专利名称：一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制方法及装置，属于电液伺服控制与自动化技术领域。
背景技术：
电液伺服系统由于其响应速度快、输出力大、体积小等优点，被作为驱动机构广泛应用于各种负载驱动中。一般常用到的电液伺服系统包括伺服阀控缸系统和伺服阀控马达系统，其中伺服阀控缸系统适用于直线运动机构的驱动，而伺服阀控马达则适用于旋转运动机构的驱动。当然，通过一定的机械转换，直线运动和旋转运动也可以相互转换。如果被驱动的负载在受到外力作用时发生扭转、拉压等弹性形变，则会产生与所施加的外力相反的弹性力，当外力撤消后，被驱动负载在弹性力的作用下又恢复原来的几何形状，这样的负载被称作弹性负载，如车辆中用于减振的扭力轴，就属于弹性负载。当电液伺服系统驱动弹性负载进行位置控制时，由于弹性力的存在导致控制难度加大。可以将弹性负载的运动过程分成个阶段，一个阶段是弹性负载在电液伺服系统的驱动下从零位开始运动，这里的零位是指弹性负载在不受外力时的状态；第二种是弹性负载在电液伺服系统的驱动下从其它位置向零位运动。下面分别以伺服阀控缸及伺服阀控马达驱动扭力轴进行扭转运动为例进行说明伺服阀控缸驱动扭力轴的原理如图1所示。液压缸2的活塞杆通过摇臂3与扭力轴4的一端相连，液压缸2通过支座1固定，扭力轴4的另一端通过支座5进行固定，伺服阀6的A 口和B 口分别与液压缸2的A腔及B腔相连。当活塞杆进行伸出或缩回直线运动时，就可以带动扭力轴4逆时针或顺时针进行旋转运动。伺服阀控马达驱动扭力轴的原理如图2所示。液压马达7的驱动轴通过联轴器8 与扭力轴4的一端相连，扭力轴4的另一端通过支座9进行固定，伺服阀6的A 口和B 口分别与液压马达7的A腔及B腔相连。当液压马达进行旋转运动时，就可以带动扭力轴4进行旋转运动。伺服阀控缸驱动扭力轴4进行扭转运动的过程如下控制伺服阀6使高压供油从A 口进入液压缸2的A腔，而B腔则通过伺服阀6的 B 口与回油相连，活塞杆在高压油的作用下向外伸出，带动扭力轴4从零位开始进行逆时针扭转，此时扭力轴4会产生与运动方向相反的弹性力。通过控制伺服阀6的供油口与A 口之间的开度，就可以控制活塞杆的伸出速度，从而控制扭力轴4按照设定的规律进行扭转。当控制扭力轴4顺时针回退到零位时，需要使活塞杆缩回，此时扭力轴4产生的弹性力方向变得与活塞杆的运动方向一致，由于这个弹性力是不可控的，这就给控制活塞杆的运动规律带来一定的困难。为了能让液压缸2的活塞杆缩回，应该控制伺服阀6，使液压缸2的A腔通过伺服阀6的A 口与回油相连，这样活塞杆在缩回时，液压缸A腔内的液压油才能排出到回油内，但与此同时，高压油也会从伺服阀6的B 口进入液压缸2的B腔，在高压油的作用下，会产生一个与活塞杆缩回方向相同的液压力，这样就进一步加大了作用在活塞杆上的力，导致对活塞杆运动过程的控制难度进一步加大。对于伺服阀控马达系统，也同样存在上述问题，只是一个为直线运动转换为旋转运动，另一个直接就是旋转运动而已。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种新的基于电液伺服驱动的弹性负载控制方法，该方法设计了一种新的控制油路，只对电液伺服系统进行单腔控制，以解决当弹性负载从最大位置向零位运动时，运动规律难以精确控制的问题，还可以节省能源。该方案是这样实现的一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制装置，该装置包括伺服阀、高压油源、低压油源、溢流阀、执行机构，该执行机构为液压缸或液压马达；伺服阀的供油口与高压油源相连，伺服阀的回油口与油箱相连，伺服阀的B 口堵死不用；伺服阀的A 口与执行机构的A腔相连，低压油源与执行机构的B腔相连，并且执行机构的B腔与一个溢流阀的入口相连，该溢流阀的出口与油箱相连；执行机构与弹性负载相连接；所述低压油源压力的设定原则为低压油源在执行机构B腔产生的力能够抵消执行机构的摩擦力。