專利名稱：位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種雙閉環(huán)控制的直接驅(qū)動(dòng)容積控制伺服系統(tǒng)，屬于電液伺服技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
液壓伺服技術(shù)發(fā)展到如今已有百年的歷史。傳統(tǒng)液壓伺服閥控系統(tǒng)發(fā)展到如今已 經(jīng)相當(dāng)成熟，其性能的優(yōu)越性也普遍受到認(rèn)同。但是傳統(tǒng)閥控液壓伺服系統(tǒng)的高能耗，大輔 助設(shè)施等缺點(diǎn)也是有目共睹。因此，一種結(jié)合伺服電機(jī)優(yōu)點(diǎn)和液壓優(yōu)點(diǎn)的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它就是直驅(qū)式容積控 制系統(tǒng)。此系統(tǒng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵推動(dòng)液壓缸或液壓馬達(dá)動(dòng)作。它的系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，控制方便，返修率低，集成化程度高等優(yōu)點(diǎn)使其備受用戶青睞，有將要與傳統(tǒng)閥控系統(tǒng) 并駕齊驅(qū)的趨勢(shì)。圖1為現(xiàn)有直驅(qū)式容積控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為現(xiàn)有直驅(qū)式容積控制系統(tǒng) 控制原理示意圖。現(xiàn)有直驅(qū)式容積控制系統(tǒng)系統(tǒng)在正常工作時(shí)，控制輸入信號(hào)輸入控制器1 經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，其直接控制伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器2驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)3帶動(dòng)液壓泵5，液壓泵5驅(qū) 動(dòng)后續(xù)液壓執(zhí)行元件工作。上述現(xiàn)有直驅(qū)式容積控制系統(tǒng)由于液壓泵5具有低速下容積效 率低的欠缺，再加上系統(tǒng)補(bǔ)油機(jī)構(gòu)13和液壓鎖8的開啟時(shí)間延遲，故其不能發(fā)揮出伺服電 機(jī)3應(yīng)有的性能，同時(shí)也大大降低系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)由于其液壓泵的低速下容積 效率低的欠缺，以及補(bǔ)油機(jī)構(gòu)和液壓鎖的開啟時(shí)間的延誤，所導(dǎo)致的系統(tǒng)性能問(wèn)題，而提出 了位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)。本發(fā)明包括控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器、伺服電機(jī)、雙向定量泵、液壓鎖、溢流安 全機(jī)構(gòu)、流量傳感器、液壓缸、補(bǔ)油機(jī)構(gòu)和位移傳感器；控制器設(shè)置有四個(gè)輸入端和一個(gè)控 制信號(hào)輸出端，所述控制器的四個(gè)輸入端分別為控制信號(hào)輸入端、位移反饋信號(hào)輸入端、第 一流量信號(hào)輸入端和第二流量信號(hào)輸入端；控制器的控制信號(hào)輸出端連接伺服驅(qū)動(dòng)器或 變頻器的控制信號(hào)輸入端，伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器的控制端連接伺服電機(jī)的受控端，伺服電 機(jī)的動(dòng)力輸出軸與雙向定量泵的動(dòng)力輸入軸連接，雙向定量泵與液壓缸之間的兩條油路通 過(guò)補(bǔ)油機(jī)構(gòu)、液壓鎖、溢流安全機(jī)構(gòu)和流量傳感器形成閉式回路，其中流量傳感器由第一流 量傳感器和第二流量傳感器組成，第一流量傳感器和第二流量傳感器分別設(shè)置在兩條油路 上；位于液壓缸的活塞桿上的位移傳感器的位移反饋信號(hào)輸出端、第一流量傳感器的流量 信號(hào)輸出端和第二流量傳感器的流量信號(hào)輸出端分別連接控制器的位移信號(hào)輸入端、第一 流量信號(hào)輸入端和第二流量信號(hào)輸入端。本發(fā)明的有益效果是相對(duì)于原有直接驅(qū)動(dòng)容積控制系統(tǒng)，本發(fā)明可以有效補(bǔ)償 由于液壓泵滲漏、補(bǔ)油機(jī)構(gòu)和液壓鎖開啟時(shí)間和液壓管路的滲漏所影響的系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)對(duì)各個(gè)元件的本身的要求。通過(guò)理論及其實(shí)驗(yàn)證明其可以有效提高系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo)，防止輸出信號(hào)畸變。