CN112526871B - 一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法，针对动态离心环境下的液压作动器支撑力平衡问题，采用了双支撑腔压力差动补偿控制，即由控制器根据不同的离心力实时输出不同的阀位移信号，控制电液伺服阀的开口，使得进入各支撑腔的油液压力不同，两支撑腔的压力差作用于定中杆，从而抵消缸受到的离心力，有效解决了液压作动器在动态离心环境下的支撑力平衡问题，保证了系统控制的稳定性；针对液压作动器工作位定中问题，采用了离心力补偿控制，除考虑给定位移之外，还考虑离心力反馈信号，将其作为工作位定中控制的补偿信号，通过在给定中位位移中叠加离心力反馈补偿信号，以抵消动态离心力对液压作动器中位位移带来的偏差。

Description

一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法

技术领域

本发明属于振动-离心复合试验技术领域，具体涉及一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法。

背景技术

振动-离心复合试验设备主要用于模拟火箭、武器系统及高速飞行器等产品在飞行过程中所经受的动态离心与振动复合环境，用于考核产品在经受这些环境下的环境适应性、功能可靠性及耐久性等问题。通过开展振动-离心复合环境试验，可用于分析研究产品在振动-离心环境下的故障失效模式与机理，测试与评估电子学系统性能指标等工作。开展振动-离心复合环境实验室模拟试验对高速飞行器系统的研制具有很重要的意义。另外，振动-离心复合试验设备也可用于开展缩比模型下的地震模拟试验，对于大型建筑物结构、岩土或水利工程以及生命工程，通常只能开展缩比模型下的地震模拟试验，因此，在抗震工程研究领域，振动-离心复合试验设备也具有很重要的应用价值。

振动-离心试验设备主要分为两类，一类是在离心机上安装电动振动台用于开展离心场下的宽频激振，通常是顺臂激振方式，振动频率范围可达20Hz-2000Hz，主要用于高速飞行器系统的振动-离心环境模拟试验。这类设备主要以国外为主，国内这类高端设备较少；另一类是在离心机上安装液压振动台用于开展离心场下的缩比模型地震模拟试验，振动频率范围为20Hz-400Hz，具有该类设备研制能力的国内单位主要是中物院总体工程研究所和香港科技大学等，国外公司主要是日本SOLUTION，美国ANCO等。该类设备的单轴激振方式，通常为垂臂方式，不需要采用支撑力平衡及工作位定中控制，而三轴激振方式则需要进行定中控制。

在振动-离心复合试验方法方面，常规的做法是采用在稳态离心环境下进行随机谱包络加严的平稳随机振动试验。该方法无论是对离心场的环境还是对振动环境都是一种近似加严的模拟。对于产品考核的某些试验类型，例如环境适应性试验或耐久试验，这种试验方法是可行的。但对于产品(如电子学系统)的功能性或可靠性考核试验，这将会造成对真实环境模拟的过考核或差异较大而影响试验效果，无法比较准确的评估产品在振动-离心环境下的功能可靠性。随着工业技术和数字控制技术的发展，同时武器系统实战化的要求越来越迫切，开展动态离心场下的振动台定中技术及宽频激振控制技术显得尤为重要。

另外，经搜索专利文献资料，未见其它公开的关于动态离心环境下的液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制技术的相关文献，更未见相关产品在应用中使用。

为了解决以上问题我方研发出了一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法，液压作动器在离心机转臂上沿离心力方向安装，液压作动器包括上静支撑腔、下静支撑腔，上静支撑腔、下静支撑腔分别连接一个伺服阀，伺服阀用于上静支撑腔、下静支撑腔的独立压力控制；

支撑力平衡控制方法包括以下步骤：

S1、设置液压作动器上静支撑腔、下静支撑腔的初始压力值，使得上静支撑腔、下静支撑腔的压力平衡；其中，初始压力值大于最大离心力对应压差值的一半；

S2、将设定的上静支撑腔的初始压力值减去离心力对应压差值的一半作为定中缸上腔压力值的实时给定信号；将设定的下静支撑腔的初始压力值加上离心力对应压差值的一半作为定中缸下腔压力值的实时给定信号；

S3、将定中缸上腔给定信号与实测的上支撑腔压力作差进行PID运算，得出上静支撑腔的伺服阀驱动信号，并以此驱动上静支撑腔伺服阀动作；将定中缸下腔给定信号与实测的下支撑腔压力作差进行PID运算，得出下静支撑腔的伺服阀驱动信号，并以此驱动下静支撑腔伺服阀动作，之后定中支撑缸工作，平衡离心力；

工作位定中控制方法包括以下步骤：

A1、获得定中支撑缸的压力信号反馈，得到支撑力平衡压差信号；

A2、将实时的离心加速度信号与支撑力平衡压差信号叠加，作为液压作动器中位位移的补偿信号；

A3、获得定中支撑缸的位移信号反馈，得到支撑力平衡位移信号；

A4、将给定的中位位移与支撑力平衡位移信号作差，得到第一信号；

A5、将补偿信号与第一信号叠加，获得第二信号；第二信号用于驱动伺服阀动作，之后定中支撑缸工作，实现工作位定中。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法；会根据离心加速度的动态变化实时计算出对应的压差值及离心力补偿信号，进而控制液压作动器双腔的压力快速达到目标值并实时更新液压作动器工作位，响应迅速，能够实现变化率高达15g/s的动态离心环境下的液压作动器快速力平衡控制及工作位定中控制，非常适用于动态离心、振动试验系统的控制领域。

