专利名称：电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置及识别方法
技术领域：
本发明涉及一种电液伺服系统设计方法，更具体地说，是涉及一种电液角速度伺 服系统中执行机构参数识别装置和识别方法。
二.
背景技术：
电液角速度伺服系统广泛用于工业、交通、科研等部门。为了获得优良的角速度伺 服性能，电液角速度伺服系统必须采用闭环控制。电液角速度伺服系统包括电子控制器、执 行机构、角速度检测传感器、以及液压源。其中执行机构就是执行机构，它由电液伺服阀、液 压马达、以及它所带的机械负载组成。只有对执行机构进行定性识别，才能决定设计什么样 的电子控制器，只有对执行机构的参数进行定量识别，才能对电子控制器的控制参数准确 调整。目前，电液角速度伺服系统公知的现有技术中的电子控制器，其控制参数并不是 根据执行机构的参数进行调整，而是直接采用试凑法或经验法调整电子控制器的控制参 数。这就造成电子控制器的控制参数调整比较盲目，电液角速度伺服系统的调试费时费力， 角速度伺服性能难以满足工程要求。因此，电液角速度伺服系统设计和调试时，如何识别执 行机构的参数，则是现有技术中有待解决的问题。
三.
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种电液角速度伺服系统 中执行机构参数识别装置及识别方法，使得电液角速度伺服系统设计和调试时，有的放矢 调整电子控制器的参数。电液角速度伺服系统包括电子控制器、执行机构、角速度检测传感器、以及液压 源。其中执行机构由电液伺服阀、液压马达和它所带的机械负载组成。电液伺服阀是电液 角速度伺服系统的关健器件，在电液伺服系统中置于电信号与液压信号的转接处，它将电 子控制器输出的电流信号首先转换成阀芯的位移，进而再转换成液压信号的负载流量，并 放大为大功率的液压能带动执行机构运动。执行机构由电液伺服阀、液压马达和它所带的机械负载组成。电液角速度伺服系 统中，对电液伺服阀输入电流时，输出为液压马达轴及所带机械负载的角速度。因此，输出 为液压马达轴角速度ω (t) (rad/s)相对于电液伺服阀的输入电流i (t) (A)之间的传递函 数表达式为 (s)/I(s)=1/( Jds + Bd)式中Jd——称作等效惯量；Bd——称作等效粘性阻尼系数。式(1)就是电液角速度伺服系统中工程上实用的执行机构的数学模型。它是一个 一阶系统。知道了执行机构数学模型采用传递函数表达的形式，仅仅完成了对它的定性认识。只有将式(1)中1和~这两个参数的大小识别出来，才能完成对执行机构数学模型的 定量识别。那么，如何对其进行定量识别呢？为了解决这一问题，本发明实现目的所采取的 技术方案是一种电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置，由阶跃电流信号发生器、电 液伺服阀、液压马达、机械负载、角速度检测传感器、记录仪器以及液压源构成，其中阶跃电 流信号发生器、电液伺服阀、液压马达、机械负载、角速度检测传感器以及记录仪器按顺序 连接，与此同时，阶跃电流信号发生器还直接连接到记录仪器，所述的液压源分别连接到电 液伺服阀和液压马达。所述的电液伺服阀、液压马达和机械负载就组成了所要进行参数识别的执行机 构。所述阶跃电流信号发生器产生阶跃电流信号提供给执行机构中的电液伺服阀，电 液伺服阀将电流信号转换成阀芯的位移，进而再转换成液压系统中的负载流量，并放大为 大功率的液压能推动液压马达轴及所带机械负载作旋转运动，角速度检测传感器将液压马 达轴及所带机械负载的角速度信号检测出来并送到记录仪器进行记录；与此同时，阶跃电 流信号发生器输出的阶跃电流信号也送到记录仪器将其记录下来。为了实现上述目的，本发明所采取的另一个技术方案是一种电液角速度伺服系 统中执行机构参数识别方法。将幅值为Im的阶跃电流信号i(t)输入到执行机构中的电液伺服阀，求出执行机 构的输出响应，也就是求出液压马达轴及所带机械负载的运动角速度ω (t)。根据传递函数 式(1)写出相应的微分方程Jd^P- + Bd=IM(2)
