RU2361119C2 - Two-stage electrohydraulic feed back power amplifier - Google Patents

Two-stage electrohydraulic feed back power amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2361119C2
RU2361119C2 RU2007125882/06A RU2007125882A RU2361119C2 RU 2361119 C2 RU2361119 C2 RU 2361119C2 RU 2007125882/06 A RU2007125882/06 A RU 2007125882/06A RU 2007125882 A RU2007125882 A RU 2007125882A RU 2361119 C2 RU2361119 C2 RU 2361119C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
correction device
power amplifier
electronic
Prior art date
Application number
RU2007125882/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007125882A (en
Inventor
Валерий Иванович Разинцев (RU)
Валерий Иванович Разинцев
Original Assignee
Валерий Иванович Разинцев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Иванович Разинцев filed Critical Валерий Иванович Разинцев
Priority to RU2007125882/06A priority Critical patent/RU2361119C2/en
Publication of RU2007125882A publication Critical patent/RU2007125882A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2361119C2 publication Critical patent/RU2361119C2/en

Links

Landscapes

  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Servomotors (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: proposed power amplifier is designed for aircraft electrohydraulic automatic control systems. The amplifier comprises the 1st adding operating amplifier with its one input receiving the control signal and the other one being connected, via matching hardware, with the feed back transducer signal winding. It includes also the electronic power amplifier with its output connected to the electro mechanic converter, 1st stage hydraulic control valve communicating with intake and discharge lines and, via two hydraulic lines, with the 2nd stage hydraulic valve control chambers. The 1st correcting device is arranged at the 1st adding operating amplifier. The output of the former is connected to one of the inputs of the 2nd adding operating amplifier. The 2nd output of the latter is connected to the output of the 3rd electronic correcting device with its input being connected to the output of matching hardware. The output of the 2nd electronic correcting device is connected to the electronic power amplifier input.
EFFECT: improved static, dynamic and power performances of hydraulic amplifier.
1 dwg

Description

Изобретение относится к электрогидравлическим автоматическим системам, широко применяемым в различных отраслях техники. Это системы управления летательных аппаратов, испытательное оборудование в авиационной и в автомобильной промышленностях, автоматизированные прокатные станы и системы непрерывной разливки металлов, автоматизированные системы поиска нефти и газа и целый ряд других применений. Главным элементом таких систем является электрогидравлический следящий привод дроссельного или объемного регулирования с различными типами двухкаскадных электрогидравлических усилителей мощности (ЭГУ), различающихся по типу гидрораспределителя (ГР), управляемого электромеханическим преобразователем (ЭМП) и по типу обратной связи от ГР второго каскада.The invention relates to electro-hydraulic automatic systems, widely used in various fields of technology. These are aircraft control systems, test equipment in the aviation and automotive industries, automated rolling mills and continuous metal casting systems, automated oil and gas search systems, and a number of other applications. The main element of such systems is an electro-hydraulic follow-up throttle or volumetric control drive with various types of two-stage electro-hydraulic power amplifiers (EHUs), which differ in the type of hydraulic control valve (GR) controlled by the electromechanical converter (EMF) and in the type of feedback from the GR of the second stage.

В качестве примеров можно привести: двухкаскадный ЭГУ «сопло-заслонка» с синхронизирующими пружинами на втором каскаде [«Проектирование следящих электрогидравлических приводов летательных аппаратов». Под редакцией Н.С.Гамынина / М., «Машиностроение». 1981 г., 312 с. (рис.1.1)] и с механической обратной связью от ГР второго каскада на ЭМП (там же, рис.1.4); двухкаскадный ЭГУ с ГР первого каскада «струйная трубка» с механической обратной связью (там же, рис.1.2) и с гидравлической позиционной обратной связью (там же, рис.1.3); двухкаскадный ЭГУ с ГР первого каскада в виде плоского золотника на упругом подвесе [Разинцев В.И. «Электрогидравлические усилители мощности». / М., «Машиностроение». 1980 г., 120 с.], с гидравлической позиционной обратной связью (рис.21), с механической обратной связью (рис.25) и с электрической обратной связью (рис.27). В последней работе показано, что наилучшими статическими, динамическими и энергетическими характеристиками среди упомянутых выше ЭГУ, при одинаковых ЭМП, давлении нагнетания и расходе рабочей жидкости на входе ЭГУ, обладает ЭГУ с плоским золотником на упругом подвесе и с электрической обратной связью. Поэтому в качестве ЭГУ-прототипа будем рассматривать такой ЭГУ, принципиальная схема которого приведена на рис.27 в вышеупомянутой книге.Examples include: a two-stage EGU “nozzle-damper” with synchronizing springs in the second stage [“Design of tracking electro-hydraulic drives of aircraft”. Edited by N. S. Gamynin / M., "Mechanical Engineering". 1981, 312 p. (Fig. 1.1)] and with mechanical feedback from the GR of the second cascade on the EMF (ibid., Fig. 1.4); two-stage EGU with GR of the first cascade “jet tube” with mechanical feedback (ibid., Fig.1.2) and with hydraulic position feedback (ibid., fig.1.3); two-stage EGU with GR of the first cascade in the form of a flat spool on an elastic suspension [Razintsev V.I. "Electro-hydraulic power amplifiers." / M., "Engineering". 1980, 120 pp.], With hydraulic positional feedback (Fig. 21), with mechanical feedback (Fig. 25) and with electrical feedback (Fig. 27). In the last work, it was shown that the best static, dynamic, and energy characteristics among the aforementioned EHUs, with the same EMF, discharge pressure, and flow rate of the working fluid at the inlet of the EHU, have an EHU with a flat spool on an elastic suspension and with electric feedback. Therefore, as an EHU prototype, we will consider such an EHU, the circuit diagram of which is shown in Fig. 27 in the aforementioned book.

