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
技術領域：
本發(fā)明提出一種雙閉環(huán)控制的直接驅(qū)動容積控制伺服系統(tǒng)，屬于電液伺服技術領 域。
背景技術：
液壓伺服技術發(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)相當成熟，其性能的優(yōu)越性也普遍受到認同。但是傳統(tǒng)閥控液壓伺服系統(tǒng)的高能耗，大輔 助設施等缺點也是有目共睹。因此，一種結(jié)合伺服電機優(yōu)點和液壓優(yōu)點的系統(tǒng)應運而生，它就是直驅(qū)式容積控 制系統(tǒng)。此系統(tǒng)由伺服電機驅(qū)動定量泵推動液壓缸或液壓馬達動作。它的系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)簡 單，控制方便，返修率低，集成化程度高等優(yōu)點使其備受用戶青睞，有將要與傳統(tǒng)閥控系統(tǒng) 并駕齊驅(qū)的趨勢。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，控制輸入信號輸入控制器1 經(jīng)過運算后，其直接控制伺服驅(qū)動器或變頻器2驅(qū)動伺服電機3帶動液壓泵5，液壓泵5驅(qū) 動后續(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)補油機構(gòu)13和液壓鎖8的開啟時間延遲，故其不能發(fā)揮出伺服電 機3應有的性能，同時也大大降低系統(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，以及補油機構(gòu)和液壓鎖的開啟時間的延誤，所導致的系統(tǒng)性能問題，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)動器或變頻器、伺服電機、雙向定量泵、液壓鎖、溢流安 全機構(gòu)、流量傳感器、液壓缸、補油機構(gòu)和位移傳感器；控制器設置有四個輸入端和一個控 制信號輸出端，所述控制器的四個輸入端分別為控制信號輸入端、位移反饋信號輸入端、第 一流量信號輸入端和第二流量信號輸入端；控制器的控制信號輸出端連接伺服驅(qū)動器或 變頻器的控制信號輸入端，伺服驅(qū)動器或變頻器的控制端連接伺服電機的受控端，伺服電 機的動力輸出軸與雙向定量泵的動力輸入軸連接，雙向定量泵與液壓缸之間的兩條油路通 過補油機構(gòu)、液壓鎖、溢流安全機構(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輸出端、第一流量傳感器的流量 信號輸出端和第二流量傳感器的流量信號輸出端分別連接控制器的位移信號輸入端、第一 流量信號輸入端和第二流量信號輸入端。本發(fā)明的有益效果是相對于原有直接驅(qū)動容積控制系統(tǒng)，本發(fā)明可以有效補償 由于液壓泵滲漏、補油機構(gòu)和液壓鎖開啟時間和液壓管路的滲漏所影響的系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)對各個元件的本身的要求。通過理論及其實驗證明其可以有效提高系統(tǒng)動、靜態(tài)指標，防止輸出信號畸變。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) 過外環(huán)控制器計算后的信號與流量傳感器返回值比較后再經(jīng)過內(nèi)環(huán)控制器運算。內(nèi)環(huán)控制 器輸出信號才去控制伺服驅(qū)動器或變頻器。伺服驅(qū)動器或變頻器帶動雙向變量液壓泵驅(qū)動 整個后續(xù)液壓回路動作，跟蹤輸入信號運動。通過在原有系統(tǒng)中添加傳感器并改變其系統(tǒng) 的控制結(jié)構(gòu)和原理來消除系統(tǒng)由于液壓泵自身所帶來的固有缺陷。從外形上依舊保持系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)簡單和緊湊，控制簡單。