at求出该微分方程的时域解为
τω{ ) = ^{\-β J" )(3)
Bd根据式C3)这一时域解，可以发现具有十分重要意义的两个推论1.当t —c 时，ω (t)的稳态值为^^。工程实践中，只要〃(3-5)^就能基本达
Bd Bd
到稳态值，用不着等到无穷大。2.对式(3)求一阶微分t = 0这一时刻的值，得到^ =玺丄 j =^I(10) ？
dt t-_0 Bd T 时 Bd T根据上述理论分析并经实践检验，本发明提供的电液角速度伺服系统中执行机构 参数识别方法，包括以下步骤(1)将幅值为某一定值(幅值大小根据电液伺服阀的规格而定)的阶跃电流信号 输入到电液伺服阀，通过液压源驱动液压马达以及所带机械负载运动，由角速度检测传感 器检测液压马达轴及所带负载的角速度信号；(2)用记录仪器将所述的阶跃电流信号和角速度信号随时间变化过程记录下来， 直至角速度信号达到稳态值并测出其大小；
(3)将所述的阶跃电流信号的幅值除以角线速度信号的稳态值，得到执行机构的 等效粘性阻尼系数；(4)对所述角速度信号的稳态值向纵坐标方向作延长线直至与纵坐标相交；(5)在所述角速度信号这条曲线零时刻处作切线与其稳态值向纵坐标方向的延长 线相交于一点，在时间轴上读取该交点对应的时间值；(6)将上述等效粘性阻尼系数和上述时间值相乘，得到执行机构的等效惯量。本发明的电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置及识别方法的优点和有 益效果主要是获得执行机构的等效粘性阻尼系数和等效惯量之后，电液角速度伺服系统 中电子控制器的控制参数大小就可以根据执行机构的这两个参数进行设计和调整，从而克 服了电子控制器的控制参数调整的盲目性，不仅使得电液角速度伺服系统的调整节省精力 和时间，而且还可获得良好的静态性能和动态性能。
四.
；图1是本发明实施例的电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置方框图。图2是本发明实施例的执行机构参数识别时对于阶跃电流信号输入的角速度信 号图。
五.
具体实施例方式为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细 叙述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。图1是本发明实施例的电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置构成框图。 本发明实施例的电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置，由一个阶跃电流信号发生 器110、一个电液伺服阀121、一个液压马达122、所带的机械负载123、一个角速度检测传感 器130、一台记录仪器140、以及液压源150构成，其中所述阶跃电流信号发生器110、电液伺 服阀121、液压马达122、机械负载123、角速度检测传感器130、以及记录仪器140按顺序连 接，与此同时，所述阶跃电流信号发生器110还与记录仪器140直接连接；所述液压源150 分别连接到电液伺服阀121和液压马达122。其中电液伺服阀121、液压马达122以及机械 负载123组成执行机构120。所述的阶跃电流信号发生器110给出电流幅值为Im的阶跃信号，将其送到电液伺 服阀121，电液伺服阀121将电流信号转换成阀芯的位移，进而通过液压源150经放大后的 大功率液压能驱动液压马达122的活塞及所带机械负载123进行直线运动，由角速度检测 传感器130测量液压马达及所带机械负载角速度的大小，阶跃电流信号发生器110和角速 度检测传感器130的信号都送到记录仪器140，记录仪器140记录下来的液压马达及所带机 械负载对于阶跃电流信号输入的角速度信号如图2所示。