本發(fā)明涉及液壓設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電液伺服壓力控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展決定著工程機(jī)械的發(fā)展，采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好；有較好的抗干擾能力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、無極調(diào)速等自動(dòng)控制系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、承載能力強(qiáng)；反應(yīng)快，動(dòng)作靈敏等特點(diǎn)。近十年來在超大型、巨型工業(yè)或軍事應(yīng)用系統(tǒng)中對(duì)液壓伺服系統(tǒng)諸如快速、大功率、高精度、強(qiáng)魯棒性的要求也越來越高。電液伺服控制系統(tǒng)是電氣伺服傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)合，作為一種機(jī)—電—液復(fù)合控制系統(tǒng)，它具有響應(yīng)速度快、功率密度大、控制精度高、節(jié)能環(huán)保、能量利用率高、信號(hào)處理靈活等優(yōu)點(diǎn)。

節(jié)能降耗已經(jīng)成為目前液壓控制系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢(shì)，主要有兩個(gè)大方向：一是提高液壓系統(tǒng)的硬件質(zhì)量，通過合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件、采用新材料等，改善系統(tǒng)液體內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗；二是在系統(tǒng)控制策略上進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，采用壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器，由傳統(tǒng)的開環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制系統(tǒng)，減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓伺服控制技術(shù)迅速發(fā)展，已經(jīng)在當(dāng)今的自動(dòng)化重大應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。電液伺服系統(tǒng)是由電信號(hào)處理裝置和液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)組成的反饋控制系統(tǒng)，兼具電氣和液壓兩方面的優(yōu)點(diǎn)，適用于負(fù)載大且要求響應(yīng)速度快的各種場(chǎng)合。比如飛機(jī)、船舶、雷達(dá)的控制、注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、折彎?rùn)C(jī)等工程機(jī)械的控制。

傳統(tǒng)的電液伺服系統(tǒng)按流量調(diào)節(jié)方式可分為閥控伺服系統(tǒng)和泵控伺服系統(tǒng)，閥控伺服系統(tǒng)是通過節(jié)流來進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的，它由傳統(tǒng)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵供油，通過流量閥調(diào)節(jié)流向執(zhí)行元件的油液流量來實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過程中存在著溢流損失和節(jié)流損失，導(dǎo)致系統(tǒng)效率低、增大系統(tǒng)的非線性、影響穩(wěn)定性，甚至?xí)邪踩[患。

泵控伺服系統(tǒng)分為變量泵控制系統(tǒng)和伺服直驅(qū)泵控系統(tǒng)。前者，液壓泵根據(jù)流量能否自主改變分成定量泵和變量泵，變量泵可以精確調(diào)節(jié)流量大小，利用變量泵改變排量來調(diào)節(jié)流量，達(dá)到控制壓力的作用；因沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高；但精密的液壓泵結(jié)構(gòu)對(duì)液壓油介質(zhì)產(chǎn)生了更高的要求，噪聲問題在變量泵控制變得尤為突出。后者，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好，頻響高；但不能控制動(dòng)力源轉(zhuǎn)速，只能改變變量泵的輸出排量，同閥控相比節(jié)能，但是變量泵對(duì)油品要求高。近幾年隨著伺服控制技術(shù)的提高以及各種高性能數(shù)字控制器的出現(xiàn)直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。

盡管液壓伺服控制系統(tǒng)具有眾多明顯的特點(diǎn)，但它也存在很多缺點(diǎn)和不足，主要表現(xiàn)為：

1)液體的泄露和可壓縮性，會(huì)對(duì)液壓伺服控制帶來影響，使得控制速度慢、控制精度低。

2)液壓伺服系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)換傳遞過程中存在壓力損失、機(jī)械摩擦、泄漏等現(xiàn)象，會(huì)對(duì)液壓伺服控制產(chǎn)生非線性影響，使控制穩(wěn)定性差、精度低。

3)液體溫度和負(fù)載變化對(duì)液壓伺服控制也有影響，使控制不穩(wěn)定。

4)閥控液壓缸控制系統(tǒng)中，伺服閥表現(xiàn)為非線性，伺服閥的開度大小、閥芯漂移、磁滯、滑閥摩擦和傳感器的分辨率等都會(huì)影響系統(tǒng)控制精度等。

