[發明專利]具有緩沖功能液壓缸的控制系統和控制方法

有效

• 申請號: 201611128888.2
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106438585B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 榮學文;楊琨;馬昕;李貽斌;陳騰;柴匯;田國會;李彬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F15B21/02
• 分類號: F15B21/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明涉及一種用于對具有緩沖功能的液壓缸進行控制的系統及方法，屬于液壓缸控制技術領域。

背景技術

在腿足式機器人的驅動方式中，液壓驅動方式具有動態性寬、輸出力量大、功率-重量比高、帶寬高和線性度高的特點，特別適用于高性能的機器人。為了使整個機器人能夠合理高效的運動，必須要對其單關節的驅動器進行研究。

目前腿足式機器人的單關節驅動，一般采用液壓缸驅動，但是現有液壓缸存在沖擊過大等問題，對系統壓力造成波動以及對元件的損壞。

中國專利文獻CN203189407U公開的《一種液壓缸控制系統》，包括聯軸器，聯軸器一端固定連接有伺服電機，聯軸器另一端固定連接有齒輪泵，齒輪泵設有液壓油壓力傳感器，伺服電機設有伺服電機編碼器，伺服電機還連接有伺服驅動器，伺服驅動器連接有單片機，液壓油壓力傳感器以及伺服電機編碼器還和伺服驅動器相連接。

上述系統分別采用了壓力和流量閉環控制來控制液壓油的壓力和流量，不需要使用節流閥、比例閥等閥體，杜絕了高壓節流現象，閉環控制的響應時間就是伺服驅動器的響應時間。雖然具有自動校正能力、液壓缸能量轉換效率高且運行精度高的特點，但是仍然不能解決液壓缸存在的沖擊過大等問題。

發明內容

本發明為了解決現有液壓缸存在的沖擊過大等問題，提供一種能夠減小沖擊、避免壓力造成波動和元件損壞的具有緩沖功能液壓缸的控制系統。同時提供一種該控制系統的控制方法，用以實現對液壓缸的位置伺服和力伺服。

本發明的具有緩沖功能液壓缸的控制系統，采用下述技術方案：

該系統，包括上位機、控制器、液壓蓄能器、液壓伺服閥、位移傳感器、拉壓力傳感器和腔壓傳感器；控制器與上位機連接；位移傳感器、拉壓力傳感器和腔壓傳感器均與控制器連接，位移傳感器的本體固定在液壓缸的缸體上，位移傳感器的測量桿與液壓缸的活塞連接；拉壓力傳感器安裝在液壓缸的活塞上；腔壓傳感器固定在液壓缸的缸體上且測量面與液壓缸無桿腔連接；液壓伺服閥與控制器連接，液壓伺服閥的進出油口分別與液壓缸的進出油口連接；液壓蓄能器與液壓缸的無桿腔連接。

控制器采用TMS320F28335型號的DSP作為核心芯片，由24V電池供電。控制器設有顯示系統狀態的指示燈。

位移傳感器用于檢測活塞的位移，并將數據信號傳輸至控制器，拉壓力傳感器用于檢測液壓缸的受力，并將數據信號傳輸至控制器；腔壓傳感器用于檢測液壓缸的無桿腔壓力，并將數據信號傳輸至控制器。

當液壓缸的活塞受到沖擊時，無桿腔壓力瞬間變大，無桿腔內的液壓油流入蓄能器中，從而使無桿腔壓力降低，達到減小沖擊的目的。在液壓缸活塞需要伸長時，蓄能器內的液壓油輸出補償。減小沖擊具體由檢測無桿腔液壓力的腔壓傳感器實現，由蓄能器的數學模型可以求得液壓伺服閥控制電流中的蓄能器補償項電流ia，實現對液壓伺服閥的精確控制。控制器通過對液壓伺服閥的控制實現對液壓缸活塞長度的控制，最終實現液壓缸的力或者位置輸出。

上述具有緩沖功能液壓缸的控制系統對液壓缸的控制方法，是：

通過位移傳感器獲得液壓缸的活塞位移，通過拉壓力傳感器獲得液壓缸的活塞輸出力，通過腔壓傳感器獲得液壓缸無桿腔的壓力p₂，控制器通過控制液壓伺服閥的控制電流i_v驅動液壓缸，液壓伺服閥的控制電流i_v為以下幾項電流之和：由液壓缸的活塞移動速度v_{p_fed}得到的流量補償項電流i_x，其中活塞移動速度v_{p_fed}由液壓缸活塞位移微分得到；由液壓缸的無桿腔壓力p₂得到的蓄能器電流補償項i_a；庫倫摩擦力補償項電流i_Fc；由液壓缸的活塞輸出力或者活塞位移通過PID計算得到的誤差補償項電流i_delta。

所述流量補償項電流i_x計算公式為：i_x＝k_x*v_{p_fed}，其中k_x為流量補償系數，取值0.028～0.032mA/(mm/s)，v_{p_fed}為液壓缸活塞移動速度，v_{p_fed}通過液壓缸活塞位移微分得到。