附图说明

图1为本发明在动态离心环境下液压作动器支撑力平衡的控制方法原理图；

图2为本发明在动态离心环境下液压作动器工作位定中的控制方法原理图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本申请是一种针对动态离心环境下液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法，动态离心环境是指沿离心机顺臂方向的离心加速度会发生较大变化(最大15g/s的变化率)，且离心加速度变化率非固定值。

液压作动器在离心机转臂上沿离心力方向安装，通常有两个静支撑腔(包括上静支撑腔、下静支撑腔)，上静支撑腔、下静支撑腔分别连接一个伺服阀(一般选用电液伺服阀)，伺服阀用于上静支撑腔、下静支撑腔的独立压力控制；

如图1所示，支撑力平衡控制方法包括以下步骤：

S1、设置液压作动器上静支撑腔、下静支撑腔的初始压力值，使得上静支撑腔、下静支撑腔的压力平衡；其中，初始压力值大于最大离心力对应压差值的一半；防止离心机旋转时，液压作动器上下腔出现负压；

S2、将设定的上静支撑腔的初始压力值减去离心力对应压差值的一半作为定中缸上腔压力值的实时给定信号；将设定的下静支撑腔的初始压力值加上离心力对应压差值的一半作为定中缸下腔压力值的实时给定信号；这样，在动态离心力作用下，液压作动器下腔和上腔分别实时充油和放油，能够使两腔压差更快达到预期值以抵消离心力；

S3、将定中缸上腔给定信号与实测的上支撑腔压力作差进行PID运算，得出上静支撑腔的伺服阀驱动信号，并以此驱动上静支撑腔伺服阀动作；将定中缸下腔给定信号与实测的下支撑腔压力作差进行PID运算，得出下静支撑腔的伺服阀驱动信号，并以此驱动下静支撑腔伺服阀动作，之后定中支撑缸工作，平衡离心力；

支撑力平衡控制方法主要用于控制不同离心条件下的静支撑力(相对动态振动而言，克服的动态离心力可认为是静态支撑力)以抵消液压作动器台面、负载和支撑杆总质量产生的离心力，实现支撑力平衡，以便液压激振单元不受离心力的影响；针对动态离心环境下液压作动器支撑力平衡问题，采用了双支撑腔压力差动补偿控制，即由控制器根据不同的离心力实时输出不同的阀位移信号，控制伺服阀的开口，使得进入各支撑腔的油液压力不同，两支撑腔的压力差作用于定中杆，从而抵消作动器及负载受到的离心力；有效解决了液压作动器在动态离心环境下的支撑力平衡问题，保证了系统控制的稳定性。

如图2所示，工作位定中控制方法包括以下步骤：

A1、获得定中支撑缸的压力信号反馈，得到支撑力平衡压差信号；

A2、将实时的离心加速度信号与支撑力平衡压差信号叠加，作为液压作动器中位位移的补偿信号；

A3、获得定中支撑缸的位移信号反馈，得到支撑力平衡位移信号；

A4、将给定的中位位移与支撑力平衡位移信号作差，得到第一信号；

A5、将补偿信号与第一信号叠加，获得第二信号；第二信号用于驱动伺服阀动作，之后定中支撑缸工作，实现工作位定中。

工作位定中控制方法主要用于控制不同离心条件下的液压作动器位移，使液压作动器工作位位置不受离心力的影响；针对高动态离心环境下液压作动器工作位定中问题，采用了离心力补偿控制，即液压作动器工作位定中除考虑给定位移之外，还需考虑离心力反馈信号，将其作为工作位定中控制的补偿信号。通过在给定中位位移中叠加离心力反馈补偿信号，以抵消动态离心力对液压作动器中位位移带来的偏差。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (1)

1.一种液压作动器支撑力平衡及工作位定中控制方法，液压作动器在离心机转臂上沿离心力方向安装，液压作动器包括上静支撑腔、下静支撑腔，上静支撑腔、下静支撑腔分别连接一个伺服阀，伺服阀用于上静支撑腔、下静支撑腔的独立压力控制，其特征在于：

支撑力平衡控制方法包括以下步骤：

S1、设置液压作动器上静支撑腔、下静支撑腔的初始压力值，使得上静支撑腔、下静支撑腔的压力平衡；其中，初始压力值大于最大离心力对应压差值的一半；

S2、将设定的上静支撑腔的初始压力值减去离心力对应压差值的一半作为定中缸上腔压力值的实时给定信号；将设定的下静支撑腔的初始压力值加上离心力对应压差值的一半作为定中缸下腔压力值的实时给定信号；

S3、将定中缸上腔给定信号与实测的上支撑腔压力作差进行PID运算，得出上静支撑腔的伺服阀驱动信号，并以此驱动上静支撑腔伺服阀动作；将定中缸下腔给定信号与实测的下支撑腔压力作差进行PID运算，得出下静支撑腔的伺服阀驱动信号，并以此驱动下静支撑腔伺服阀动作，之后定中支撑缸工作，平衡离心力；

工作位定中控制方法包括以下步骤：

A1、获得定中支撑缸的压力信号反馈，得到支撑力平衡压差信号；

A2、将实时的离心加速度信号与支撑力平衡压差信号叠加，作为液压作动器中位位移的补偿信号；

A3、获得定中支撑缸的位移信号反馈，得到支撑力平衡位移信号；

A4、将给定的中位位移与支撑力平衡位移信号作差，得到第一信号；

A5、将补偿信号与第一信号叠加，获得第二信号；第二信号用于驱动伺服阀动作，之后定中支撑缸工作，实现工作位定中。

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