CN112324719A - 一种多余度电静液作动系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多余度电静液作动系统和控制方法，包括两套液压作动装置，两套液压作动装置的油路通过换向阀相连；每套液压作动装置包括电机、双向泵、液压缸和作动杆，所述的电机和双向泵连接，为双向泵提供动力；所述的液压缸通过作动杆分为两个腔体，所述的双向泵通过输油管和液压缸的两个腔体分别相连，作动杆中间设有密封装置，作动杆上端与被控制装置铰接，通过液压缸中两个腔体内的液面高度控制被控制装置的移动。本发明结构简单，控制系统也简单，节省了空间和成本，并且不易出现故障，提高了伺服系统的安全性和经济性，解决了两个作动杆动作相差过大而导致的力纷争问题。

Description

一种多余度电静液作动系统和控制方法
技术领域
本发明属于伺服系统设计技术领域，具体涉及一种多余度电静液作动系统和控制方法。
背景技术
电静液作动系统是伺服系统研究中的一大热点。相对传统液压作动系统，电静液作动系统由维护成本低，可靠性高、且布局灵活的优势，相对电动伺服作动系统有减速比可调范围大、避免卡死可靠性高、容易实现余度控制等优势。如今国外已开始应用单余度电静液伺服系统作为飞行器作动系统或备份作动系统，要实现其在空天飞行器领域的广泛应用，电静液作动系统的余度设计势在必行。而多余度系统则普遍面临力纷争等问题，此问题一般通过设计与优化多余度伺服系统的控制算法进行解决，同步性较差且会导致控制算法与余度切换过程复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多余度电静液作动系统。本发明方案能够解决上述现有技术中存在的问题。
本发明的技术解决方案：
一种多余度电静液作动系统，包括两套液压作动装置，两套液压作动装置的油路通过换向阀相连；每套液压作动装置包括电机、双向泵、液压缸和作动杆，所述的电机和双向泵连接，为双向泵提供动力；所述的液压缸通过作动杆分为两个腔体，所述的双向泵通过输油管和液压缸的两个腔体分别相连，所述的作动杆中间设有密封装置，所述的作动杆上端与被控制装置铰接，通过液压缸中两个腔体内的液面高度控制被控制装置的移动。
进一步的，所述的两个液压缸的下面两个腔体通过换向阀相连或者上面的两个腔体通过换向阀相连。
进一步的，所述的液压作动装置还包括溢流阀，溢流阀通过输油管接入到与液压缸两个腔体连接的油路里。
优选的，所述的溢流阀有两个，按照相反的方向接入到液压作动装置的油路中。
进一步的，所述的液压作动装置还包括开关阀，开关阀通过输油管接入到与液压缸两个腔体连接的油路里。
进一步的，所述的液压作动装置还包括蓄能器，所述的蓄能器通过输油管和双向泵相连。
进一步的，所述的液压作动装置还包括单向阀，单向阀设置在液压缸与双向泵壳体回油口以及蓄能器与双向泵壳体回油口之间，只允许液体从双向泵壳体回油口往外流。
根据第二方面，一种多余度电静液作动系统控制方法，包括以下步骤：
根据舵面动作确定两个作动杆的运动规律；
根据两个作动杆的运动规律，确定对应电机的功率和工作时长；
根据电机的工作状态，确定对应的双向泵的工作状态；
双向泵根据确定的工作状态工作，进行液体在液压缸中不同的腔体中的转移；
通过液压缸中两个腔体的压强不同带动作动杆沿规划好的运动规律运动；
根据作动杆的运动状态确定换向阀的连通状态。
进一步的，若两个作动杆工作正常，则换向阀位于将两个液压作动装置油路连通的状态；若两个作动杆中有一个工作不正常，则换向阀位于将两个液压作动装置油路断开的状态。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明通过换向阀将两个液压作动装置的油路连同，从而将两个液压缸的下面两个腔体连通，从而在一个作动杆运动时，两个液压缸的下面两个腔体的液面有保持液面持平的趋势，从而加快另一个作动杆的动作，从而解决了两个作动杆动作相差过大而导致的力纷争问题；
