[發明專利]一種基于單邊壓力反饋的新型液壓直驅系統

在審

• 申請號: 201510687569.4
• 申請日: 2015-10-22
• 公開（公告）號: CN105201940A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 韓賀永;和東平;王君;王晶;張華君;申竹茂
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: F15B11/08
• 分類號: F15B11/08;F15B13/16;F15B13/12;F15B21/08
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技術領域

本發明屬于直驅式容積控制液壓系統技術領域，具體涉及一種基于單邊壓力反饋的新型液壓直驅系統。

背景技術

目前，常見的液壓傳統系統主要有閥控缸系統和泵控缸系統兩種，閥控缸系統主要利用換向閥閥芯的換向來控制液壓缸活塞桿的動作，具有精度高，響應快的優點，缺點是效率低；泵控缸系統主要采用伺服電機驅動定量泵來控制液壓缸活塞桿的動作，具有效率高的優點，但其快速性和精度都較閥控系統低。隨著科學技術水平的不斷發展和對控制精度要求的不斷提高，傳統的方法已經不能滿足現代工藝的需要，而且在大功率設備中，節能與高效顯得尤為重要。本發明采用交流伺服電機驅動非對稱閉式變量泵來控制非對稱液壓缸活塞桿的伸出和縮回，利用非對稱閉式變量泵對非對稱液壓缸兩腔的流量進行匹配與補償，來滿足在活塞桿伸出和縮回的過程中非對稱液壓缸有桿腔和無桿腔所需油液流量不相等的要求；通過單邊壓力反饋增益的引入來補償系統的動態特性，非對稱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程中始終反饋非對稱液壓缸活塞一側的壓力信號，這樣反饋信號對系統的作用就是非對稱的，利用反饋的非對稱性來補償系統本身的非對稱性。該發明彌補了傳統方法的不足，而且提高了系統的響應速度和穩定性，實現了系統的流量適應，更能滿足現代工藝的要求，更加高效節能，液壓系統更加智能化。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型液壓直驅系統及其控制方法。該發明基于單邊壓力反饋，以交流伺服電機驅動非對稱閉式變量泵取代傳統的伺服電機驅動定量泵，通過對單邊壓力反饋增益的引入，提出了一種新型液壓直驅系統，不僅彌補了傳統方法的不足，而且提高了系統的響應速度和穩定性，實現了系統的流量適應，更能滿足現代工藝的要求，更加高效節能，液壓系統更加智能化。

本發明為解決傳統液壓傳統系統的缺點所提出的技術方案是：

如圖（1）所示：該液壓直驅系統的動力源和控制元件主要是交流伺服電機1和非對稱閉式變量泵2；為了提高油液的清潔度和延長液壓泵的壽命，使用雙向過濾器3.1、3.2；由于主缸是非對稱液壓缸，為了解決活塞桿伸出和縮回時候的補液問題，用另置的輔助油泵10來補償；溢流閥5作為系統的安全閥，防止系統過載；防止液壓缸在負載沖擊力作用下發生返流的現象，液壓鎖6串聯在主回路上，可以保證在系統停機的情況下液壓缸活塞桿的位置不變，對系統起到保護作用；為了減小伺服電機對位移傳感器的信號干擾，采用內置磁致伸縮位移傳感器安裝在活塞桿內部。

控制思路如圖（1）（2）所示：由主控制器發出指令伺服驅動器，進而驅動交流伺服電動機1旋轉，從而控制非對稱閉式變量泵2的流量輸出和轉向輸出，利用非對稱閉式變量泵2對非對稱液壓缸兩腔的流量進行匹配與補償，來滿足在活塞桿伸出和縮回的過程中非對稱液壓缸有桿腔和無桿腔所需油液流量不相等的要求，閉式變量液壓泵排量的改變通過主控制器給出的指令來驅動變量機構執行；液壓缸活塞桿內置磁致伸縮位移傳感器，實時反饋液壓缸活塞桿的位移，通過比較主控制器給定的位移指令值與實際位移傳感器反饋得到的位移信號，形成位移偏差信號，經過D/A轉換，輸入給伺服驅動器，控制伺服電機1的轉速和轉向，最終實現非對稱液壓缸8的伸出和縮回。非對稱液壓缸由于活塞兩側受壓面積不同，引起兩個方向上響應速度的差異，最終導致系統的不對稱型，影響系統位置控制精度。該發明引入單邊壓力反饋來補償系統的動態特性。非對稱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程中始終反饋非對稱液壓缸活塞一側的壓力信號，這樣反饋信號對系統的作用就是非對稱的，利用反饋的非對稱性來補償系統本身的非對稱性。通過引入單邊壓力反饋增益，將反饋回來的壓力信號作為一種補償信號，乘以反饋增益后補償到位置閉環的控制回路中，提高了位置的控制精度和系統的響應速度。

在該發明中，給出了單邊壓力反饋轉換計算方法，公式如下：,

其中，

為單邊壓力反饋增益；

為在線實時測得液壓缸工作時相鄰兩個時刻之間的位移信號差；

為在線實時測得液壓缸工作時相鄰兩個時刻之間的單邊壓力信號差；

本發明的優點：

（1）本發明通過伺服變頻技術，用交流伺服電機驅動非對稱閉式變量泵作為液壓系統的動力源，提高了液壓直驅系統的自動化程度和控制精度。

（2）本發明實現了系統的流量適應，控制靈活、動態性能好、高效節能，效率最高可達90%,性價比高、便于集成化。