一種基于單邊壓力反饋的新型液壓直驅(qū)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于直驅(qū)式容積控制液壓系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于單邊壓力反饋 的新型液壓直驅(qū)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，常見(jiàn)的液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)主要有閥控缸系統(tǒng)和累控缸系統(tǒng)兩種，閥控缸系統(tǒng)主 要利用換向閥閥忍的換向來(lái)控制液壓缸活塞桿的動(dòng)作，具有精度高，響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是 效率低；累控缸系統(tǒng)主要采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量累來(lái)控制液壓缸活塞桿的動(dòng)作，具有效率 高的優(yōu)點(diǎn)，但其快速性和精度都較閥控系統(tǒng)低。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展和對(duì)控制精 度要求的不斷提高，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工藝的需要，而且在大功率設(shè)備中，節(jié)能 與高效顯得尤為重要。本發(fā)明采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)非對(duì)稱(chēng)閉式變量累來(lái)控制非對(duì)稱(chēng)液壓 缸活塞桿的伸出和縮回，利用非對(duì)稱(chēng)閉式變量累對(duì)非對(duì)稱(chēng)液壓缸兩腔的流量進(jìn)行匹配與補(bǔ) 償，來(lái)滿足在活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中非對(duì)稱(chēng)液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔所需油液流量不相 等的要求；通過(guò)單邊壓力反饋增益的引入來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，非對(duì)稱(chēng)液壓缸的大小腔 分別與梭閥的口與口接通，壓力傳感器與梭閥的A口相連，在液壓缸活塞桿伸出和縮回的 過(guò)程中始終反饋非對(duì)稱(chēng)液壓缸活塞一側(cè)的壓力信號(hào)，運(yùn)樣反饋信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的作用就是非對(duì) 稱(chēng)的，利用反饋的非對(duì)稱(chēng)性來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)本身的非對(duì)稱(chēng)性。該發(fā)明彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足，而 且提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的流量適應(yīng)，更能滿足現(xiàn)代工藝的要求，更 加高效節(jié)能，液壓系統(tǒng)更加智能化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種新型液壓直驅(qū)系統(tǒng)及其控制方法。該發(fā)明基于單邊壓力 反饋，W交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)非對(duì)稱(chēng)閉式變量累取代傳統(tǒng)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量累，通過(guò)對(duì)單 邊壓力反饋增益的引入，提出了一種新型液壓直驅(qū)系統(tǒng)，不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足，而且 提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的流量適應(yīng)，更能滿足現(xiàn)代工藝的要求，更加 高效節(jié)能，液壓系統(tǒng)更加智能化。
[0004] 本發(fā)明為解決傳統(tǒng)液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)所提出的技術(shù)方案是： 如圖（1)所示：該液壓直驅(qū)系統(tǒng)的動(dòng)力源和控制元件主要是交流伺服電機(jī)1和非對(duì)稱(chēng) 閉式變量累2 ;為了提高油液的清潔度和延長(zhǎng)液壓累的壽命，使用雙向過(guò)濾器3. 1、3. 2 ;由 于主缸是非對(duì)稱(chēng)液壓缸，為了解決活塞桿伸出和縮回時(shí)候的補(bǔ)液?jiǎn)栴}，用另置的輔助油累 10來(lái)補(bǔ)償；溢流閥5作為系統(tǒng)的安全閥，防止系統(tǒng)過(guò)載；防止液壓缸在負(fù)載沖擊力作用下發(fā) 生返流的現(xiàn)象，液壓鎖6串聯(lián)在主回路上，可W保證在系統(tǒng)停機(jī)的情況下液壓缸活塞桿的 位置不變，對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)作用；為了減小伺服電機(jī)對(duì)位移傳感器的信號(hào)干擾，采用內(nèi)置磁 致伸縮位移傳感器安裝在活塞桿內(nèi)部。