(2)本发明通过设置一个换向阀巧妙的解决了伺服系统的力纷争问题，结构简单，控制系统也简单，节省了空间和成本，并且不易出现故障，提高了伺服系统的安全性和经济性；
(3)本发明通过设置换向阀和开关阀，在一路液压作动装置出现故障后，换向阀将两个液压作动装置隔离，开关阀将出现故障的液压作动装置的两个腔体导通，从而使正常工作的液压作动装置不受影响，提高了伺服系统的安全性。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例提供的一种多余度电静液作动系统结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的一种多余度电静液作动系统控制方法步骤示意图。
上述附图包含以下附图标记：
11、21为电机；12、22为双向泵；13、13为单向阀；14、24为蓄能器；15、25为溢流阀；16、26为开关阀；7为换向阀；18、28为液压缸；19、29为作动杆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本发明实施例提供一种多余度电静液作动系统，包括两套液压作动装置，两套液压作动装置的油路通过换向阀相连；每套液压作动装置包括电机、双向泵、液压缸和作动杆，所述的电机和双向泵连接，为双向泵提供动力；所述的液压缸通过作动杆分为两个腔体，所述的双向泵通过输油管和液压缸的两个腔体分别相连，作动杆中间设有密封装置，所述的作动杆上端与被控制装置铰接，通过液压缸中两个腔体内的液面高度控制被控制装置的移动。
进一步的在一个实施例中，两个液压缸的下面两个腔体通过换向阀相连或者上面的两个腔体通过换向阀相连。
进一步的在一个实施例中，为了防止油路中液体压力过高，液压作动装置还包括溢流阀，溢流阀通过输油管接入到与液压缸两个腔体连接的油路里。
优选的在一个实施例中，为了防止液压缸每个腔体所在的油路中压力过高，每套液压作动装置中溢流阀有两个，按照相反的方向并联接入到液压作动装置的油路中。
进一步的在一个实施例中，液压作动装置还包括开关阀，开关阀通过输油管接入到与液压缸两个腔体连接的油路里，其在两个液压作动装置正常工作时处于关闭状态，当一个液压作动装置出现异常时，此路的开关阀打开，将液压缸的两个腔体直接连通，使腔体处于自平衡中，不再参与工作。
进一步的在一个实施例中，液压作动装置还包括蓄能器，蓄能器通过输油管和双向泵壳体回油口相连，蓄能器的作用是对双向泵进行补油，防止双向泵吸油时出现气穴与吸空。
进一步的在一个实施例中，液压作动装置还包括单向阀，单向阀设置在两个液压缸与双向泵壳体回油口以及蓄能器与双向泵壳体回油口之间，只允许液体从双向泵壳体回油口往外流。
根据本发明第二个实施例，提供一种多余度电静液作动系统控制方法，包括以下步骤：
步骤一，根据舵面动作确定两个作动杆的运动规律；
步骤二，根据两个作动杆的运动规律，确定对应电机的转向、功率和工作时长；
步骤三，根据电机的工作状态，确定对应的双向泵的工作状态；
步骤四，双向泵根据确定的工作状态工作，进行液体在液压缸中不同的腔体中的转移；
步骤五，通过液压缸中两个腔体的压强不同带动作动杆沿规划好的运动规律运动；
步骤六，根据作动杆的运动状态确定换向阀的连通状态。
在一个实施例中，若两个作动杆工作正常，则换向阀位于将两个液压作动装置油路连通的状态；若两个作动杆中有一个工作不正常，则换向阀位于将两个液压作动装置油路断开的状态。
在一个具体的实施例中，如图1所示，包括两个液压作动装置，液压作动装置1中包括电机11、双向泵12、液压缸18、作动杆19、单向阀13、蓄能器14、溢流阀15和开关阀16；液压作动装置2中包括电机21、双向泵22、液压缸28、作动杆29、单向阀23、蓄能器24、溢流阀25和开关阀26；液压作动装置1和液压作动装置2通过换向阀7连通。