ЭГУ - прототип содержит:EHU - prototype contains:

- первый суммирующий операционный усилитель, на один вход которого подается управляющий сигнал (uупр), а другой вход, через согласующую аппаратуру, соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи;- the first summing operational amplifier, to one input of which a control signal is supplied (u control ), and the other input, through matching equipment, is connected to the signal winding of the electric feedback sensor;

- электронный усилитель мощности, выход которого соединен с управляющей обмоткой электромеханического преобразователя;- an electronic power amplifier, the output of which is connected to the control winding of the electromechanical converter;

- электромеханический преобразователь, якорь которого кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада;- an electromechanical converter, the anchor of which is kinematically connected with the moving element of the hydraulic control valve of the first cascade;

- гидрораспределитель первого каскада, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и, через две гидролинии, гидравлически соединенный с управляющими полостями гидрораспределителя второго каскада;- a control valve of the first cascade, hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines and, through two hydraulic lines, hydraulically connected to the control cavities of the control valve of the second cascade;

- гидрораспределитель второго каскада, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи и гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;- a hydrodistributor of the second stage kinematically connected with the movable element of the electric feedback sensor and hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines;

- согласующую аппаратуру электрического датчика обратной связи.- matching equipment of the electric feedback sensor.

Недостатками рассмотренного ЭГУ являются:The disadvantages of the considered EHU are:

1. Зависимость коэффициента усиления по скорости ГР2 от нагрузки на нем, от изменения величин давлений нагнетания и слива, от изменения температуры рабочей жидкости и от допусков на коэффициенты усиления ЭУМ, ЭМП, ГР1, что ухудшает статические и динамические характеристики ЭГУ и снижает КПД его гидравлической части.1. The dependence of the gain on the speed of GR2 on the load on it, on changes in the discharge and discharge pressures, on changes in the temperature of the working fluid and on tolerances on the amplification factors of EUM, EMF, GR1, which degrades the static and dynamic characteristics of the EHU and reduces the efficiency of its hydraulic parts.

2. Малая величина перекрытий по рабочим кромкам гидрораспределителей первого и второго каскадов, обусловленная необходимостью обеспечить заданную зону нечувствительности расходной характеристики ЭГУ, что приводит к увеличению утечек.2. The small amount of overlap along the working edges of the valves of the first and second stages, due to the need to provide a given deadband for the flow characteristics of the EHU, which leads to an increase in leakage.

Уменьшение перекрытий ГР2 обусловлено и необходимостью уменьшения диапазона изменения величины управляющего сигнала на входе в ЭГУ, в пределах которого, за счет перекрытий, уменьшается коэффициент усиления по расходу, распределяемого ЭГУ при малых амплитудах управляющего сигнала и при малых частотах этого сигнала (Фомичев В.М. «Повышение характеристик золотниковых гидрораспределителей в области «нуля». / »Гидравлика и пневматика», №20 (05). 2006 г.).The decrease in the overlap of the GR2 is also due to the need to reduce the range of variation of the magnitude of the control signal at the entrance to the EHU, within which, due to the overlaps, the gain in flow rate distributed by the EHU at small amplitudes of the control signal and at low frequencies of this signal decreases (Fomichev V.M. "Improving the characteristics of spool valves in the area of" zero ". /" Hydraulics and pneumatics ", No. 20 (05). 2006).

3. Ограничение коэффициента усиления контура ЭГУ и соответствующее ухудшение его статических и динамических характеристик из-за резонансного пика на амплитудной частотной характеристике малодемпфированного механического звена первого каскада.3. The limitation of the gain of the circuit of the EHU and the corresponding deterioration of its static and dynamic characteristics due to the resonant peak in the amplitude frequency response of the low-damped mechanical link of the first stage.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков. Поставленная задача решается тем, что заявленный двухкаскадный электрогидравлический усилитель мощности содержит:The technical task of the invention is to remedy these disadvantages. The problem is solved in that the claimed two-stage electro-hydraulic power amplifier contains:

- первый суммирующий операционный усилитель, на один вход которого подается управляющий сигнал, а другой вход, через согласующую аппаратуру, соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи;- the first summing operational amplifier, to one input of which a control signal is supplied, and the other input, through matching equipment, is connected to the signal winding of the electric feedback sensor;

- электронный усилитель мощности, выход которого соединен с управляющей обмоткой электромеханического преобразователя;- an electronic power amplifier, the output of which is connected to the control winding of the electromechanical converter;

- электромеханический преобразователь, якорь которого кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада;- an electromechanical converter, the anchor of which is kinematically connected with the moving element of the hydraulic control valve of the first cascade;

- гидрораспределитель первого каскада, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и, через две гидролинии, гидравлически соединенный с управляющими полостями гидрораспределителя второго каскада;- a control valve of the first cascade, hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines and, through two hydraulic lines, hydraulically connected to the control cavities of the control valve of the second cascade;