采用本发明提出的控制油路时，其控制过程如下(1)当需要控制弹性负载从零位开始按照设定的规律进行运动时，给伺服阀施加控制信号，以控制伺服阀供油口的高压油通过A 口进入执行机构A腔中，而执行机构B腔的液压油通过溢流阀流回到油箱中；通过调节控制信号的大小控制伺服阀供油口的高压油源通过A 口进入执行机构A腔的速度，从而控制弹性负载按期望的运动轨迹进行运动；(2)当需要控制弹性负载从一位置按照设定规律回到零位时，给伺服阀施加控制信号，以控制执行机构A腔的液压油通过伺服阀流回油箱中；通过调节控制信号的大小控制执行机构A腔的液压油流回油箱的速度，从而控制弹性负载按期望的运动轨迹回到零位；(3)重复进行步骤(1)和( ，从而控制弹性负载按照设定的运动规律进行往复运动。有益效果1、因为采用单腔控制，当弹性负载从其他位置向零位运动时，高压供油并不进入执行机构的B腔，可以大大减小作用在执行机构上的、与执行机构运动方向相同的液压力， 从而减小了对执行机构运动轨迹的控制难度。2、本发明采用的单腔控制油路还可以节省能源，电液伺服系统消耗的功率为压力与流量的乘积。当需要控制弹性负载从零位开始按照一定的规律进行运动时，高压供油从伺服阀的A 口进入液压缸或液压马达的B腔，低压供油经过溢流阀回油，此时电液伺服系统消耗的能源为P1XQ1+P2XQ2，其中Pl和Ql分别为高压供油的压力和此时所需的流量， P2和Q2分别为低压供油的压力和此时所需的流量。当需要控制弹性负载从其它位置按照一定的规律回到零位时，伺服阀供油口的高压油与B 口相通，而B 口又被堵死不用，因此高压供油只有压力，没有流量，而低压供油则进入液压缸或液压马达的B腔，液压伺服阀系统所消耗的能源为P2XQ2。可得弹性负载往复运动一次所消耗的能量为P1XQ1+2XP2XQ2。 如果按照背景技术里所述的控制油路，所消耗的能量为P1XQ1+P1XQ2。由于Pl要远大于 P2，一般Pl是P2的十倍以上，因此用本发明采用的单腔控制油路具有明显的节能效果。
图1为伺服阀控缸驱动扭力轴原理图。图2为伺服阀控马达驱动扭力轴原理图。图3为伺服阀控缸单腔控制原理图。
具体实施例方式下面以伺服阀控缸驱动扭力轴为实施例，结合附图对本发明方法进行进一步详细描述。如附图3所示，该装置包括伺服阀6、高压油源、低压油源、溢流阀10和液压缸2。 伺服阀6的供油口和回油口分别与高液压油源的高压供油及回油相连。伺服阀的B 口堵死不用，A 口与液压缸2的A腔相连。低压油源另有一路低压油与液压缸2的B腔相连，并且将液压缸2的B腔与溢流阀10的入口相连，溢流阀10的出口与油箱的回油口相连。液压缸的活塞杆通过摇臂3与扭力轴4的一端相连。采用本发明提出的控制油路时，其控制过程如下(1)当需要控制扭力轴4从零位开始按照一定的规律进行运动时，需要控制进入液压缸2的A腔的高压油的流量。首先给伺服阀6施加一定的控制信号，使伺服阀6供油口的高压油源通过A 口进入液压缸2的A腔，而液压缸2的B腔内的液压油则通过溢流阀10 流回到油箱中。通过调节控制信号的大小可以控制伺服6的供油口和A 口之间的开度，从而控制流入液压缸2的高压油的流量大小，进而控制扭力轴按期望的运动轨迹进行运动。伺服阀6的控制信号的生成可以采用PID闭环控制算法，即采集扭力轴4的扭转角度传感器的输出信号，得到扭力轴4的位置信号，并与设定的位置信号进行比较，得出位置误差，再根据PID闭环控制算法计算出伺服阀6的控制信号。(2)当需要控制扭力轴4从一位置按照一定的规律回到零位时，需要控制的是液压缸2的A腔内的液压油向外流出的速度，此时扭力轴在自身弹性力的作用下向零位运动。 因此本步骤给伺服阀施加控制信号，以控制液压缸2的A腔的液压油通过伺服阀流回油箱中。弹性力随着扭力轴向零位趋近会逐渐变小，当到达零位时弹性力变为零。但是由于各种机械摩擦的存在，会抵消一部分弹性力，即当弹性力减小到和机械摩擦力大小相同的时候，扭力轴就会停止运动。因此如果只依靠自身的弹性力，扭力轴不会完全回到零位。 而接在液压缸2的B腔的低压供油会产生一定的力，以保证扭力轴能克服摩擦力，完全运动至零位。因此，所述低压油源压力的设定原则为低压油源在液压缸2的B腔产生的力能够抵消液压缸中活塞杆运动过程中活塞杆与活塞壁之间的摩擦力。对于液压马达来说，所需克服的摩擦力为柱塞与容腔壁之间的摩擦力。通常来说，低压油源的压力在1至之间即可。