因此，如何提高控制速度和控制精度成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于如何提高控制速度和控制精度。

為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種直驅(qū)式電液伺服壓力控制系統(tǒng)，包括：

執(zhí)行模塊，用于在液壓缸提供的壓力驅(qū)動(dòng)下執(zhí)行相應(yīng)的操作；伺服調(diào)速模塊，與執(zhí)行模塊剛性連接，用于在相應(yīng)的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)下調(diào)節(jié)提供給執(zhí)行模塊的壓力；滑?？刂颇K，用于在給定的信號(hào)下向伺服調(diào)速模塊輸出電驅(qū)動(dòng)信號(hào)；反饋模塊，用于向滑?？刂颇K分別反饋從執(zhí)行模塊和伺服調(diào)速模塊采集到的數(shù)據(jù)。

可選地，伺服調(diào)速模塊包括：定量泵，用于在驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下提供與驅(qū)動(dòng)力相適應(yīng)的壓力；電機(jī)，用于在電控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下向定量泵提供驅(qū)動(dòng)力；電機(jī)控制單元，用于響應(yīng)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)向電機(jī)提供與電驅(qū)動(dòng)信號(hào)相適應(yīng)的電控制信號(hào)。

可選地，反饋模塊包括：壓力反饋單元，用于檢測(cè)執(zhí)行模塊的壓力并反饋給伺服調(diào)速模塊；速度反饋單元，用于檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并反饋給伺服調(diào)速模塊。

可選地，還包括：參數(shù)識(shí)別模塊，連接在滑?？刂颇K和反饋模塊之間，用于讀取識(shí)別反饋模塊采集到的執(zhí)行模塊的壓力和電機(jī)的轉(zhuǎn)速并傳輸給滑模控制模塊。

可選地，根據(jù)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)方程、等效電樞回路方程、電機(jī)的磁轉(zhuǎn)矩方程和電機(jī)軸力矩平衡方程，得到電機(jī)的傳遞函數(shù)。

可選地，電機(jī)為永磁同步電機(jī)；由電機(jī)電動(dòng)勢(shì)方程得到傳遞函數(shù)為：e(s)＝keωr(s)，其中，ke為永磁同步電機(jī)反電動(dòng)式系數(shù)；ωr為轉(zhuǎn)子角速度；由電機(jī)等效電樞回路方程得到傳遞函數(shù)：由電機(jī)磁轉(zhuǎn)矩方程te＝ktiq得到傳遞函數(shù)：te(s)＝ktiq(s)，其中，te為電磁轉(zhuǎn)矩；pn為電機(jī)極對(duì)數(shù)；由電機(jī)軸力矩平衡方程得到傳遞函數(shù)：其中，te——電磁轉(zhuǎn)矩；tl為電機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩；ωr為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；b為電機(jī)軸上的粘性阻尼系數(shù)；j為折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；j＝j(luò)1+j2，其中j1表示永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，j2表示液壓泵折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

可選地，根據(jù)液壓泵流量方程、液壓系統(tǒng)流量連續(xù)性方程、液壓缸帶負(fù)載力平衡方程、液壓泵的扭矩方程以及液壓泵泄露流量與壓力關(guān)系得到定量泵和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)。

可選地，定量泵為液壓泵；執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓缸；由液壓泵流量方程得到傳遞函數(shù)：qb(s)＝dpn(s)，式中，qb——液壓泵的理論輸出流量，qr為液壓泵的實(shí)際輸出流量；ql為液壓泵的泄露流量；dp為液壓泵的排量；n為液壓泵轉(zhuǎn)速；由液壓系統(tǒng)流量連續(xù)性方程得到傳遞函數(shù)：式中，a為液壓缸有效作用面積；xc為液壓缸活塞位移；vt為高壓腔容積，即泵以及液壓缸和他們之間管路容積總和；βe為液壓油的體積模量；pr為液壓泵出口處壓力；ut為液壓油黏度；cse為液壓缸總泄露系數(shù)，其為內(nèi)泄露外泄露系數(shù)總和；由液壓缸帶負(fù)載力平衡方程得到傳遞函數(shù)：式中，m為液壓缸活塞與負(fù)載的總質(zhì)量；bp為液壓缸活塞粘性阻尼系數(shù)；k為負(fù)載剛度，即彈簧系數(shù)；fl為液壓缸上的負(fù)載力；由液壓泵的扭矩方程得到傳遞函數(shù)：式中，tl為液壓泵產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；ω為液壓泵轉(zhuǎn)速；由液壓泵泄露流量與壓力關(guān)系得到傳遞函數(shù)：qr(s)＝qb(s)-pr(s)·kl，式中，ql＝pr·cps，cps為雙向定量柱塞泵總泄露系數(shù)，cps＝cis+ces，cis是液壓泵內(nèi)泄露系數(shù)，ces是液壓泵外泄露系數(shù)。