- гидрораспределитель второго каскада, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи и гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;- a hydrodistributor of the second stage kinematically connected with the movable element of the electric feedback sensor and hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines;

- согласующую аппаратуру электрического датчика обратной связи,- matching equipment of the electric feedback sensor,

при этом согласно изобретению:according to the invention:

- на выходе первого суммирующего операционного усилителя установлено первое электронное корректирующее устройство, передаточная функция которого имеет следующий вид:- at the output of the first summing operational amplifier, the first electronic correction device is installed, the transfer function of which has the following form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: u1 - выходной сигнал первого электронного корректирующего устройства;where: u 1 is the output signal of the first electronic correction device;

Δu1 - входной сигнал первого электронного корректирующего устройства,Δu 1 is the input signal of the first electronic correction device,

Δu1=uвх-uoc1;Δu 1 = u in -u oc1 ;

uвх - управляющий сигнал на входе суммирующего операционного усилителя;u I - control signal at the input of the summing operational amplifier;

uoc1 - выходной сигнал согласующей аппаратуры;u oc1 - output signal matching equipment;

Тк1, Тк2 и Тк3 - постоянные времени передаточной функции WKУ1(s);T k1 , T k2 and T k3 - time constants of the transfer function W KУ1 (s);

Тк1=(2÷4)Тcp.T k1 = (2 ÷ 4) T cp .

Постоянная времени Тср определяется по соотношению

Figure 00000002
,The time constant T cf is determined by the ratio
Figure 00000002
,

ωcp - частота, на которой амплитудная частотная характеристика разомкнутого внешнего контура двухкаскадного электрогидравлического усилителя мощности пересекает ось частот:ω cp is the frequency at which the amplitude frequency characteristic of an open external circuit of a two-stage electro-hydraulic power amplifier crosses the frequency axis:

Тк2=(2÷4)Тк1;T k2 = (2 ÷ 4) T k1 ;

Figure 00000003
;
Figure 00000003
;

fраб - частота, в пределах которой нормируются динамические характеристики двухкаскадного электрогидравлического усилителя мощности;f slave is the frequency within which the dynamic characteristics of a two-stage electro-hydraulic power amplifier are normalized;

- выход первого электронного корректирующего устройства соединен с одним из входов второго суммирующего операционного усилителя, второй вход которого соединен с выходом третьего электронного корректирующего устройства, вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры и передаточная функция которого имеет следующий вид:- the output of the first electronic correction device is connected to one of the inputs of the second summing operational amplifier, the second input of which is connected to the output of the third electronic correction device, the input of which is connected to the output of the matching equipment and the transfer function of which has the following form:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где: uoc2(s) - выходной сигнал третьего электронного корректирующего устройства;where: u oc2 (s) is the output signal of the third electronic correction device;

kу3 определяется по соотношению:k y3 is determined by the ratio:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где: (u1)max - максимальное значение выходной координаты первого электронного корректирующего устройства;where: (u 1 ) max is the maximum value of the output coordinate of the first electronic correction device;

Figure 00000006
- максимальная скорость холостого хода (без нагрузки) выходной координаты двухкаскадного электрогидравлического усилителя мощности при номинальных значениях давлений нагнетания и слива, при нормальной температуре рабочей жидкости и при номинальных значениях коэффициентов усиления электронного усилителя мощности, электромеханического преобразователя, гидрораспределителя первого каскада;
Figure 00000006
- maximum idle speed (without load) of the output coordinate of a two-stage electro-hydraulic power amplifier at nominal discharge and discharge pressures, at normal temperature of the working fluid and at nominal values of the amplification factors of the electronic power amplifier, electromechanical converter, hydraulic valve of the first stage;

kДОС - коэффициент передачи электрического датчика обратной связи;k DOS - transmission coefficient of the electric feedback sensor;

kСА - коэффициент передачи согласующей аппаратуры,k CA - transfer coefficient matching equipment,

kДОСkСА [В/см];k DOS k CA [V / cm];

kу3 - коэффициент усиления третьего электронного корректирующего устройства,k y3 is the gain of the third electronic correction device,

kу3[c];k y3 [s];

- выход второго суммирующего операционного усилителя,- the output of the second summing operational amplifier,

Δu2=u1 - uoc2, соединен со входом второго электронного корректирующего устройства, передаточная функция которого, WКУ2(s), может выполняться в двух вариантах:Δu 2 = u 1 - u oc2 , connected to the input of the second electronic correction device, the transfer function of which, W KU2 (s), can be performed in two versions:

а) первый вариант -a) the first option is

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где: u2 - выходной сигнал второго электронного корректирующего устройства;where: u 2 is the output signal of the second electronic correction device;

Та и ζа - постоянная времени и относительный коэффициент демпфирования колебательного звена механической части гидрораспределителя первого каскада;T a and ζ a - time constant and relative damping coefficient of the vibrational link of the mechanical part of the hydraulic control valve of the first stage;

Тб=(0,2÷1,0)Та; ζб=(5÷30)ζа;T b = (0.2 ÷ 1.0) T a ; ζ b = (5 ÷ 30) ζ a ;

б) второй вариант -b) the second option is

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где: ТК4=(3÷5)Та;where: T K4 = (3 ÷ 5) T a ;

