[發(fā)明專利]變轉(zhuǎn)速液壓動力源復合補償控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510810205.0
• 申請日: 2015-11-19
• 公開（公告）號: CN105278559A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬玉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G05D7/06
• 分類號: G05D7/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于液壓動力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種變轉(zhuǎn)速液壓動力源流量控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

液壓傳動與控制技術(shù)是集液壓技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、計算機控制及現(xiàn)代控制理論等眾多學科于一體的高交叉性、高綜合性的技術(shù)學科，具有顯著的機電液一體化特征。液壓設(shè)備中大部分要對執(zhí)行機構(gòu)的速度進行控制，也就是說調(diào)速控制是液壓設(shè)備的核心，一般分為節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速兩種閥控形式。隨著交流電機變頻調(diào)速技術(shù)的不斷普及，液壓設(shè)備變頻容積調(diào)速(變轉(zhuǎn)速控制)方法被提出，它的原理是將定量油泵和電機交流調(diào)速技術(shù)有機結(jié)合,依靠改變電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的速度調(diào)節(jié)，也就是通過油泵轉(zhuǎn)速的變化實現(xiàn)流量的動態(tài)調(diào)節(jié)，與變量泵系統(tǒng)相比較省去了復雜的變排量控制機構(gòu)。與傳統(tǒng)閥控調(diào)速系統(tǒng)相比變轉(zhuǎn)速流體調(diào)速控制簡化了液壓回路，抗污染能力強，減少或完全消除了液壓閥的能量損耗，具有高效節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)性能好、噪聲低、容易實現(xiàn)計算機控制等優(yōu)點。

但由于控制對象是電機，而被控量是馬達轉(zhuǎn)速，整個控制系統(tǒng)存在較大的非線性，且變轉(zhuǎn)速泵控馬達調(diào)速系統(tǒng)的速度剛性較低，負載轉(zhuǎn)矩的作用會使得液壓泵、液壓馬達及控制閥產(chǎn)生泄漏，也會改變電機的機械特性，會引起液壓油體積發(fā)生變化。上述因素均可使馬達轉(zhuǎn)速出現(xiàn)降落，且負載轉(zhuǎn)矩越大，馬達轉(zhuǎn)速降落越明顯。因而變轉(zhuǎn)速液壓容積調(diào)速系統(tǒng)控制特性差。

現(xiàn)有的變轉(zhuǎn)速容積調(diào)速系統(tǒng)控制方法主要有以下四種：

恒壓頻比(U/f)開環(huán)控制、矢量小閉環(huán)控制、負載壓力補償控制和速度大閉環(huán)反饋補償控制。恒壓頻比(U/f)開環(huán)控制其優(yōu)點在于對變頻器性能要求低、成本低廉，最容易實現(xiàn)。最大缺點是由于是開環(huán)控制，不能補償由于負載干擾引起的馬達轉(zhuǎn)速降落，系統(tǒng)調(diào)速精達不到要求；矢量控制方式的特點是電機的控制特性好，對變頻器性能要求高，價格較貴。這種控制方式也不能補償馬達轉(zhuǎn)速受負載或油溫變化的影響，調(diào)速精度較恒壓頻比(U/f)開環(huán)控制要好，但仍不能得到可靠的保證；負載壓力補償控制實質(zhì)上是在開環(huán)控制或矢量控制的基礎(chǔ)上加負載前饋補償控制，對負載擾動、液壓油泄漏和電機機械特性變化造成的馬達轉(zhuǎn)速降落有較好的補償效果。相比前兩種控制方法要好的多，但容易產(chǎn)生過補償或欠補償，調(diào)速精度仍不能得到可靠的保證；速度大閉環(huán)反饋補償控制是通過負反饋控制原理對執(zhí)行器的速度進行閉環(huán)控制的，一般可以補償負載或油溫的變化等各種不確定因素對執(zhí)行器速度的影響。缺點是液壓動力系統(tǒng)環(huán)節(jié)多、具有非線性，各種傳感器檢測元件都有一定的滯后性，所以速度大閉環(huán)反饋補償控制最大的問題是控制出現(xiàn)滯后，不及時，響應(yīng)速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有控制方法的缺點，提供了一種變轉(zhuǎn)速液壓動力源流量控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)結(jié)合簡單PID反饋控制和前饋補償控制的優(yōu)點，采用負載前饋-反饋復合控制策略變解決了轉(zhuǎn)速液壓動力源在負載擾動變化時，系統(tǒng)流量出現(xiàn)瞬時波動大、響應(yīng)速度慢、不易調(diào)整等問題，實現(xiàn)在典型工況下液壓動力源系統(tǒng)恒流量控制。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的變轉(zhuǎn)速液壓動力源流量控制系統(tǒng)包括減法器、PID控制器、加法器、伺服驅(qū)動器、永磁電機、齒輪泵、馬達、比例溢流閥、負載前饋控制器、用于檢測齒輪泵出油口處油壓的壓力信息的壓力傳感器、以及用于檢測齒輪泵出油口流量信息的流量傳感器；

所述伺服驅(qū)動器的輸出端與永磁電機的控制端相連接，永磁電機的輸出軸與齒輪泵的驅(qū)動軸相連接，油箱的出油口與齒輪泵的入油口相連通，齒輪泵的出油口與馬達的入油口相連通，馬達的出油口與油箱的入油口相連通，壓力傳感器的輸出端與負載前饋控制器的輸入端相連接，負載前饋控制器的輸出端與加法器的輸入端連接，流量傳感器的輸出端與減法器的輸入端相連接，減法器的輸出端與PID控制器的輸入端相連接，PID控制器的輸出端與加法器的輸入端相連接，加法器的輸出端與伺服驅(qū)動器的輸入端相連接。

本發(fā)明所述的變轉(zhuǎn)速液壓動力源流量控制方法包括以下步驟：