CN113007158A - 液压促动器压力补偿的控制系统和方法 - Google Patents

液压促动器压力补偿的控制系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液压促动器技术领域，尤其涉及一种液压促动器压力补偿的控制系统和方法，液压促动器压力补偿的控制系统包括油缸和促动器液压站，促动器液压站包括控制器、位移传感器、伺服驱动器、伺服电机、双向泵和压力传感器。本发明将促动器将位置闭环和压力补偿闭环控制方法结合到一起，压力传感器数量增加至三路，采用伺服电机，在低速时，切换到压力补偿模式，使电机低速转动输出压力但不足以驱动促动器伸缩运动。当促动器需要输出速度时，伺服电机可以通过尽量小的转速差达到所需转速，有效解决低速时的爬行现象。

Description

液压促动器压力补偿的控制系统和方法
技术领域
本发明涉及液压促动器技术领域，尤其涉及一种液压促动器压力补偿的控制系统和方法。
背景技术
液压促动器是一种独立完成指定动作的液压装置，其具有结构经凑，使用方便的特点。目前，500米口径球面射电望远镜(FAST)工程所使用的促动器液压系统的结构如图1-1所示,促动器作为望远镜反射面的变形驱动设备，分布于反射面下方。设备一端与安装于地锚上的底座连接，另一端与索网下拉索下端连接用于跟踪目标位置，其系统示意如图1-1所示。现场促动器除部分受地形限制，安装采用背式外，其余大多数采用抱式。促动器在连续跟踪观测过程中，采用步进电机进行位置闭环，若目标位移变化量非常小，前一时刻促动器达到预定位置公差带内，直至实际位置出离另一时刻目标位置偏差带，这段时间促动器处于停止状态，同样电机处于停止转动状态，当实际位置与目标位置偏差大于位置偏差带时，电机转速从0开始加速实现目标位置，这个电机转速从0开始加速的过程，使得电机的多次启动会造成促动器的抖动和振动，从而影响促动器的稳定性和精度。
现有促动器只有一种位置闭环的控制策略，采用步进电机，且有一路压力传感器，观测过程中，目标位移曲线在波峰或者波谷阶段时，易产生爬行，严重影响控制精度。特别是在工作压力大和泵容积效率低的时候该爬行现象越明显。该过程中存在一个“转速——伸缩速度”死区(如图1-3)，而且该死区随着工作压力和液压泵的容积效率的变化而变化。目标工作压力越大，促动器开始运动时的伺服电机转速越高，液压泵的泄漏量越大，也就是容积效率越低，促动器开始运动时的伺服电机转速也越高，试验位移曲线如图1-2所示。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决当促动器的实际位置和目标位置相差较小时，促动器跟踪过程中，实现促动器目标位置跟踪，电机转速经常从0开始加速，易产生促动器的抖动和振动，从而影响促动器的稳定性和精度的技术问题，本发明提供一种液压促动器压力补偿的控制系统和方法，将促动器将位置闭环和压力补偿闭环控制方法结合到一起，压力传感器数量增加至三路，采用伺服电机，在低速时，切换到压力补偿模式，使电机低速转动输出压力但不足以驱动促动器伸缩运动。当促动器需要输出速度时，伺服电机可以通过尽量小的转速差达到所需转速，有效解决低速时的爬行现象。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液压促动器压力补偿的控制系统，包括油缸和促动器液压站，所述促动器液压站包括控制器、位移传感器、伺服驱动器、伺服电机、双向泵和压力传感器，
所述双向泵具有两个泵口，分别为泵A口和泵B口，所述泵A口与油缸的无杆腔相连通，泵B口与油缸的有杆腔相连通，压力传感器用于检测泵A口的油压、泵B口的油压以及油缸有杆腔的油压，并将检测信号传输给控制器，
位移传感器用于检测油缸的活塞杆的运动位置，位移传感器和伺服驱动器均和控制器信号连接，伺服驱动器和伺服电机信号连接，伺服电机和双向泵信号连接。