[0005] 控制思路如圖（1) (2)所示：由主控制器發(fā)出指令伺服驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)交流伺服 電動(dòng)機(jī)1旋轉(zhuǎn)，從而控制非對(duì)稱(chēng)閉式變量累2的流量輸出和轉(zhuǎn)向輸出，利用非對(duì)稱(chēng)閉式變量 累2對(duì)非對(duì)稱(chēng)液壓缸兩腔的流量進(jìn)行匹配與補(bǔ)償，來(lái)滿足在活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中非 對(duì)稱(chēng)液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔所需油液流量不相等的要求，閉式變量液壓累排量的改變通過(guò) 主控制器給出的指令來(lái)驅(qū)動(dòng)變量機(jī)構(gòu)執(zhí)行；液壓缸活塞桿內(nèi)置磁致伸縮位移傳感器，實(shí)時(shí) 反饋液壓缸活塞桿的位移，通過(guò)比較主控制器給定的位移指令值與實(shí)際位移傳感器反饋得 到的位移信號(hào)，形成位移偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，輸入給伺服驅(qū)動(dòng)器，控制伺服電機(jī)1的 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，最終實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)液壓缸8的伸出和縮回。非對(duì)稱(chēng)液壓缸由于活塞兩側(cè)受壓面 積不同，引起兩個(gè)方向上響應(yīng)速度的差異，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的不對(duì)稱(chēng)型，影響系統(tǒng)位置控制精 度。該發(fā)明引入單邊壓力反饋來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。非對(duì)稱(chēng)液壓缸的大小腔分別與梭閥 7的巧口與口接通，壓力傳感器與梭閥的A口相連，在液壓缸活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中始 終反饋非對(duì)稱(chēng)液壓缸活塞一側(cè)的壓力信號(hào)，運(yùn)樣反饋信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的作用就是非對(duì)稱(chēng)的，利 用反饋的非對(duì)稱(chēng)性來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)本身的非對(duì)稱(chēng)性。通過(guò)引入單邊壓力反饋增益，將反饋回來(lái) 的壓力信號(hào)作為一種補(bǔ)償信號(hào)，乘W反饋增益后補(bǔ)償?shù)轿恢瞄]環(huán)的控制回路中，提高了位 置的控制精度和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
[0006] 在該發(fā)明中，給出了單邊壓力反饋轉(zhuǎn)換計(jì)算方法，公式如下：， 其中，
為單邊壓力反饋增益； 盆I為在線實(shí)時(shí)測(cè)得液壓缸工作時(shí)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的位移信號(hào)差； 接JP對(duì)在線實(shí)時(shí)測(cè)得液壓缸工作時(shí)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的單邊壓力信號(hào)差； 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： (1)本發(fā)明通過(guò)伺服變頻技術(shù)，用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)非對(duì)稱(chēng)閉式變量累作為液壓系統(tǒng) 的動(dòng)力源，提高了液壓直驅(qū)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和控制精度。
[0007] (2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的流量適應(yīng)，控制靈活、動(dòng)態(tài)性能好、高效節(jié)能，效率最高可 達(dá)90%，性?xún)r(jià)比高、便于集成化。
[0008] (3)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)為液壓直驅(qū)的智能化控制提供了一種新思路。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本發(fā)明基于單邊壓力反饋的新型液壓直驅(qū)系統(tǒng)原理圖； 圖2為本發(fā)明基于單邊壓力反饋的新型液壓直驅(qū)系統(tǒng)控制框圖。
[0010] 圖中 1--交流伺服電機(jī) 2-一非對(duì)稱(chēng)閉式變量累 3. 1、3. 2-一變雙向過(guò)濾器 4. 1、4. 2、4. 3、4. 4--單向閥 5--溢流閥 6-液壓鎖 7-梭閥 8-非對(duì)稱(chēng)液壓缸 9--輔助立相異步電機(jī) 10--輔助油累 11--溢流閥。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 由主控制器發(fā)出指令伺服驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)交流伺服電動(dòng)機(jī)1旋轉(zhuǎn)，從而控制非 對(duì)稱(chēng)閉式變量累2的流量輸出和轉(zhuǎn)向輸出，利用非對(duì)稱(chēng)閉式變量累2對(duì)非對(duì)稱(chēng)液壓缸8兩 腔的流量進(jìn)行匹配與補(bǔ)償，來(lái)滿足在活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中非對(duì)稱(chēng)液壓缸有桿腔和無(wú) 桿腔所需油液流量不相等的要求，閉式變量液壓累排量的改變通過(guò)主控制器給出的指令來(lái) 驅(qū)動(dòng)變量機(jī)構(gòu)執(zhí)行；液壓缸活塞桿內(nèi)置磁致伸縮位移傳感器，實(shí)時(shí)反饋液壓缸活塞桿的位 移，通過(guò)比較主控制器給定的位移指令值與實(shí)際位移傳感器反饋得到的位移信號(hào)，形成位 移偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，輸入給伺服驅(qū)動(dòng)器，控制伺服電機(jī)1的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，最終實(shí)現(xiàn)非 對(duì)稱(chēng)液壓缸8的伸出和縮回。