要控制液压缸2的A腔内的液压油向外流出的速度，就需要控制伺服阀6的供油口与A 口之间的开度，那么，通过调节控制信号的大小控制控制执行机构A腔的液压油流回油箱的速度，从而控制弹性负载按期望的运动轨迹进行运动。同样可以采用步骤(1)所述的PID闭环控制算法获取控制信号。(3)如此，重复进行步骤(1)和O)，就可以控制扭力轴按照设定的运动规律进行
往复运动。本发明采用的单腔控制油路还可以节省能源，电液伺服系统消耗的功率为压力与流量的乘积。当需要控制弹性负载从零位开始按照一定的规律进行运动时，高压供油从伺服阀6的A 口进入液压缸2的B腔，低压供油经过溢流阀10回油，此时电液伺服系统消耗的能源为P1XQ1+P2XQ2，其中Pl和Ql分别为高压供油的压力和此时所需的流量，P2和 Q2分别为低压供油的压力和此时所需的流量。当需要控制扭力轴从其它位置按照一定的规律回到零位时，伺服阀6的供油口的高压油与B 口相通，而B 口又被堵死不用，因此高压供油只有压力，没有流量，而低压供油则进入液压缸2的B腔，液压伺服阀系统所消耗的能源为P2XQ2。可得扭力轴往复运动一次所消耗的能量为P1XQ1+2XP2XQ2。如果按照背景技术里所述的控制油路，所消耗的能量为Pl X Ql+Pl X Q2。由于Pl要远大于P2，一般Pl是 P2的十倍以上，因此用本发明采用的单腔控制油路具有明显的节能效果。综上所述，以上仅为本发明的优选实施方式而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制装置，其特征在于，该装置包括伺服阀、高压油源、低压油源、溢流阀和执行机构，该执行机构为液压缸或液压马达；伺服阀的供油口与高压油源相连，伺服阀的回油口与油箱相连，伺服阀的B 口堵死不用；伺服阀的A 口与执行机构的A腔相连，低压油源与执行机构的B腔相连，并且执行机构的B腔与一个溢流阀的入口相连，该溢流阀的出口与油箱相连；执行机构与弹性负载相连接；所述低压油源压力的设定原则为低压油源在执行机构B腔产生的力能够抵消执行机构的摩擦力。
2.一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1所述的控制装置，该方法包括(1)当需要控制弹性负载从零位开始按照设定的规律进行运动时，给伺服阀施加控制信号，以控制伺服阀供油口的高压油源通过A 口进入执行机构A腔中，而执行机构B腔的液压油通过溢流阀流回到油箱中；通过调节控制信号的大小控制伺服阀供油口的高压油源进入执行机构A腔的速度，从而控制弹性负载按期望的运动轨迹进行运动；(2)当需要控制弹性负载从一位置按照设定规律回到零位时，给伺服阀施加控制信号， 以控制执行机构A腔的液压油通过伺服阀流回油箱中；通过调节控制信号的大小控制执行机构A腔的液压油流回油箱的速度，从而控制弹性负载按期望的运动轨迹回到零位；(3)重复进行步骤(1)和O)，从而控制弹性负载按照设定的运动规律进行往复运动。
全文摘要
本发明提供了一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制方法及装置，该装置包括伺服阀、高压油源、低压油源、溢流阀和执行机构，该执行机构为液压缸或液压马达；伺服阀的供油口与高压油源相连，伺服阀的回油口与油箱相连，伺服阀的B口堵死不用；伺服阀的A口与执行机构的A腔相连，低压油源与执行机构的B腔相连，并且执行机构的B腔与一个溢流阀的入口相连，该溢流阀的出口与油箱相连；执行机构与弹性负载相连接；所述低压油源压力的设定原则为低压油源在执行机构B腔产生的力能够抵消执行机构的摩擦力。使用本发明能够解决当弹性负载从最大位置向零位运动时，运动规律难以精确控制的问题，还能够节省能源。
文档编号F15B13/02GK102493968SQ201110457238
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者李静, 汪首坤, 沈伟, 王军政, 赵江波, 马立玲 申请人:北京理工大学