可選地，滑?？刂颇K采用如下等效控制方法：u＝ues+uf，式中，ues為等效控制部分，采用基于系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別方式控制指數(shù)趨近律的控制；uf為切換控制部分，采用模糊控制。

本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的直驅(qū)式電液伺服壓力控制系統(tǒng)，由于通過伺服調(diào)速模塊與執(zhí)行模塊剛性連接，通過伺服調(diào)速模塊驅(qū)動(dòng)控制液壓泵的轉(zhuǎn)速，從而，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)通過改變變量泵的輸出排量方式，通過伺服調(diào)速模塊的剛性控制能夠提高液壓執(zhí)行模塊的控制速度。并且，由于伺服調(diào)速模塊為剛性驅(qū)動(dòng)，繼而提高了控制精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)施例中一種電液伺服壓力控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)施例中一種電液伺服壓力控制系統(tǒng)控制回路框圖；

圖3為本實(shí)施例中一種電液伺服壓力控制系統(tǒng)控制原理圖；

圖4為本實(shí)施例中一種永磁同步電機(jī)傳遞函數(shù)回路示意圖；

圖5為本實(shí)施例中一種液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)示意圖；

圖6為本實(shí)施例中一種電液伺服壓力控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

為了提高液壓驅(qū)動(dòng)控制速度和控制精度，本實(shí)施例公開了一種直驅(qū)式電液伺服壓力控制系統(tǒng)，請(qǐng)參考圖1，為該直驅(qū)式電液伺服壓力控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖，該電液伺服壓力控制系統(tǒng)包括：液壓泵1、伺服電機(jī)2、液壓缸3、傳感器4和控制器5，其中：

液壓泵1用于調(diào)節(jié)液壓輸出的排量。本實(shí)施例中，液壓泵1液壓部分的動(dòng)力源，液壓泵1為定量泵，由伺服電機(jī)帶動(dòng)，通過管道連接液壓缸，由其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)輸出的排量。

伺服電機(jī)2與液壓泵1剛性連接，用于控制液壓泵的轉(zhuǎn)速。在具體實(shí)施例中，伺服電機(jī)2可以是例如為永磁同步電機(jī)，伺服電機(jī)2是電液伺服系統(tǒng)的動(dòng)力源，與液壓泵剛性連接，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速即可控制液壓泵轉(zhuǎn)速。需要說明的是，在具體實(shí)施例中，可以通過驅(qū)動(dòng)適配器21來實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)與控制系統(tǒng)之間的信號(hào)匹配與處理，根據(jù)所選控制系統(tǒng)類型，若控制系統(tǒng)內(nèi)部已具備此功能，該驅(qū)動(dòng)適配器可以省略。

液壓缸3用于在液壓提供的動(dòng)力下驅(qū)動(dòng)負(fù)載6。在具體實(shí)施例中，液壓缸3是電液伺服控制系統(tǒng)的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以完成規(guī)定的動(dòng)作，根據(jù)需求液壓缸的輸出可以是力矩，也可以是速度、位移等。

傳感器4用于采集液壓的傳感信號(hào)。

控制器5與傳感器4以及伺服電機(jī)2連接，用于根據(jù)傳感信號(hào)輸出用于控制伺服電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)控制信號(hào)。在具體實(shí)施例中，控制器5可以包含cpu控制器、各類i/o信號(hào)板卡、通信卡、電源機(jī)架、線纜及軟件開發(fā)環(huán)境等，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服系統(tǒng)各類信號(hào)的采集、處理和內(nèi)部數(shù)學(xué)運(yùn)算和輸出控制；可選用目前常用的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、plc控制系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)或自己開發(fā)的同類功能的單片機(jī)控制系統(tǒng)。