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。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式包括控制器1、伺服驅(qū) 動器或變頻器2、伺服電機3、雙向定量泵5、液壓鎖8、溢流安全機構(gòu)9、流量傳感器10、液壓 缸11、補油機構(gòu)13和位移傳感器12 ；控制器1設置有四個輸入端和一個控制信號輸出端， 所述控制器1的四個輸入端分別為控制信號輸入端、位移反饋信號輸入端、第一流量信號 輸入端和第二流量信號輸入端；控制器1的控制信號輸出端連接伺服驅(qū)動器或變頻器2的 控制信號輸入端，伺服驅(qū)動器或變頻器2的控制端連接伺服電機3的受控端，伺服電機3的 動力輸出軸與雙向定量泵5的動力輸入軸連接，雙向定量泵5與液壓缸11之間的兩條油路 通過補油機構(gòu)13、液壓鎖8、溢流安全機構(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 移反饋信號輸出端、第一流量傳感器10-1的流量信號輸出端和第二流量傳感器10-2的流 量信號輸出端分別連接控制器1的位移信號輸入端、第一流量信號輸入端和第二流量信號 輸入端。
具體實施方式
二 結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不 同點在于控制器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 信號處理器1-5組成；第一比較器1-1設置有兩個輸入端和一個信號輸出端，所述第一比較 器1-1的兩個輸入端分別為控制信號輸入端和位移反饋信號輸入端，即為控制器1的控制 信號輸入端和位移反饋信號輸入端；第一比較器1-1的信號輸出端連接外環(huán)控制器1-2的 信號輸入端，外環(huán)控制器1-2的信號輸出端連接第二比較器1-3的一個輸入端，所述第二比 較器1-3的一個輸入端為外環(huán)控制信號輸入端，信號處理器1-5設置有兩個輸入端和一個 輸出端，所述信號處理器1-5的兩個輸入端分別為第一流量信號輸入端和第二流量信號輸 入端，即為控制器1的第一流量信號輸入端和第二流量信號輸入端；信號處理器1-5的輸出 端連接第二比較器1-3的另一個輸入端，所述第二比較器1-3的另一個輸入端為處理信號 輸入端，第二比較器1-3的信號輸出端連接內(nèi)環(huán)控制器1-4的信號輸入端，內(nèi)環(huán)控制器1-4的信號輸出端為控制器1的控制信號輸出端。控制信號通過與位移反饋信號比較后經(jīng)外環(huán)控制器1-2運算后發(fā)送給第二比較 器1-3 ；第二比較器1-3對外環(huán)控制器1-2運算后的外環(huán)控制信號和信號處理器1-5處理 后的處理信號進行比較，然后發(fā)送給內(nèi)環(huán)控制器1-4。其中，信號處理器1-5用來處理來自 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，其功能包括選擇那路傳感器 信號和濾波。第二比較器1-3、內(nèi)環(huán)控制器1-4、伺服驅(qū)動器或變頻器2、伺服電機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)動器或變頻器2、伺服電 機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施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一或 二不同點在于補油機構(gòu)13由閉式油箱6和補油閥7組成；補油閥7的兩個進出油口分別連 接在雙向定量泵5與液壓缸11之間的兩條油路上，補油閥7的第三進出油口連接閉式油箱 6的進出油口。其它組成和連接方式與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一或 二不同點在于還包括聯(lián)軸器4，伺服電機3的動力輸出軸通過聯(lián)軸器4與雙向定量泵5的動 力輸入軸連接。其它組成和連接方式與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一或 二不同點在于溢流安全機構(gòu)9由兩個溢流閥組成；兩個溢流閥分別設置在雙向定量泵5與 液壓缸11之間的兩條油路上，兩個溢流閥的溢流方向相反。其它組成和連接方式與具體實 施方式一或二相同。本發(fā)明原理控制器1給伺服驅(qū)動器或變頻器2發(fā)送控制信號，伺服驅(qū)動器或變頻 器2驅(qū)動伺服電機3，伺服電機3帶動雙向定量泵5，雙向定量泵5驅(qū)動液壓缸11運動，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和液壓缸11活塞桿的位移反饋信 號發(fā)送給控制器1，通過上述三個信號的結(jié)合達到對整個系統(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和補油機構(gòu)13中補油閥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施方式的內(nèi)容，其中一個或幾個具體實施方式