- выход второго электронного корректирующего устройства соединен со входом электронного усилителя мощности.- the output of the second electronic correction device is connected to the input of the electronic power amplifier.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная электрогидравлическая схема усовершенствованного ЭГУ, который содержит:The essence of the claimed invention is illustrated by the drawing, which shows a schematic electro-hydraulic circuit of an advanced EGU, which contains:

- первый суммирующий операционный усилитель (СОУ1) (1), на один вход которого поступает управляющий сигнал (uвх), а другой вход, через согласующую аппаратуру СА (11), соединен с сигнальной обмоткой датчика обратной связи ДОС (10);- the first summing operational amplifier (SOU1) (1), to one input of which a control signal (u in ) is supplied, and the other input, through the matching equipment CA (11), is connected to the signal winding of the DOS feedback sensor (10);

- первое электронное корректирующее устройство КУ1 (2), вход которого соединен с выходом СОУ1 (1) - Δu1 (Δu1=uвх-uoc1), где uoc1 - сигнал на выходе СА(11);- the first electronic correction device KU1 (2), the input of which is connected to the output of SOU1 (1) - Δu 1 (Δu 1 = u in -u oc1 ), where u oc1 is the signal at the output of CA (11);

- второй суммирующий операционный усилитель СОУ2 (3), один вход которого соединен с выходом КУ1 (2) - u1, а другой вход соединен с выходом третьего электронного корректирующего устройства КУ3 (9) - uoc2;- the second summing operational amplifier SOU2 (3), one input of which is connected to the output of KU1 (2) - u 1 , and the other input is connected to the output of the third electronic correction device KU3 (9) - u oc2 ;

- второе электронное корректирующее устройство КУ2 (4), вход которого соединен с выходом СОУ2 (3) - Δu2 (Δu2=u1-uoc2);- the second electronic correction device KU2 (4), the input of which is connected to the output of SOU2 (3) - Δu 2 (Δu 2 = u 1 -u oc2 );

- третье электронное корректирующее устройство КУ3 (9), входом которого является выход СА (11) - uoc1;- the third electronic correction device KU3 (9), the input of which is the output of the CA (11) - u oc1 ;

- электронный усилитель мощности ЭУМ (5), вход которого соединен с выходом СОУ2 (3), а выход соединен с управляющей обмоткой ЭМП (6);- an electronic power amplifier EUM (5), the input of which is connected to the output of SOU2 (3), and the output is connected to the control winding of the EMF (6);

- электромеханический преобразователь ЭМП (6), якорь которого кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада ГР1 (7);- Electromechanical converter EMF (6), the anchor of which is kinematically connected with the moving element of the hydraulic control valve of the first cascade GR1 (7);

- гидрораспределитель первого каскада, ГР1 (7), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и, через две гидролинии соединенный с управляющими полостями гидрораспределителя второго каскада ГР2 (8);- the control valve of the first cascade, GR1 (7), hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines and, through two hydraulic lines, connected to the control cavities of the control valve of the second GR2 cascade (8);

- гидрораспределитель второго каскада ГР2 (8), кинематически связанный с подвижным элементом ДОС (10) и гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;- a hydrodistributor of the second cascade GR2 (8), kinematically connected with the movable element of the DOS (10) and hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines;

- согласующую аппаратуру СА (11), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи ДОС (10).- matching equipment CA (11), the input of which is connected to the signal winding of the electric feedback sensor DOS (10).

Усовершенствованный ЭГУ работает следующим образом.Advanced EHU works as follows.

Входной управляющий сигнал (uвх) поступает на один из входов первого суммирующего операционного усилителя (СОУ1) (1), где он алгебраически суммируется с сигналом обратной связи (uос1), поступающим на другой вход СОУ1 (1) с сигнальной обмотки датчика обратной связи (ДОС) (10) через согласующую аппаратуру (СА) (11). Таким образом, формируется внешний контур ЭГУ, обеспечивающий следящий режим работы ЭГУ по выходной координате (x2) - соответствие модуля и знака этой координаты модулю и знаку управляющего сигнала (uвх). Выход СОУ1 (1) - Δu1 (Δu1=uвх - uoc1) соединен с входом первого электронного корректирующего устройства (КУ1) (2), передаточная функция которого, WКУ1(s), имеет следующий вид:The input control signal (u I ) is supplied to one of the inputs of the first summing operational amplifier (SOU1) (1), where it is algebraically summed with the feedback signal (u OS1 ), which is fed to the other input of SOU1 (1) from the signal winding of the feedback sensor (DOS) (10) through matching equipment (CA) (11). Thus, the external contour of the EHU is formed, which ensures the follow-up operation of the EHU by the output coordinate (x 2 ) - the correspondence of the module and the sign of this coordinate to the module and the sign of the control signal (u in ). The output of SOU1 (1) - Δu 1 (Δu 1 = u in - u oc1 ) is connected to the input of the first electronic correction device (KU1) (2), the transfer function of which, W KU1 (s), has the following form:

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где: Тк1 и Тк2 - постоянные времени интегро-дифференцирующей составляющейwhere: T k1 and T k2 - time constants of the integro-differentiating component

WКУ1(s), обеспечивающей повышение коэффициента усиления в цепи ошибки внешнего контура ЭГУ в определенной полосе частот, что позволяет уменьшить зону нечувствительности ЭГУ при величине перекрытий гидрораспределителя первого каскада, обеспечивающих малые утечки этого гидрораспределителя:W KU1 (s), which provides an increase in the gain in the error circuit of the external circuit of the EHU in a certain frequency band, which allows to reduce the dead band of the EHU with the amount of overlap of the valve of the first stage, providing small leakage of this valve:

Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
- частота, на которой амплитудная частотная характеристика разомкнутого внешнего контура ЭГУ пересекает ось частот.
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
- the frequency at which the amplitude frequency response of the open external circuit of the EHU crosses the frequency axis.