所述电液角速度伺服系统中执行机构参数识别方法包括以下步骤(1)将幅值为IM(幅值大小根据电液伺服阀的规格而定)的阶跃电流信号i⑴输 入到电液伺服阀，通过液压源驱动液压马达轴以及所带机械负载运动，由角速度检测传感 器检测液压马达轴及所带机械负载的角速度信号ω (t)；(2)用记录仪器将所述的阶跃电流信号i⑴和角速度信号ω (t)随时间变化过程记录下来，直至角速度信号达到稳态值ΩΜ并测量其大小；(3)将所述的阶跃电流信号幅值Im除以角速度信号的稳态值ΩΜ，得到执行机构的 等效粘性阻尼系数(4)对所述角速度信号的稳态值向纵坐标方向作延长线直至与纵坐标相交；(5)在所述角速度信号这条响应曲线零时刻处作切线与其稳态值向纵坐标方向延 长线相交于S点，与该交点对应的时间轴上P点读取时间值T ；(6)将上述等效粘性阻尼系数~和上述时间值T相乘，得到执行机构的等效惯量
Jd0由执行机构数学模型的定性认识可知，执行机构的数学模型是一阶系统。根据数 学模型的结构形式，可以确定电液角速度伺服系统中电子控制器的组成形式。获得上述执行机构的等效粘性阻尼系数~和等效惯量Jd之后，执行机构数学模型 中的参数就被定量识别出来，根据执行机构的等效粘性阻尼系数~和等效惯量Jd这两个参 数的大小，就可对电液角速度伺服系统中电子控制器的控制参数进行设计和调整。实践证明，本发明所述方法在电液角速度伺服系统设计和调试中不仅可以节省精 力和时间，而且可获得良好的静态性能和动态性能。
权利要求
1.一种电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置，其特征是由阶跃电流信号发 生器、电液伺服阀、液压缸、机械负载、角速度检测传感器、记录仪器和液压源构成，其中所 述阶跃电流信号发生器、电液伺服阀、液压缸、机械负载、角速度检测传感器以及记录仪器 依顺序相连接；所述阶跃电流信号发生器还与记录仪器直接相连；所述液压源分别与电液 伺服阀和液压缸相连接。
2.一种如权利要求1所述的电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置的识别方 法，其特征是具体步骤如下(1)将幅值为某一定值的阶跃电流信号输入到电液伺服阀，通过液压源驱动液压马达 轴及所带机械负载运动，由角速度检测传感器检测液压马达轴及所带负载的角速度信号；(2)采用记录仪器将所述的阶跃电流信号幅值和角速度信号随时间变化过程记录下 来，直至角速度信号达到稳态值并测出其大小；(3)将所述的阶跃电流信号的幅值除以角线速度信号的稳态值，得到执行机构的等效 粘性阻尼系数；(4)对所述角速度信号的稳态值向纵坐标方向作延长线直至与纵坐标相交；(5)在所述角速度信号这条响应曲线零时刻处作切线与其稳态值向纵坐标方向的延长 线相交于一点，在时间轴上读取该交点对应的时间值；(6)将所述等效粘性阻尼系数和所述时间值相乘，得到执行机构的等效惯量。
全文摘要
本发明公开了一种电液角速度伺服系统中执行机构参数识别装置及识别方法，所述识别装置由阶跃电流信号发生器、电液伺服阀、液压马达、机械负载、角速度检测传感器、记录仪器和液压源构成；所述识别方法是将阶跃电流信号输入到电液伺服阀，通过液压源驱动液压马达及所带机械负载转动；记录阶跃电流信号幅值和角速度信号随时间变化过程直至达到稳态值；将阶跃电流信号幅值除以角速度信号稳态值得到执行机构的等效粘性阻尼系数；将等效粘性阻尼系数和角速度信号曲线零时刻处所作切线与角速度稳态值相交时对应的时间值相乘，得到执行机构的等效惯量。本发明不仅使电液角速度伺服系统调试时省时省力，而且可使电液伺服系统获得良好的静动态性能。
文档编号G05D13/62GK102109857SQ201110048069
公开日2011年6月29日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者曾文火, 朱鹏程 申请人:江苏科技大学