一种液压促动器压力补偿的控制方法，采用所述的液压促动器压力补偿的控制系统，其中天文台控制系统的上位机给定促动器(油缸活塞杆的运动目标位置)的目标位置值L1,位移传感器检测的油缸活塞杆的实际位置值为L2，阈值为E，促动器在连续跟踪观测过程中，操作步骤如下：
S1:L1和L2做差后的绝对值与阈值E进行大小比较，
若L1和L2做差后的绝对值大于或等于E，则控制器不断进行位置闭环步骤S2，使得伺服驱动器驱动双向泵给油缸供油，油缸活塞杆位置不断跟随目标位置运动，
若L1和L2做差后的绝对值小于E，则控制器进行压力闭环步骤S3，使得伺服驱动器驱动伺服电机转速大于零，油缸活塞杆位置不变。本发明中所述伺服电机转速大于零，即伺服电机转速不为零，但该转速给双向泵提供的压力不足以推动活塞杆运动，使得油缸活塞杆位置不变，伺服电机转速不为零的状态为随时待命的状态，当油缸活塞杆下一次运动时，能够使得伺服电机转速不是从零开始启动，而是从一个较低的转速开始增加，避免伺服电机从零启动对促动器造成的抖动和振动问题。
所述闭环步骤S2具体为：控制器根据L1和L2做差后的数值，计算出当前油缸需要的速度，根据油缸速度与脉冲的对应关系，计算出对应的脉冲数，控制器发送信号给伺服驱动器，伺服驱动器发送信号给伺服电机，伺服电机驱动双向泵，双向泵给油缸供油，使得促动器跟随目标位置运动。
所述L1和L2做差后的数值与伺服驱动器的脉冲信号呈线性函数关系。
所述压力闭环步骤S3分为压力闭环步骤S3-1和压力闭环步骤S3-2，
当油缸位置递增时，进行压力闭环步骤S3-1，
当油缸位置递减时，进行压力闭环步骤S3-2，
压力传感器读取实时的泵A口的油压为MA、泵B口的油压为MB以及油缸有杆腔的油压为MD。
所述压力闭环步骤S3-1具体为：伺服电机为逆时针旋转，设定压力目标值ME1为(MD-20)bar，控制器再用MA作为压力闭环的反馈值，ME1与MA做差计算出脉冲数值，脉冲数值发送给伺服电机，使得伺服电机具有相应的转速，进行压力闭环控制。
所述压力闭环步骤S3-1中,ME1与MA做差计算出的压力值与伺服电机所需的转速脉冲数值呈线性函数关系。
所述压力闭环步骤S3-2具体为：伺服电机为顺时针旋转，设定压力目标值ME2为(MD/3)-20bar，控制器再用MB作为压力闭环的反馈值，ME2与MB做差计算出脉冲数值，脉冲数值发送给伺服电机，使得伺服电机具有相应的转速，进行压力闭环控制。
所述压力闭环步骤S3-2中，ME2与MB做差计算出的压力值与伺服电机所需的转速脉冲数值呈线性函数关系。
进一步，具体地，所述阈值E为0.1mm。
本发明的有益效果是，本发明的液压促动器压力补偿的控制系统和方法，通过压力补偿控制，弥补了位置闭环控制算法的不足，有效解决促动器爬行现象，降低双向泵的磨损，提高反射面板节点与索网的寿命；泵容积效率降低或工作压力大时，压力补偿控制策略的优势更为明显；促动器泵口增加的压力传感器检测，有利于现场的故障诊断。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1-1是促动器液压系统的结构。
图1-2是试验位移曲线示意图。
图1-3是“转速——伸缩速度”死区示意图。
图2是本发明液压促动器压力补偿的控制系统的结构示意图，图中的虚线代表传感器采集路径。
图3是本发明液压促动器压力补偿的控制方法的结构示意图。
图中：1、地锚；2、促动器；3、反射面单元；4、节点及索网；5、下拉索。
图3中的相关定义与说明：
Target-S：目标位置
Actual-S：实际位置
Δe-S：目标位置与实际位置差值的绝对值
阈值：位置闭环与压力补偿算法切换的位置临界值
MD：有杆腔压力
MA：双向泵A口压力
MB：双向泵B口压力
Δe-A：目标压力与泵A口压力差值
Δe-B：目标压力与泵B口压力差值