Тк2=(2÷4)Тк1;T k2 = (2 ÷ 4) T k1 ;

Figure 00000013
Figure 00000013

fраб - частота, в пределах которой нормируются динамические характеристики ЭГУ.f slave is the frequency within which the dynamic characteristics of the EHU are normalized.

Интегрирующее звено с постоянной времени Tк3 введено в структуру WКУ1(s) для компенсации дифференцирующего эффекта звена с передаточной функцией (Tк3s+1) в цепи ошибки внешнего контура ЭГУ, которое обусловлено замыканием внутреннего контура ЭГУ через передаточную функцию третьего электронного корректирующего устройства КУ3 (9) (см. ниже).An integrating unit with a time constant T k3 is introduced into the structure W KU1 (s) to compensate for the differentiating effect of a link with a transfer function (T k3 s + 1) in the error circuit of the external circuit of the EHU, which is caused by the closure of the internal circuit of the EHU through the transfer function of the third electronic correction device KU3 (9) (see below).

Выход КУ1 (2) - u1 соединен с одним из входов второго суммирующего операционного усилителя (СОУ2) (3), другой вход которого соединен с выходом КУ3 (9) - uос2. Третье электронное корректирующее устройство КУ3 (9), вход которого соединен с выходом СА (11)) - uoc1, позволяет обеспечить инвариантность коэффициента усиления по скорости ГР2 (8) к нагрузке на нем, к изменению величин давлений нагнетания и слива, к изменению температуры рабочей жидкости и к допускам на коэффициенты усиления ЭУМ (5), ЭМП (6), ГР1 (7), а также повысить КПД ЭГУ. Передаточная функция КУ3, WКУ3(s), имеет следующий вид:The output of KU1 (2) - u 1 is connected to one of the inputs of the second summing operational amplifier (SOU2) (3), the other input of which is connected to the output of KU3 (9) - u os2 . The third electronic correction device KU3 (9), the input of which is connected to the output of the CA (11)) - u oc1 , allows ensuring the gain constant in the speed of GR2 (8) to the load on it, to changing the values of the discharge and discharge pressures, to changing the temperature working fluid and to tolerances for amplification factors EUM (5), EMF (6), GR1 (7), as well as increase the efficiency of the EHU. The transfer function KU3, W KU3 (s), has the following form:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где: uoc2(s) - выходной сигнал КУ3(9);where: u oc2 (s) is the output signal KU3 (9);

kу2 определяется по соотношению:k y2 is determined by the ratio:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где: (u1)max - максимальное значение выходной координаты КУ1(2);where: (u 1 ) max - the maximum value of the output coordinate KU1 (2);

Figure 00000006
- максимальная скорость холостого хода (без нагрузки) выходной координаты ЭГУ при номинальных значениях давлений нагнетания и слива, при нормальной температуре рабочей жидкости и при номинальных значениях коэффициентов усиления ЭУМ (5), ЭМП (6), ГР1 (7);
Figure 00000006
- the maximum idle speed (no load) of the EGU output coordinate at nominal discharge and discharge pressures, at normal temperature of the working fluid and at nominal amplification factors of EUM (5), EMF (6), GR1 (7);

kДОС - коэффициент передачи ДОС(10);k DOS - transmission coefficient of DOS (10);

kСА - коэффициент передачи СА(11);k SA - transmission coefficient CA (11);

kДОСkСА [В/см];k DOS k CA [V / cm];

kу3 - коэффициент усиления третьего электронного корректирующего устройства,k y3 is the gain of the third electronic correction device,

kу3[c].k y3 [c].

На выходе СОУ2 (3) установлено второе электронное корректирующее устройство (КУ2) (4), предназначенное для компенсации резонансного пика на амплитудной частотной характеристике малодемпфированного механического звена первого каскада - якорь ЭМП (6) и подвижный элемент ГР1 (7) на пружинном подвесе.At the output of SOU2 (3), a second electronic correction device (KU2) (4) was installed, designed to compensate for the resonance peak in the amplitude frequency response of a weakly damped mechanical link of the first stage — the EMF armature (6) and the movable element GR1 (7) on a spring suspension.

Передаточная функция КУ2 (4), WКУ2(s), может выполняться в двух вариантах:The transfer function KU2 (4), W KU2 (s), can be performed in two versions:

а) первый вариант -a) the first option is

Figure 00000014
,
Figure 00000014
,

где: u2 - выходной сигнал КУ2 (4);where: u 2 - output signal KU2 (4);

Δu2=u1-uос2;Δu 2 = u 1 -u os2 ;

Tа и ζа - постоянная времени и относительный коэффициент демпфирования колебательного звена механической части первого каскада;T a and ζ a are the time constant and the relative damping coefficient of the vibrational link of the mechanical part of the first stage;

Tб=(0,2÷1,0)Ta; ζб=(5÷30)ζa;T b = (0.2 ÷ 1.0) T a ; ζ b = (5 ÷ 30) ζ a ;

б) второй вариант -b) the second option is

Figure 00000015
,
Figure 00000015
,

где: TК4=(3÷5)Tа.where: T K4 = (3 ÷ 5) T a .