非對(duì)稱(chēng)液壓缸由于活塞桿兩側(cè)受壓面積不同，引起兩個(gè)方向 上響應(yīng)速度的差異，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的不對(duì)稱(chēng)型，影響系統(tǒng)位置控制精度。該發(fā)明引入單邊壓 力反饋來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性沒(méi)，非對(duì)稱(chēng)液壓缸的大小腔分別與梭閥7的口與口接通，壓 力傳感器與梭閥的A口相連，在液壓缸活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中始終反饋非對(duì)稱(chēng)液壓缸 活塞一側(cè)的壓力信號(hào)，運(yùn)樣反饋信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的作用就是非對(duì)稱(chēng)的，利用反饋的非對(duì)稱(chēng)性來(lái) 補(bǔ)償系統(tǒng)本身的非對(duì)稱(chēng)性。通過(guò)引入壓力反饋增益，將反饋回來(lái)的壓力信號(hào)作為一種補(bǔ)償 信號(hào)，乘W反饋增益后補(bǔ)償?shù)轿恢瞄]環(huán)的控制回路中，提高了位置的控制精度和系統(tǒng)的響 應(yīng)速度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單邊壓力反饋的新型液壓直驅(qū)系統(tǒng)，其特征是W交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量液 壓累來(lái)控制非對(duì)稱(chēng)液壓缸活塞桿的伸出和縮回，利用非對(duì)稱(chēng)閉式變量累對(duì)非對(duì)稱(chēng)液壓缸兩 腔的流量進(jìn)行匹配與補(bǔ)償，來(lái)滿足在活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中非對(duì)稱(chēng)液壓缸有桿腔和無(wú) 桿腔所需油液流量不相等的要求；通過(guò)單邊壓力反饋增益的引入，來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性， 非對(duì)稱(chēng)液壓缸的大小腔分別與梭閥的口與口接通，壓力傳感器與梭閥的A口相連，在液壓 缸活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中始終反饋非對(duì)稱(chēng)液壓缸活塞一側(cè)的壓力信號(hào)，運(yùn)樣反饋信號(hào) 對(duì)系統(tǒng)的作用就是非對(duì)稱(chēng)的，利用反饋的非對(duì)稱(chēng)性來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)本身的非對(duì)稱(chēng)性。2. 如權(quán)利要求1所述，在該發(fā)明中給出了單邊壓力反饋轉(zhuǎn)換計(jì)算方法，公式如下：， 其中，為單邊壓力反饋增益； 盆I為在線實(shí)時(shí)測(cè)得液壓缸工作時(shí)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的位移信號(hào)差； 慈殺為在線實(shí)時(shí)測(cè)得液壓缸工作時(shí)相鄰兩個(gè)時(shí)刻之間的單邊壓力信號(hào)差。
【專(zhuān)利摘要】一種基于單邊壓力反饋的新型液壓直驅(qū)系統(tǒng)，屬于直驅(qū)式容積控制液壓系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，其特征是：用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)非對(duì)稱(chēng)閉式變量泵來(lái)控制非對(duì)稱(chēng)液壓缸活塞桿的伸出和縮回，利用非對(duì)稱(chēng)閉式變量泵對(duì)非對(duì)稱(chēng)液壓缸兩腔的流量進(jìn)行匹配與補(bǔ)償，來(lái)滿足在活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中非對(duì)稱(chēng)液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔所需油液流量不相等的要求；通過(guò)單邊壓力反饋增益的引入，來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，非對(duì)稱(chēng)液壓缸的大小腔分別與梭閥的口與口接通，壓力傳感器與梭閥的A口相連，在液壓缸活塞桿伸出和縮回的過(guò)程中始終反饋非對(duì)稱(chēng)液壓缸活塞一側(cè)的壓力信號(hào)，這樣反饋信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的作用就是非對(duì)稱(chēng)的，利用反饋的非對(duì)稱(chēng)性來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)本身的非對(duì)稱(chēng)性，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的流量適應(yīng)，更能滿足現(xiàn)代工藝的要求，更加高效節(jié)能，液壓系統(tǒng)更加智能化。
【IPC分類(lèi)】F15B21/08, F15B13/12, F15B11/08, F15B13/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105201940
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510687569
【發(fā)明人】韓賀永, 和東平, 王君, 王晶, 張華君, 申竹茂
【申請(qǐng)人】太原科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月22日