱动段，微驱动段连接于端盖4，大驱动段的直径大于微驱动段的直径，放大段的直径由大驱动段至微驱动段逐渐递减。变截面缸2的不同直径的设计目的在于：

1)油液由小直径的微驱动段内侧腔室流入大直径的大驱动段内侧腔室时，因油液流经的横截面由小变大，使得塞套3的位移相比辅圆形挡板62的位移为缩小；

2)油液由微驱动段外侧腔室流入大驱动段外侧腔室时，因油液流经的横截面由大变小，使得塞套3的位移相比主圆环形挡板52的位移为放大。

一具体实施例中，变截面缸2的放大段的侧面呈弧形或者锥形，以实现不同的放大/缩小倍数。

虽然进给系统的内部腔室为封闭式结构，但为了实现塞套3的直线往复运动(即正负位移运动)，需保持油液的流动连续性，故，塞套3和外缸套1分别通过第一开关阀71和第二开关阀72连接于油箱7。

为了对进给系统进行位移控制，需设置相应的位移传感器，包括：外缸套1内壁上靠近塞套3处设有总位移传感器8；外缸套1内壁上靠近主圆环形挡板52处设有主位移传感器81，端盖4内壁上靠近辅圆形挡板62处设有辅位移传感器82。

以及，进给系统还包括控制器(例如PID控制器)，控制器分别电连接于主压电陶瓷驱动器51、辅压电陶瓷驱动器61、总位移传感器8、主位移传感器81和辅位移传感器82。

一具体实施例中，PID控制器通过PZT驱动控制电路(两路)来驱动控制主压电陶瓷驱动器51和辅压电陶瓷驱动器61。

一具体实施例中，主驱动装置环绕变截面缸2。

一具体实施例中，端盖4设有安装辅位移传感器82的凸台9，辅压电陶瓷驱动器61环绕凸台9。

参照图2，本发明还公开了双驱动电液控制式精密进给系统的控制方法，该控制方法包括：

控制器预设塞套3的运动轨迹以及总位移偏差额定值，根据总位移传感器8的反馈值计算总位移偏差值；其中，

当总位移偏差值大于或等于总位移偏差额定值时，控制主压电陶瓷驱动器51动作以使塞套3跟踪预设的运动轨迹；当总位移偏差值小于总位移偏差额定值时，控制副压电陶瓷驱动器动作以使塞套3跟踪预设的运动轨迹；以及，

主位移传感器81和副位移传感器分别向控制器反馈位移值以分别修正主压电陶瓷驱动器51和副压电陶瓷驱动器动作。

一具体实施例中，塞套3的运动轨迹包括直线往复运动轨迹(对应塞套3的正负位移跟踪控制)和直线运动至目标点的运动轨迹(对应塞套3的精确定位控制)。

一具体实施例中，控制器输出的控制信息为频率可调的脉冲信号。

需要说明的是，塞套3的正负位移动作可以看做是在某一特定频率下的小幅度振动，而塞套3的精确定位则可以看做是以某一目标位置为中心做微小幅度的振动。主驱动装置在塞套3的正负位移动作中起主要作用(快速位移)，而辅驱动装置则在塞套3的精确定位中起主要作用(精确位移)。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (10)

1.一种双驱动电液控制式精密进给系统，其特征在于，包括外缸套、变截面缸、塞套、端盖以及主驱动装置、辅驱动装置；其中，所述外缸套的一端由所述端盖密封，所述塞套的一端密封，所述塞套的另一端外侧与所述外缸套的另一端滑动密封连接，所述塞套的另一端内侧与所述变截面缸的一端滑动密封连接，所述变截面缸的另一端固定连接于所述端盖；所述变截面缸延伸入所述塞套的一端为开放端，所述辅驱动装置设于所述变截面缸的另一端内侧，所述主驱动装置设于所述变截面缸的另一端外侧；以及

所述主驱动装置包括一体式结构的主压电陶瓷驱动器和主圆环形挡板，所述主圆环形挡板通过主柔性铰链连接于所述外缸套和所述变截面缸；所述微驱动装置包括一体式结构的辅压电陶瓷驱动器和辅圆形挡板，所述辅圆形挡板通过辅柔性铰链连接于所述变截面缸；所述主压电陶瓷驱动器和所述辅压电陶瓷驱动器均固定连接于所述端盖；

所述变截面缸包括大驱动段、放大段和微驱动段，所述微驱动段连接于所述端盖，所述大驱动段的直径大于所述微驱动段的直径，所述放大段的直径由所述大驱动段至所述微驱动段逐渐递减；

所述塞套和所述外缸套分别通过第一开关阀和第二开关阀连接于油箱。

2.如权利要求1所述的双驱动电液控制式精密进给系统，其特征在于，所述外缸套内壁上靠近所述塞套处设有总位移传感器。

3.如权利要求2所述的双驱动电液控制式精密进给系统，其特征在于，所述外缸套内壁上靠近所述主圆环形挡板处设有主位移传感器，所述端盖内壁上靠近所述辅圆形挡板处设有辅位移传感器。

4.如权利要求3所述的双驱动电液控制式精密进给系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别电连接于所述主压电陶瓷驱动器、所述辅压电陶瓷驱动器、总位移传感器、主位移传感器和辅位移传感器。

5.如权利要求4所述的双驱动电液控制式精密进给系统，其特征在于，所述主驱动装置环绕所述变截面缸。

6.如权利要求5所述的双驱动电液控制式精密进给系统，其特征在于，所述端盖设有安装所述辅位移传感器的凸台，所述辅压电陶瓷驱动器环绕所述凸台。

7.如权利要求6所述的双驱动电液控制式精密进给系统，其特征在于，所述变截面缸的放大段的侧面呈弧形或者锥形。

8.一种双驱动电液控制式精密进给系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求4-6任一项所述的双驱动电液控制式精密进给系统，所述控制方法包括：

所述控制器预设所述塞套的运动轨迹以及总位移偏差额定值，根据所述总位移传感器的反馈值计算总位移偏差值；其中，

当总位移偏差值大于或等于总位移偏差额定值时，控制所述主压电陶瓷驱动器动作以使所述塞套跟踪预设的运动轨迹；当总位移偏差值小于总位移偏差额定值时，控制所述副压电陶瓷驱动器动作以使所述塞套跟踪预设的运动轨迹；以及，

所述主位移传感器和所述副位移传感器分别向所述控制器反馈位移值以分别修正所述主压电陶瓷驱动器和所述副压电陶瓷驱动器动作。

9.如权利要求8所述的双驱动电液控制式精密进给系统的控制方法，其特征在于，所述塞套的运动轨迹包括直线往复运动轨迹和直线运动至目标点的运动轨迹。

10.如权利要求9所述的双驱动电液控制式精密进给系统的控制方法，其特征在于，所述控制器输出的控制信息为频率可调的脉冲信号。