[發明專利]四象限工況下變轉速單泵控缸閉式系統速度閉環控制方法

有效

• 申請號: 202010029052.7
• 申請日: 2020-01-12
• 公開（公告）號: CN111237292B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 張樹忠;吳安根;唐一文
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: F15B19/00
• 分類號: F15B19/00;F15B21/00;F15B21/14;F15B1/02
• 代理公司: 北京科名專利代理有限公司 11468
• 代理人: 陳朝陽

1.一種四象限工況下變轉速單泵控缸閉式系統速度閉環控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一)根據伺服電機的運動狀態確定系統的工況；通過伺服電機的輸出轉矩和轉速確定泵/馬達進出口壓差，

泵工況的進出口壓差主要是通過下述公式計算出壓力：

T_{a_P}＝ΔpD+C_vSΔpD+C_fΔpD+C_hσ²ΔpD

馬達工況下則為：

T_{a_M}＝ΔpD-C_vSΔpD-C_fΔpD-C_hσ²ΔpD

其中T_{a_P}為泵工況下伺服電機實際輸出扭矩，T_{a_M}為馬達工況下伺服電機實際輸入扭矩；Δp為泵進出口壓差；D為泵的排量；C_v，C_f，C_h依次為油液的粘性、摩擦、液體動態損失系數；S，σ為無綱量數：

其中v為油液粘度，ρ為油液密度，ω為伺服電機的角速度；

油液粘度隨溫度變化，油液溫度由溫度傳感器測出；油液粘度的計算方法為：

式中：T為油液溫度，ρ為油液密度，p₀為所在液壓元件的壓力，即大氣壓；p為所在液壓元件的壓力，此處壓力p由蓄能器與泵/馬達之間的壓力傳感器測量得到；C₁、C₂、C₃為系數，通過實驗擬合得到；

步驟二)計算有效體積彈性模量B_f，計算方法如下：

式中p₀為系統的初始壓力，即大氣壓；p為所在液壓元件的壓力，通過壓力計算模塊所計算出的泵/馬達輸出/輸入壓力；N為氣體多變指數，1≤N≤1.4；X₀為自由空氣的相對含量，B為油液的額定情況彈性模量；

為了使彈性模量更為準確，設定一個最小值B_min：

B_f＝max(B_eff，B_min)

步驟三)流量計算：

泵工況下，液壓缸控制腔輸入流量

q_P＝vA+K_LΔp

馬達工況下，液壓缸控制腔輸出流量

q_M＝vA-K_LΔp

其中q_P，q_M分別為液壓缸在泵/馬達工況下控制腔實際輸入/輸出流量；v為液壓缸的速度；A為液壓缸有效工作面積，在泵工況下為無桿腔有效面積，在馬達工況下為有桿腔有效面積，Δp為液壓缸兩側壓差，即為泵/馬達所計算出的壓差，K_L為液壓缸的泄漏系數；

步驟四)計算伺服電機轉速，計算方法如下：

其中n為電機轉速；ω為伺服電機的角速度，泵工況下為：

其中q_a泵工況下泵/馬達實際輸出流量，即q_a＝q_P；x泵排量百分比；D泵排量；Δp泵進出口壓差；S，σ無綱量數；C_s，C_st層流，紊流泄漏系數；B_f油液有效彈性模量；

馬達工況下為

其中q_a馬達工況下泵/馬達實際輸入流量，即q_a＝q_M

步驟五)伺服電機轉速計算模塊計算出電機轉速并轉化為電機轉速信號之后，和速度負反饋自適應控制得到的輸出進行求和，并將求和結果送給伺服電機的控制器，從而控制伺服電機的輸出轉速。