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图2所示，是本发明最优实施例，一种液压促动器压力补偿的控制系统，包括油缸和促动器液压站，
促动器液压站包括控制器、位移传感器、伺服驱动器、伺服电机、双向泵和压力传感器，双向泵具有两个泵口，分别为泵A口和泵B口，泵A口与油缸的无杆腔相连通，泵B口与油缸的有杆腔相连通，双向泵能够将油箱里的油打入促动器中，压力传感器用于检测泵A口的油压、泵B口的油压以及油缸有杆腔的油压，并将检测信号传输给控制器，位移传感器用于检测油缸的活塞杆的运动位置，位移传感器和伺服驱动器均和控制器信号连接，伺服驱动器和伺服电机信号连接，伺服电机和双向泵信号连接。
如图3所示，一种液压促动器压力补偿的控制方法，当FAST观测时(油缸运行速度0.58mm/s)采用所述的液压促动器压力补偿的控制系统，其中天文台控制系统的上位机给定促动器的目标位置值L1,位移传感器检测的油缸活塞杆的实际位置值为L2，阈值为E，阈值E为0.1mm。
若定位误差在0.1-0.25mm范围内，仅位置闭环起作用，若定位误差<0.1mm，则仅压力闭环起作用，两者的切换阈值为0.1mm。
Figure BDA0002881859530000061
促动器在连续跟踪观测过程中，操作步骤如下：
S1:L1和L2做差后的绝对值与阈值E进行大小比较，
若L1和L2做差后的绝对值大于或等于E，则控制器不断进行位置闭环步骤S2，使得伺服驱动器驱动双向泵给油缸供油，油缸活塞杆位置不断跟随目标位置运动，
若L1和L2做差后的绝对值小于E，则控制器进行压力闭环步骤S3，使得伺服驱动器驱动伺服电机转速大于零，油缸活塞杆位置不变。
闭环步骤S2具体为：控制器根据L1和L2做差后的数值，计算出当前油缸需要的速度，根据油缸速度与脉冲的对应关系，计算出对应的脉冲数，控制器发送信号给伺服驱动器，伺服驱动器发送信号给伺服电机，伺服电机驱动双向泵，双向泵给油缸供油，使得促动器跟随目标位置运动。
所述L1和L2做差后的数值与伺服驱动器的脉冲信号呈线性函数关系。
所述压力闭环步骤S3分为压力闭环步骤S3-1和压力闭环步骤S3-2，
当油缸位置在递增时，进行压力闭环步骤S3-1，油缸位置递增判断过程为：油缸活塞杆的前一次位置值L2和后一次位置值L2的差值大于零，即为递增。
当油缸位置在递减时，进行压力闭环步骤S3-2，油缸位置递减判断过程为：油缸活塞杆的前一次位置值L2和后一次位置值L2的差值小于零，即为递减。
压力传感器读取实时的泵A口的油压为MA、泵B口的油压为MB以及油缸有杆腔的油压为MD。
所述压力闭环步骤S3-1具体为：板卡驱动伺服电机逆时针旋转，设定压力目标值ME1为(MD-20)bar，控制器再用MA作为压力闭环的反馈值，ME1与MA做差计算出脉冲数值，脉冲数值发送给伺服电机，使得伺服电机具有相应的转速，进行压力闭环控制。压力闭环步骤S3-1中,ME1与MA做差计算出的压力值与伺服电机所需的转速脉冲数值呈线性函数关系。ME1与MA做差计算出的压力值，即为达到压力目标值，泵A口所需要的压力。
所述压力闭环步骤S3-2具体为：板卡驱动伺服电机顺时针旋转，设定压力目标值ME2为(MD/3)-20bar，控制器再用MB作为压力闭环的反馈值，ME2与MB做差计算出脉冲数值，脉冲数值发送给伺服电机，使得伺服电机具有相应的转速，进行压力闭环控制。压力闭环步骤S3-2中，ME2与MB做差计算出的压力值与伺服电机所需的转速脉冲数值呈线性函数关系。ME2与MB做差计算出的压力值，即为达到压力目标值，泵B口所需要的压力。
Figure BDA0002881859530000071
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种液压促动器压力补偿的控制系统，其特征在于：包括油缸和促动器液压站，
所述促动器液压站包括控制器、位移传感器、伺服驱动器、伺服电机、双向泵和压力传感器，
