[發明專利]雙閥控缸帶負載力控補償協同裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201711082542.8
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN108005971B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 李建英;董法堂;趙忠強;李世銘
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: F15B11/08
• 分類號: F15B11/08;F15B13/02
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 陳雪飛

1.一種雙閥控缸帶負載力控補償協同裝置，其特征是：主要由液壓缸、活塞桿、質量塊、伺服閥、油箱、力傳感器、控制單元、阻尼器、彈簧組成；油泵的吸油端接入油箱，油泵出油口的一端連接有用于測定油泵出油口壓力的壓力表，并且還設定有溢流閥，溢流閥的出油口連接油箱，油泵出油口的另一端將油箱中油壓進第一伺服閥和第二伺服閥的進油口，第一伺服閥的兩個輸油口分別接入到第一液壓缸活塞兩側的兩個油腔，第一伺服閥的兩個輸油管道由第一控制單元控制其流量，第一伺服閥的回油口接入到油箱中；第二伺服閥的兩個輸油口分別接入到第二液壓缸活塞兩側的兩個油腔，第二伺服閥的兩個輸油管道由第二控制單元控制其流量，第二伺服閥的回油口接入到油箱中；第一液壓缸的活塞固定連接第一活塞桿以帶動第一活塞桿做活塞運動，并推動質量塊；第二液壓缸的活塞固定連接第二活塞桿以帶動第二活塞桿做活塞運動，并推動質量塊；在質量塊的一端有外干擾力，阻尼器，彈簧與之相連，質量塊的另一端則通過力傳感器檢測液壓缸第一活塞桿和第二活塞桿推動質量塊的力的大小，將檢測結果分別經過AD轉換器發送到電腦，經過電腦的計算得到力的差值，并將電腦計算的力的差值經過DA轉化器發送給第一和第二控制單元，第一和第二控制單元根據第一活塞桿和第二活塞桿的力的差值分別對第一伺服閥的輸油管道的流量和第二伺服閥的輸油管道的流量進行一次或者多次調節，直到第一活塞桿和第二活塞桿的力的差值為零為止；

第一控制單元和第二控制單元通過設計控制器的方式實現對第一伺服閥和第二伺服閥的輸油管道的油量控制，通過以下5個公式可以實現對伺服閥輸入電流的相應調節，直到第一活塞桿和第二活塞桿推動質量塊的力的差值為零為止；其中公式如下：

第一公式X_v＝K_xvΔi

第二公式Q_l＝K_qX_v-K_cP_l

第三公式

第四公式

第五公式

第一公式中，X_v是伺服閥閥芯位移，K_xv是伺服閥閥系數，Δi是伺服閥的輸入電流變化量；

第二公式中，Q_l是伺服閥的流量，K_q是伺服閥流量增益，K_c是伺服閥流量壓力系數，P_l是負載壓力；第三公式中，A_p是液壓缸活塞有效面積，s是拉普拉斯變換將微分線性化后的數學算子，X_p是活塞位移，C_tp是液壓缸總的泄露系數，V_t是液壓缸總的壓縮容積，B_e是液壓缸有效體積彈性模量；第四公式中,M_t是活塞及負載折算到活塞上的總質量，B_p是活塞及負載的粘性阻尼系數，K是負載彈簧剛度，F_l是作用在活塞上的任意外負載力；第五公式中，F_g1是第一液壓缸的輸出力，F_g2是第二液壓缸的輸出力，Δx是第一活塞桿和第二活塞桿的位移差；

通過以上公式生成系統框圖，做出控制部分；當Δx＞0或者Δx＜0時假設

Δx＝x_p1-x_p2

F_l1＝F_l2；

當Δx＞時，對于第一液壓缸，液壓缸和負載的力平衡方程

(1)有相等實根時

其中：c₁、c₂－任意常數

(2)當B_p²-4M_tK＜0時，

(3)當B_p²-4M_tK＞0時，

x₁是方程的通解，x^*是方程的特解；

則第一液壓缸的活塞桿位移為X_p1＝x₁+x^*；

同理第二液壓缸的通解與第一液壓缸缸相同，即第二液壓缸的活塞桿位移為X_p2＝x₁+x^*′；

即

求解上式得

當Δx＜0時，即X_p1＜X_p2，其和Δx＞0相同，都可以應用結果；

為了實現兩缸的同步運動，必須使F_g1＝F_g2，所以通過上述算法，在方塊圖中達到結構補償的目的；

兩個輸出F_g1和F_g2相減，與相乘，結果為Δx＝(X_p1-X_p2或x_p2-x_p1)；分別補償到液壓缸流量方程方框圖中，這樣就實現了方塊圖中的結構補償；

在F_g1-F_g2＞0或者F_g1-F_g2＜0時，滿足同步控制。