Вариант реализации КУ2 (4) выбирает разработчик ЭГУ при формировании внутреннего контура (контура обратной связи по скорости выходной координаты ЭГУ - х2) в зависимости от требуемых статических и динамических характеристик ЭГУ и при конкретных значениях Tа и ζа.The implementation option of KU2 (4) is chosen by the EHU developer when forming the internal circuit (feedback loop for the speed of the output coordinate of the EHU - x 2 ) depending on the required static and dynamic characteristics of the EHU and for specific values of T a and ζ a .

Выход КУ2 (4) - u2 соединен с входом электронного усилителя мощности ЭУМ (5), выход которого соединен с управляющей обмоткой ЭМП (6); якорь ЭМП (6) кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада ГР1 (7). Пропорционально модулю и знаку напряжения (u3) на выходе ЭУМ (5) в управляющей обмотке ЭМП (6) возникает ток управления, определяющий величину и знак управляющего момента на валу ЭМП (6). Под действием этого момента подвижный элемент ГР1 (7) (рамка плоского золотника) отклоняется от своего нейтрального положения. В результате в управляющих полостях ГР2 (8) возникает перепад давлений, под действием которого ГР2 (8) смещается от своего нейтрального положения, предопределяя при этом смещение от исходного положения подвижного элемента ДОС (10), что обуславливает изменение (от исходного значения) сигнала обратной связи (uос1), поступающего одновременно на один из входов СОУ1 (1) и на вход третьего электронного корректирующего устройства КУ3 (9).The output KU2 (4) - u 2 is connected to the input of the electronic power amplifier EUM (5), the output of which is connected to the control winding of the EMF (6); EMF armature (6) is kinematically connected with the moving element of the hydraulic distributor of the first cascade GR1 (7). In proportion to the module and the sign of the voltage (u 3 ) at the output of the EUM (5), a control current arises in the control winding of the EMF (6), which determines the magnitude and sign of the control moment on the EMF shaft (6). Under the influence of this moment, the movable element GR1 (7) (flat spool frame) deviates from its neutral position. As a result, a pressure drop occurs in the control cavities of ГР2 (8), under the influence of which ГР2 (8) shifts from its neutral position, thereby determining a shift from the initial position of the movable DOS element (10), which causes a change (from the initial value) of the feedback signal communication (u OS1 ), arriving simultaneously to one of the inputs of SOU1 (1) and to the input of the third electronic correction device KU3 (9).

В итоге имеем:As a result, we have:

1. Улучшение статических, динамических и энергетических характеристик. ЭГУ за счет введения обратной связи по скорости выходной координаты ЭГУ и, как следствие реализации инвариантности коэффициента усиления по скорости этой координаты к нагрузке на ГР2, к изменению величин давлений нагнетания и слива, к изменению температуры рабочей жидкости и к допускам на коэффициенты усиления ЭУМ, ЭМП и ГР1.1. Improving static, dynamic and energy characteristics. EGU due to the introduction of feedback on the speed of the output coordinate of the EGU and, as a consequence of the implementation of the invariance of the gain in speed of this coordinate to the load on GR2, to a change in the pressure of discharge and discharge, to a change in the temperature of the working fluid and to tolerances on the gain of the EUM, EMF and GR1.

2. Уменьшение утечек на гидрораспределителе первого каскада за счет увеличения перекрытий этого гидрораспределителя без увеличения зоны нечувствительности ЭГУ за счет введения в цепь ошибки контура ЭГУ интегро-дифференцирующего звена.2. Reducing leaks on the control valve of the first stage by increasing the overlap of this control valve without increasing the dead band of the EHU by introducing an integro-differentiating link into the error circuit of the EHU.

3. Улучшение статических и динамических характеристик ЭГУ за счет введения в цепь ошибки внутреннего контура ЭГУ электронного корректирующего устройства, компенсирующего резонансный пик малодемпфированного механического звена первого каскада, что позволяет увеличить коэффициент усиления внутреннего контура ЭГУ.3. Improving the static and dynamic characteristics of the EHU by introducing an electronic correcting device into the error circuit of the EHU that compensates the resonance peak of the low-damped mechanical link of the first stage, which allows to increase the gain of the internal circuit of the EHU.

Отметим, что повышение эффективности ЭГУ, полученное за счет усовершенствования его электронной схемы, будет иметь место и в случае применения двухкаскадных ЭГУ с электрической обратной связью с другими гидрораспределителями первого каскада.It should be noted that an increase in the efficiency of the EHU, obtained by improving its electronic circuit, will also occur in the case of the use of two-stage EHUs with electric feedback with other directional control valves of the first cascade.