的組 合同樣也可以實現(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)動器或變頻器(2)、伺服電機(3)、雙向定量泵(5)、液壓鎖(8)、溢流安全機構(gòu)(9)、流量傳感器(10)、液壓缸(11)、補油機構(gòu)(13)和位移傳感器(12)；控制器(1)設置有四個輸入端和一個控制信號輸出端，所述控制器(1)的四個輸入端分別為控制信號輸入端、位移反饋信號輸入端、第一流量信號輸入端和第二流量信號輸入端；控制器(1)的控制信號輸出端連接伺服驅(qū)動器或變頻器(2)的控制信號輸入端，伺服驅(qū)動器或變頻器(2)的控制端連接伺服電機(3)的受控端，伺服電機(3)的動力輸出軸與雙向定量泵(5)的動力輸入軸連接，雙向定量泵(5)與液壓缸(11)之間的兩條油路通過補油機構(gòu)(13)、液壓鎖(8)、溢流安全機構(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)的位移反饋信號輸出端、第一流量傳感器(10-1)的流量信號輸出端和第二流量傳感器(10-2)的流量信號輸出端分別連接控制器(1)的位移信號輸入端、第一流量信號輸入端和第二流量信號輸入端。
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 信號處理器(1-5)組成；第一比較器(1-1)設置有兩個輸入端和一個信號輸出端，所述第 一比較器(1-1)的兩個輸入端分別為控制信號輸入端和位移反饋信號輸入端，即為控制器(I)的控制信號輸入端和位移反饋信號輸入端；第一比較器(1-1)的信號輸出端連接外環(huán) 控制器(1-2)的信號輸入端，外環(huán)控制器(1-2)的信號輸出端連接第二比較器(1-3)的一 個輸入端，所述第二比較器(1-3)的一個輸入端為外環(huán)控制信號輸入端，信號處理器(1-5) 設置有兩個輸入端和一個輸出端，所述信號處理器(1-5)的兩個輸入端分別為第一流量信 號輸入端和第二流量信號輸入端，即為控制器(1)的第一流量信號輸入端和第二流量信號 輸入端；信號處理器(1-5)的輸出端連接第二比較器(1-3)的另一個輸入端，所述第二比較 器(1-3)的另一個輸入端為處理信號輸入端，第二比較器(1-3)的信號輸出端連接內(nèi)環(huán)控 制器(1-4)的信號輸入端，內(nèi)環(huán)控制器(1-4)的信號輸出端為控制器(1)的控制信號輸出 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 于補油機構(gòu)(13)由閉式油箱(6)和補油閥(7)組成；補油閥(7)的兩個進出油口分別連接 在雙向定量泵(5)與液壓缸(11)之間的兩條油路上，補油閥(7)的第三進出油口連接閉式 油箱(6)的進出油口。
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(3)的動力輸出軸通過聯(lián)軸器(4)與雙向定量泵(5)的動力 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 于溢流安全機構(gòu)(9)由兩個溢流閥組成；兩個溢流閥分別設置在雙向定量泵(5)與液壓缸(II)之間的兩條油路上，兩個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，以及補油機構(gòu)和液壓鎖的開啟時間的延誤，所導致的系統(tǒng)性能問題。它的控制器設有四個輸入端和一個控制信號輸出端，控制器控制信號輸出端連伺服驅(qū)動器或變頻器控制信號輸入端，伺服驅(qū)動器或變頻器的控制端連伺服電機受控端，伺服電機動力輸出軸連雙向定量泵的動力輸入軸，雙向定量泵與液壓缸之間兩條油路通過補油機構(gòu)、液壓鎖、溢流安全機構(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F15B21/08GK101865190SQ20101021184
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者萬保中, 劉軍龍, 姜繼海, 陳建華, 馬琛俊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學;上海匯益控制系統(tǒng)股份有限公司