本發(fā)明在原系統(tǒng)上添加上了流量傳感器，從而改變了原有系統(tǒng)的控制 結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在輸入信號(hào)輸入控制器后，與位移傳感器的返回值比較后輸入外環(huán)控制器。經(jīng) 過(guò)外環(huán)控制器計(jì)算后的信號(hào)與流量傳感器返回值比較后再經(jīng)過(guò)內(nèi)環(huán)控制器運(yùn)算。內(nèi)環(huán)控制 器輸出信號(hào)才去控制伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器。伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器帶動(dòng)雙向變量液壓泵驅(qū)動(dòng) 整個(gè)后續(xù)液壓回路動(dòng)作，跟蹤輸入信號(hào)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)在原有系統(tǒng)中添加傳感器并改變其系統(tǒng) 的控制結(jié)構(gòu)和原理來(lái)消除系統(tǒng)由于液壓泵自身所帶來(lái)的固有缺陷。從外形上依舊保持系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和緊湊，控制簡(jiǎn)單。


圖1為現(xiàn)有直驅(qū)式容積控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有直驅(qū)式容積控制系統(tǒng) 控制原理示意圖；圖3為本發(fā)明位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖4為本發(fā)明位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括控制器1、伺服驅(qū) 動(dòng)器或變頻器2、伺服電機(jī)3、雙向定量泵5、液壓鎖8、溢流安全機(jī)構(gòu)9、流量傳感器10、液壓 缸11、補(bǔ)油機(jī)構(gòu)13和位移傳感器12 ；控制器1設(shè)置有四個(gè)輸入端和一個(gè)控制信號(hào)輸出端， 所述控制器1的四個(gè)輸入端分別為控制信號(hào)輸入端、位移反饋信號(hào)輸入端、第一流量信號(hào) 輸入端和第二流量信號(hào)輸入端；控制器1的控制信號(hào)輸出端連接伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器2的 控制信號(hào)輸入端，伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器2的控制端連接伺服電機(jī)3的受控端，伺服電機(jī)3的 動(dòng)力輸出軸與雙向定量泵5的動(dòng)力輸入軸連接，雙向定量泵5與液壓缸11之間的兩條油路 通過(guò)補(bǔ)油機(jī)構(gòu)13、液壓鎖8、溢流安全機(jī)構(gòu)9和流量傳感器10形成閉式回路，其中流量傳感 器10由第一流量傳感器10-1和第二流量傳感器10-2組成，第一流量傳感器10-1和第二 流量傳感器10-2分別設(shè)置在兩條油路上；位于液壓缸11的活塞桿上的位移傳感器12的位 移反饋信號(hào)輸出端、第一流量傳感器10-1的流量信號(hào)輸出端和第二流量傳感器10-2的流 量信號(hào)輸出端分別連接控制器1的位移信號(hào)輸入端、第一流量信號(hào)輸入端和第二流量信號(hào) 輸入端。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不 同點(diǎn)在于控制器1由第一比較器1-1、外環(huán)控制器1-2、第二比較器1-3、內(nèi)環(huán)控制器1-4和 信號(hào)處理器1-5組成；第一比較器1-1設(shè)置有兩個(gè)輸入端和一個(gè)信號(hào)輸出端，所述第一比較 器1-1的兩個(gè)輸入端分別為控制信號(hào)輸入端和位移反饋信號(hào)輸入端，即為控制器1的控制 信號(hào)輸入端和位移反饋信號(hào)輸入端；第一比較器1-1的信號(hào)輸出端連接外環(huán)控制器1-2的 信號(hào)輸入端，外環(huán)控制器1-2的信號(hào)輸出端連接第二比較器1-3的一個(gè)輸入端，所述第二比 較器1-3的一個(gè)輸入端為外環(huán)控制信號(hào)輸入端，信號(hào)處理器1-5設(shè)置有兩個(gè)輸入端和一個(gè) 輸出端，所述信號(hào)處理器1-5的兩個(gè)輸入端分別為第一流量信號(hào)輸入端和第二流量信號(hào)輸 入端，即為控制器1的第一流量信號(hào)輸入端和第二流量信號(hào)輸入端；信號(hào)處理器1-5的輸出 端連接第二比較器1-3的另一個(gè)輸入端，所述第二比較器1-3的另一個(gè)輸入端為處理信號(hào) 輸入端，第二比較器1-3的信號(hào)輸出端連接內(nèi)環(huán)控制器1-4的信號(hào)輸入端，內(nèi)環(huán)控制器1-4的信號(hào)輸出端為控制器1的控制信號(hào)輸出端。