Claims (1)

Двухкаскадный электрогидравлический усилитель мощности с электрической обратной связью, содержащий:
первый суммирующий операционный усилитель, на один вход которого подается вправляющий сигнал, а другой вход, через согласующую аппаратуру, соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи;
электронный усилитель мощности, выход которого соединен с управляющей обмоткой электромеханического преобразователя;
электромеханический преобразователь, якорь которого кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада;
гидрораспределитель первого каскада, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и, через две гидролинии, гидравлически соединенный с управляющими полостями гидрораспределителя второго каскада;
гидрораспределитель второго каскада, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи и гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;
согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи, отличающийся тем, что
на выходе первого суммирующего операционного усилителя установлено первое электронное корректирующее устройство, передаточная функция которого имеет следующий вид:
Figure 00000016
,
где u1 - выходной сигнал первого электронного корректирующего устройства;
Δu1 - входной сигнал первого электронного корректирующего устройства,
Δu1=uвх-uoc1;
uвх - управляющий сигнал на входе суммирующего операционного усилителя;
uoc1 - выходной сигнал согласующей аппаратуры;
Тк1, Тк2 и Тк3 - постоянные времени передаточной функции WKV1(s);
Тк1=(2÷4)Тcp;
постоянная времени Тcp определяется по соотношению:
Figure 00000017
,
ωср - частота, на которой амплитудная частотная характеристика разомкнутого внешнего контура двухкаскадного электрогидравлического усилителя мощности пересекает ось частот;
Тк2=(2÷4)Тк1;
Figure 00000018
;
fраб - частота, в пределах которой нормируются динамические характеристики двухкаскадного электрогидравлического усилителя мощности,
выход первого электронного корректирующего устройства соединен с одним из входов второго суммирующего операционного усилителя, второй вход которого соединен с выходом третьего электронного корректирующего устройства, вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры, и передаточная функция которого имеет следующий вид:
Figure 00000019
,
где uoc2(s) - выходной сигнал третьего электронного корректирующего устройства;
kу3 определяется по соотношению:
Figure 00000020
,
где (u1)max - максимальное значение выходной координаты первого электронного корректирующего устройства;
Figure 00000021
- максимальная скорость холостого хода (без нагрузки) выходной координаты двухкаскадного электрогидравлического усилителя мощности при номинальных значениях давлений нагнетания и слива, при нормальной температуре рабочей жидкости и при номинальных значениях коэффициентов усиления электронного усилителя мощности, электромеханического преобразователя, гидрораспределителя первого каскада;
kДОС - коэффициент передачи электрического датчика обратной связи;
kСА - коэффициент передачи согласующей аппаратуры,
kДОСkСА [В/см];
kу3 - коэффициент усиления третьего электронного корректирующего устройства,
kу3[c],
выход второго суммирующего операционного усилителя, Δu2=u1-uoc2, соединен с входом второго электронного корректирующего устройства, передаточная функция которого, WКУ2(s), может выполняться в двух вариантах:
а) первый вариант -
Figure 00000022
,
где u2 - выходной сигнал второго электронного корректирующего устройства;
Та и ζа - постоянная времени и относительный коэффициент демпфирования колебательного звена механической части гидрораспределителя первого каскада;
ТБ=(0,2÷1,0)ТА; ζБ=(5÷30)ζА;
б) второй вариант -
Figure 00000023
,
где ТК4=(3÷5)Та;
выход второго электронного корректирующего устройства соединен со входом электронного усилителя мощности. A two-stage electro-hydraulic power amplifier with electrical feedback, containing:
the first summing operational amplifier, on one input of which a control signal is supplied, and the other input, through the matching equipment, is connected to the signal winding of the electric feedback sensor;
an electronic power amplifier, the output of which is connected to the control winding of the electromechanical converter;
an electromechanical converter, the anchor of which is kinematically connected with the moving element of the hydraulic control valve of the first cascade;
a hydrodistributor of the first cascade, hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines and, through two hydraulic lines, hydraulically connected to the control cavities of the hydrodistributor of the second cascade;
a hydrodistributor of the second stage kinematically connected with the movable element of the electric feedback sensor and hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines;
matching equipment, the input of which is connected to the signal winding of the electrical feedback sensor, characterized in that
at the output of the first summing operational amplifier, the first electronic correction device is installed, the transfer function of which has the following form:
Figure 00000016
,
where u 1 is the output signal of the first electronic correction device;
Δu 1 is the input signal of the first electronic correction device,
Δu 1 = u in -u oc1 ;
u I - control signal at the input of the summing operational amplifier;
u oc1 - output signal matching equipment;
T k1 , T k2 and T k3 - time constants of the transfer function W KV1 (s);
T k1 = (2 ÷ 4) T cp ;
the time constant T cp is determined by the ratio:
Figure 00000017
,
ω cf is the frequency at which the amplitude frequency characteristic of the open external circuit of the two-stage electro-hydraulic power amplifier crosses the frequency axis;
T k2 = (2 ÷ 4) T k1 ;
Figure 00000018
;
f slave is the frequency within which the dynamic characteristics of a two-stage electro-hydraulic power amplifier are normalized,
the output of the first electronic correction device is connected to one of the inputs of the second summing operational amplifier, the second input of which is connected to the output of the third electronic correction device, the input of which is connected to the output of the matching equipment, and the transfer function of which has the following form:
Figure 00000019
,
where u oc2 (s) is the output signal of the third electronic correction device;
k y3 is determined by the ratio:
Figure 00000020
,
where (u 1 ) max is the maximum value of the output coordinate of the first electronic correction device;
Figure 00000021
- maximum idle speed (without load) of the output coordinate of a two-stage electro-hydraulic power amplifier at nominal discharge and discharge pressures, at normal temperature of the working fluid and at nominal values of the amplification factors of the electronic power amplifier, electromechanical converter, hydraulic valve of the first stage;
k DOS - transmission coefficient of the electric feedback sensor;
k CA - transfer coefficient matching equipment,
k DOS k CA [V / cm];
k y3 is the gain of the third electronic correction device,
k y3 [c],
the output of the second summing operational amplifier, Δu 2 = u 1 -u oc2 , is connected to the input of the second electronic correction device, the transfer function of which, W KU2 (s), can be performed in two versions:
a) the first option is
Figure 00000022
,
where u 2 is the output signal of the second electronic correction device;
A and ζa T - the time constant and the damping coefficient of the relative oscillatory link mechanical control valve of the first stage;
T B = (0.2 ÷ 1.0) T A ; ζ B = (5 ÷ 30) ζ A ;
b) the second option is
Figure 00000023
,
where T K4 = (3 ÷ 5) T a ;
the output of the second electronic correction device is connected to the input of the electronic power amplifier.
RU2007125882/06A 2007-07-10 2007-07-10 Two-stage electrohydraulic feed back power amplifier RU2361119C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125882/06A RU2361119C2 (en) 2007-07-10 2007-07-10 Two-stage electrohydraulic feed back power amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125882/06A RU2361119C2 (en) 2007-07-10 2007-07-10 Two-stage electrohydraulic feed back power amplifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007125882A RU2007125882A (en) 2009-01-20
RU2361119C2 true RU2361119C2 (en) 2009-07-10