工作原理：每个液压作动装置中点电机按照设计好的规律运动，带动双向泵控制油路中的液体的流动，从而带动液压缸中两个腔体中液面的变化，通过液面的变化带动作动杆运动，控制舵面进行运动。当两个作动杆运动正常时，两个开关阀处于关闭状态，换向阀处于将两个液压作动装置连通的状态，此时两个液压缸的下半部分两个腔体连通，当一个作动杆运动时，通过两个液压缸腔体液面的U管效应，自动对液面进行调整，从而使两个作动杆的动作趋于同时，从而减少舵面受到的力纷争。
综上，本发明提供的多余度电静液作动系统，相比于现有技术至少具有以下优势：
(1)本发明通过换向阀将两个液压作动装置的油路连同，从而将两个液压缸的下面两个腔体连通，从而在一个作动杆运动时，两个液压缸的下面两个腔体的液面有保持液面持平的趋势，从而加快另一个作动杆的动作，从而解决了两个作动杆动作相差过大而导致的力纷争问题；
(2)本发明通过设置一个换向阀巧妙的解决了伺服系统的力纷争问题，结构简单，控制系统也简单，节省了空间和成本，并且不易出现故障，提高了伺服系统的安全性和经济性；
(3)本发明通过设置换向阀和开关阀，在一路液压作动装置出现故障后，换向阀将两个液压作动装置隔离，开关阀将出现故障的液压作动装置的两个腔体导通，从而使正常工作的液压作动装置不受影响，提高了伺服系统的安全性。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多余度电静液作动系统，其特征在于，包括两套液压作动装置，两套液压作动装置的油路通过换向阀相连；每套液压作动装置包括电机、双向泵、液压缸和作动杆，所述的电机和双向泵连接，为双向泵提供动力；所述的液压缸通过作动杆分为两个腔体，所述的双向泵通过输油管和液压缸的两个腔体分别相连，所述的作动杆中间设有密封装置，所述的作动杆上端与被控制装置铰接，通过液压缸中两个腔体内的液面高度控制被控制装置的移动。
2.根据权利要求1所述的一种多余度电静液作动系统，其特征在于，所述的两个液压缸的下面两个腔体通过换向阀相连或者上面的两个腔体通过换向阀相连。
3.根据权利要求2所述的一种多余度电静液作动系统，其特征在于，所述的液压作动装置还包括溢流阀，溢流阀通过输油管接入到与液压缸两个腔体连接的油路里。
4.根据权利要求3所述的一种多余度电静液作动系统，其特征在于，所述的溢流阀有两个，按照相反的方向接入到液压作动装置的油路中。
5.根据权利要求1到4中任一所述的一种多余度电静液作动系统，其特征在于，所述的液压作动装置还包括开关阀，开关阀通过输油管接入到与液压缸两个腔体连接的油路里。
6.根据权利要求5所述的一种多余度电静液作动系统，其特征在于，所述的液压作动装置还包括蓄能器，所述的蓄能器通过输油管和双向泵相连。
7.根据权利要求6所述的一种多余度电静液作动系统，其特征在于，所述的液压作动装置还包括单向阀，单向阀设置在液压缸与双向泵壳体回油口以及蓄能器与双向泵壳体回油口之间，只允许液体从双向泵壳体回油口往外流。
8.如权利要求1-7所述的一种多余度电静液作动系统控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据舵面动作确定两个作动杆的运动规律；
根据两个作动杆的运动规律，确定对应电机的功率和工作时长；
根据电机的工作状态，确定对应的双向泵的工作状态；
双向泵根据确定的工作状态工作，进行液体在液压缸中不同的腔体中的转移；
通过液压缸中两个腔体的压强不同带动作动杆沿规划好的运动规律运动；
根据作动杆的运动状态确定换向阀的连通状态。
9.根据权利要求8所述的一种多余度电静液作动系统控制方法，其特征在于，若两个作动杆工作正常，则换向阀位于将两个液压作动装置油路连通的状态；若两个作动杆中有一个工作不正常，则换向阀位于将两个液压作动装置油路断开的状态。
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