控制信號(hào)通過(guò)與位移反饋信號(hào)比較后經(jīng)外環(huán)控制器1-2運(yùn)算后發(fā)送給第二比較 器1-3 ；第二比較器1-3對(duì)外環(huán)控制器1-2運(yùn)算后的外環(huán)控制信號(hào)和信號(hào)處理器1-5處理 后的處理信號(hào)進(jìn)行比較，然后發(fā)送給內(nèi)環(huán)控制器1-4。其中，信號(hào)處理器1-5用來(lái)處理來(lái)自 第一流量傳感器10-1和第二流量傳感器10-2的的流量信號(hào)，其功能包括選擇那路傳感器 信號(hào)和濾波。第二比較器1-3、內(nèi)環(huán)控制器1-4、伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器2、伺服電機(jī)3、雙向定量泵 5、第一流量傳感器10-1、第二流量傳感器10-2和信號(hào)處理器1-5組成流量控制內(nèi)環(huán)。第一比較器1-1、外環(huán)控制器1-2、內(nèi)環(huán)控制器1-4、伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器2、伺服電 機(jī)3、雙向定量泵5、液壓缸11和位移傳感器12組成位移控制外環(huán)。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或 二不同點(diǎn)在于補(bǔ)油機(jī)構(gòu)13由閉式油箱6和補(bǔ)油閥7組成；補(bǔ)油閥7的兩個(gè)進(jìn)出油口分別連 接在雙向定量泵5與液壓缸11之間的兩條油路上，補(bǔ)油閥7的第三進(jìn)出油口連接閉式油箱 6的進(jìn)出油口。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或 二不同點(diǎn)在于還包括聯(lián)軸器4，伺服電機(jī)3的動(dòng)力輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器4與雙向定量泵5的動(dòng) 力輸入軸連接。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或 二不同點(diǎn)在于溢流安全機(jī)構(gòu)9由兩個(gè)溢流閥組成；兩個(gè)溢流閥分別設(shè)置在雙向定量泵5與 液壓缸11之間的兩條油路上，兩個(gè)溢流閥的溢流方向相反。其它組成和連接方式與具體實(shí) 施方式一或二相同。本發(fā)明原理控制器1給伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器2發(fā)送控制信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻 器2驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)3，伺服電機(jī)3帶動(dòng)雙向定量泵5，雙向定量泵5驅(qū)動(dòng)液壓缸11運(yùn)動(dòng)，采 集雙向定量泵5與液壓缸11之間兩條油路上的流量信號(hào)和液壓缸11活塞桿的位移反饋信 號(hào)發(fā)送給控制器1，通過(guò)上述三個(gè)信號(hào)的結(jié)合達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制和調(diào)整，從而控制和克 服雙向定量泵5、液壓鎖8和補(bǔ)油機(jī)構(gòu)13中補(bǔ)油閥7的固有缺陷，提高系統(tǒng)性能。本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實(shí)施方式的內(nèi)容，其中一個(gè)或幾個(gè)具體實(shí)施方式
的組 合同樣也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)，其特征在于它包括控制器(1)、伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器(2)、伺服電機(jī)(3)、雙向定量泵(5)、液壓鎖(8)、溢流安全機(jī)構(gòu)(9)、流量傳感器(10)、液壓缸(11)、補(bǔ)油機(jī)構(gòu)(13)和位移傳感器(12)；控制器(1)設(shè)置有四個(gè)輸入端和一個(gè)控制信號(hào)輸出端，所述控制器(1)的四個(gè)輸入端分別為控制信號(hào)輸入端、位移反饋信號(hào)輸入端、第一流量信號(hào)輸入端和第二流量信號(hào)輸入端；控制器(1)的控制信號(hào)輸出端連接伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器(2)的控制信號(hào)輸入端，伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器(2)的控制端連接伺服電機(jī)(3)的受控端，伺服電機(jī)(3)的動(dòng)力輸出軸與雙向定量泵(5)的動(dòng)力輸入軸連接，雙向定量泵(5)與液壓缸(11)之間的兩條油路通過(guò)補(bǔ)油機(jī)構(gòu)(13)、液壓鎖(8)、溢流安全機(jī)構(gòu)(9)和流量傳感器(10)形成閉式回路，其中流量傳感器(10)由第一流量傳感器(10-1)和第二流量傳感器(10-2)組成，第一流量傳感器(10-1)和第二流量傳感器(10-2)分別設(shè)置在兩條油路上；位于液壓缸(11)的活塞桿上的位移傳感器(12)的位移反饋信號(hào)輸出端、第一流量傳感器(10-1)的流量信號(hào)輸出端和第二流量傳感器(10-2)的流量信號(hào)輸出端分別連接控制器(1)的位移信號(hào)輸入端、第一流量信號(hào)輸入端和第二流量信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)，其特征在于控 