Family

ID=40375464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007125882/06A RU2361119C2 (en) 2007-07-10 2007-07-10 Two-stage electrohydraulic feed back power amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2361119C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489607C1 (en) * 2011-12-09 2013-08-10 Валерий Иванович Разинцев Two-stage electrohydraulic amplifier with electric flow feedback
RU2553588C1 (en) * 2013-11-19 2015-06-20 Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод "ВОСХОД" - ОАО "ПМЗ ВОСХОД" Two-channel electrohydraulic power amplifier
RU178142U1 (en) * 2017-07-04 2018-03-26 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" ELECTRIC HYDRAULIC DISTRIBUTOR WITH A PLANE ASH

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РАЗИНЦЕВ В.И. Электрогидравлические усилители мощности. - М.: Машиностроение, 1980, с.69, рис.27. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489607C1 (en) * 2011-12-09 2013-08-10 Валерий Иванович Разинцев Two-stage electrohydraulic amplifier with electric flow feedback
RU2553588C1 (en) * 2013-11-19 2015-06-20 Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод "ВОСХОД" - ОАО "ПМЗ ВОСХОД" Two-channel electrohydraulic power amplifier
RU178142U1 (en) * 2017-07-04 2018-03-26 Акционерное общество "Новосибирский приборостроительный завод" ELECTRIC HYDRAULIC DISTRIBUTOR WITH A PLANE ASH

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007125882A (en) 2009-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Scheidl et al. HYDRAULIC SWITCHING CONTROL-OBJECTIVES, CONCEPTS, CHALLENGES AND POTENTIAL APPLICATIONS.
CN104344055B (en) Proportional electromagnetic valve driving method and system based on PWM (Pulse Width Modulation)
CN102506031B (en) Hydraulic pipeline fluid pulse active inhibition method based on bilateral overflow principle
RU2361119C2 (en) Two-stage electrohydraulic feed back power amplifier
US20180266447A1 (en) Pump-Controlled Hydraulic Circuits for Operating a Differential Hydraulic Actuator
Zhang et al. Performance limitations of a class of two-stage electro-hydraulic flow valves
Baoren et al. Modeling and control of a novel high-pressure pneumatic servo valve direct-driven by voice coil motor
RU2361123C2 (en) Electric hydraulic follower drive of throttle control with double-cascade electric hydraulic power amplifier
CN105283676A (en) Piezoelectric valve based on linear actuator
Wu Modeling and experimental evaluation of a load-sensing and pressure compensated hydraulic system
RU2346187C2 (en) Three-stage electrohydraulic power amplifier
RU2361122C2 (en) Throttling control electrohydraulic servo drive incorporating one-stage electrohydraulic power amplifier
Koktavy et al. Design of a crank-slider spool valve for switch-mode circuits with experimental validation
US6755205B1 (en) Method to stabilize a nozzle flapper valve
O’Shea Hydraulic flow ripple cancellation using the primary flow source
Scheidl et al. Basics for the energy-efficient control of hydraulic drives by switching techniques
US20220373003A1 (en) Differential hydraulic buffer
JP5644240B2 (en) Damper device
Tic et al. Impact of proportional valves’ differences to ensure uniform motion of hydraulic motors
Yuan et al. Efficient control of a switched inertance hydraulic converter with a time-varying load
Pingchao et al. Active control on fluid borne pulsation using piezoelectric valve as absorber
Gøytil et al. Motion control of large inertia loads using electrohydrostatic actuation
Chikhalsouk et al. Modeling and simulation swash plate pump response characteristics in load sensing and pressure compensated hydraulic system
Cheng et al. Comparison of acceleration control and pressure feedback for active damping improvement of hydraulic manipulators
Wei et al. Three-state Feedback Control of Electro-hydraulic Servo Shaking Table Based on State Space Research

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100711