所述双向泵具有两个泵口，分别为泵A口和泵B口，所述泵A口与油缸的无杆腔相连通，泵B口与油缸的有杆腔相连通，压力传感器用于检测泵A口的油压、泵B口的油压以及油缸有杆腔的油压，并将检测信号传输给控制器，
位移传感器用于检测油缸的活塞杆的运动位置，位移传感器和伺服驱动器均和控制器信号连接，伺服驱动器和伺服电机信号连接，伺服电机和双向泵信号连接。
2.一种液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的液压促动器压力补偿的控制系统，其中天文台控制系统的上位机给定促动器的目标位置值L1,位移传感器检测的油缸活塞杆的实际位置值为L2，阈值为E，促动器在连续跟踪观测过程中，操作步骤如下：
S1:L1和L2做差后的绝对值与阈值E进行大小比较，
若L1和L2做差后的绝对值大于或等于E，则控制器不断进行位置闭环步骤S2，使得伺服驱动器驱动双向泵给油缸供油，油缸活塞杆位置不断跟随目标位置运动，
若L1和L2做差后的绝对值小于E，则控制器进行压力闭环步骤S3，使得伺服驱动器驱动伺服电机转速大于零，油缸活塞杆位置不变。
3.如权利要求2所述的液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：所述闭环步骤S2具体为：控制器根据L1和L2做差后的数值，计算出当前油缸需要的速度，根据油缸速度与脉冲的对应关系，计算出对应的脉冲数，控制器发送信号给伺服驱动器，伺服驱动器发送信号给伺服电机，伺服电机驱动双向泵，双向泵给油缸供油，使得促动器跟随目标位置运动。
4.如权利要求3所述的液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：所述L1和L2做差后的数值与伺服驱动器的脉冲信号呈线性函数关系。
5.如权利要求2所述的液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：所述压力闭环步骤S3分为压力闭环步骤S3-1和压力闭环步骤S3-2，
当油缸位置递增时，进行压力闭环步骤S3-1，
当油缸位置递减时，进行压力闭环步骤S3-2，
压力传感器读取实时的泵A口的油压为MA、泵B口的油压为MB以及油缸有杆腔的油压为MD。
6.如权利要求5所述的液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：所述压力闭环步骤S3-1具体为：伺服电机为逆时针旋转，设定压力目标值ME1为(MD-20)bar，控制器再用MA作为压力闭环的反馈值，ME1与MA做差计算出脉冲数值，脉冲数值发送给伺服电机，使得伺服电机具有相应的转速，进行压力闭环控制。
7.如权利要求6所述的液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：所述压力闭环步骤S3-1中,ME1与MA做差计算出的压力值与伺服电机所需的转速脉冲数值呈线性函数关系。
8.如权利要求5所述的液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：所述压力闭环步骤S3-2具体为：伺服电机为顺时针旋转，设定压力目标值ME2为(MD/3)-20bar，控制器再用MB作为压力闭环的反馈值，ME2与MB做差计算出脉冲数值，脉冲数值发送给伺服电机，使得伺服电机具有相应的转速，进行压力闭环控制。
9.如权利要求8所述的液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：所述压力闭环步骤S3-2中，ME2与MB做差计算出的压力值与伺服电机所需的转速脉冲数值呈线性函数关系。
10.如权利要求2所述的液压促动器压力补偿的控制方法，其特征在于：所述阈值E为0.1mm。
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