制器(1)由第一比較器(1-1)、外環(huán)控制器(1-2)、第二比較器(1-3)、內(nèi)環(huán)控制器(1-4)和 信號(hào)處理器(1-5)組成；第一比較器(1-1)設(shè)置有兩個(gè)輸入端和一個(gè)信號(hào)輸出端，所述第 一比較器(1-1)的兩個(gè)輸入端分別為控制信號(hào)輸入端和位移反饋信號(hào)輸入端，即為控制器(I)的控制信號(hào)輸入端和位移反饋信號(hào)輸入端；第一比較器(1-1)的信號(hào)輸出端連接外環(huán) 控制器(1-2)的信號(hào)輸入端，外環(huán)控制器(1-2)的信號(hào)輸出端連接第二比較器(1-3)的一 個(gè)輸入端，所述第二比較器(1-3)的一個(gè)輸入端為外環(huán)控制信號(hào)輸入端，信號(hào)處理器(1-5) 設(shè)置有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，所述信號(hào)處理器(1-5)的兩個(gè)輸入端分別為第一流量信 號(hào)輸入端和第二流量信號(hào)輸入端，即為控制器(1)的第一流量信號(hào)輸入端和第二流量信號(hào) 輸入端；信號(hào)處理器(1-5)的輸出端連接第二比較器(1-3)的另一個(gè)輸入端，所述第二比較 器(1-3)的另一個(gè)輸入端為處理信號(hào)輸入端，第二比較器(1-3)的信號(hào)輸出端連接內(nèi)環(huán)控 制器(1-4)的信號(hào)輸入端，內(nèi)環(huán)控制器(1-4)的信號(hào)輸出端為控制器(1)的控制信號(hào)輸出 端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)，其特征在 于補(bǔ)油機(jī)構(gòu)(13)由閉式油箱(6)和補(bǔ)油閥(7)組成；補(bǔ)油閥(7)的兩個(gè)進(jìn)出油口分別連接 在雙向定量泵(5)與液壓缸(11)之間的兩條油路上，補(bǔ)油閥(7)的第三進(jìn)出油口連接閉式 油箱(6)的進(jìn)出油口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)，其特征在 于還包括聯(lián)軸器(4)，伺服電機(jī)(3)的動(dòng)力輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器(4)與雙向定量泵(5)的動(dòng)力 輸入軸連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)，其特征在 于溢流安全機(jī)構(gòu)(9)由兩個(gè)溢流閥組成；兩個(gè)溢流閥分別設(shè)置在雙向定量泵(5)與液壓缸(II)之間的兩條油路上，兩個(gè)溢流閥的溢流方向相反。
全文摘要
位置流量雙閉環(huán)直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)。它涉及電液伺服領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有的直驅(qū)容積控制電液伺服系統(tǒng)由于其液壓泵的低速下容積效率低的欠缺，以及補(bǔ)油機(jī)構(gòu)和液壓鎖的開啟時(shí)間的延誤，所導(dǎo)致的系統(tǒng)性能問(wèn)題。它的控制器設(shè)有四個(gè)輸入端和一個(gè)控制信號(hào)輸出端，控制器控制信號(hào)輸出端連伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器控制信號(hào)輸入端，伺服驅(qū)動(dòng)器或變頻器的控制端連伺服電機(jī)受控端，伺服電機(jī)動(dòng)力輸出軸連雙向定量泵的動(dòng)力輸入軸，雙向定量泵與液壓缸之間兩條油路通過(guò)補(bǔ)油機(jī)構(gòu)、液壓鎖、溢流安全機(jī)構(gòu)和流量傳感器形成閉式回路，位移傳感器、第一和第二流量傳感器輸出端連控制器三個(gè)輸入端。在原系統(tǒng)上添加了流量傳感器，從而改變了控制結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)F15B21/08GK101865190SQ20101021184
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者萬(wàn)保中, 劉軍龍, 姜繼海, 陳建華, 馬琛俊 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué);上海匯益控制系統(tǒng)股份有限公司