在可選的實(shí)施例中，傳感器4包括：壓力傳感器41和流量傳感器42，其中：壓力傳感器41用于采集液壓泵1的液體壓力，具體地，壓力傳感器41檢測(cè)液壓泵的出口壓力，壓力傳感器41采集后的信號(hào)接入控制器5。流量傳感器42用于采集液壓泵1輸出液體的流量。具體地，流量傳感器42檢測(cè)液壓泵1的出口流量，反應(yīng)液壓泵1實(shí)際排量，流量傳感器42采集后的信號(hào)接入控制器5。

在可選的實(shí)施例中，傳感器4包括：編碼器43，編碼器43用于采集伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。編碼器43測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，編碼器43采集后的信號(hào)接入控制器5，控制器5以此作為反饋信號(hào)，并實(shí)時(shí)觀測(cè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

在可選的實(shí)施例中，傳感器4包括：位置傳感器44，位置傳感器44用于檢測(cè)液壓缸3的位移量，即液壓缸3的位置，位置傳感器44采集后的信號(hào)接入控制器5。

在可選的實(shí)施例中，該電液伺服壓力控制系統(tǒng)還包括：油箱7，油箱7通過溢流閥8連接至液壓泵1，用于容納液壓油。

在可選的實(shí)施例中，傳感器4包括：溫度傳感器45，溫度傳感器45用于采集油箱7中液壓油的溫度，溫度傳感器45采集后的信號(hào)接入控制器5。

在可選的實(shí)施例中，該電液伺服壓力控制系統(tǒng)還包括：換向閥9，在具體實(shí)施例中，換向閥9連接至液壓缸3和液壓泵1之間，換向閥9用于調(diào)節(jié)向液壓缸3提供液壓的管路。在具體實(shí)施例中，換向閥9可以是電磁換向閥，例如三位兩通電磁換向閥，通過換向閥9可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)油道切換，控制液壓缸兩端液壓油的進(jìn)出，進(jìn)而控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向。

為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下文對(duì)該電液伺服壓力系統(tǒng)作進(jìn)一步闡述，在具體實(shí)施例中，液壓泵與電機(jī)的選擇根據(jù)負(fù)載需求而定。

1)液壓泵的選擇：

液壓泵的選取是根據(jù)液壓系統(tǒng)所需的最大工作壓力、流量以及工作效率來選擇的，在液壓泵所需要提供的壓力和液壓缸所需要的最大流量選取完畢后就可以選擇液壓泵的規(guī)格。

①壓力的選取需遵循：pp≥kp×pr

其中，pp為液壓泵所需要提供的壓力(單位為pa)；kp為電液伺服壓力系統(tǒng)匯總壓力損失系數(shù)，一般取1.3-1.5，本系統(tǒng)取1.4；pr為液壓缸所需要的最大工作壓力(pa)。

②液壓系統(tǒng)流量選取遵循：qp≥kq×qs

其中，qp為液壓泵的流量；kq為電液伺服壓力系統(tǒng)的流量泄露系數(shù)；qs為液壓缸所需要的最大流量。

2)電機(jī)的選擇：

驅(qū)動(dòng)液壓泵的電機(jī)功率選取需遵循：

其中，pm為電液伺服壓力系統(tǒng)中電機(jī)的功率(kw)；pp為電液伺服壓力系統(tǒng)最大工作壓力(mpa)；qp為液壓泵的流量(l/min)；η為泵的總效率，柱塞泵效率一般為0.8-0.85，此處取0.83；

一臺(tái)額定排量為qp產(chǎn)生一定的壓力pp所需要的扭矩為

t＝qp×ηv×pp×9.549/61.2/η

其中，t為轉(zhuǎn)矩(n·m)；ηv為液壓泵的容積效率；η為液壓泵總效率。

本實(shí)施例公開的直驅(qū)式電液伺服壓力控制系統(tǒng)，由控制器、伺服電機(jī)、液壓系統(tǒng)、各類傳感器和負(fù)載組成，請(qǐng)參考圖2，為該控制系統(tǒng)控制回路框圖，液壓泵與液壓缸組成液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)中伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)與液壓泵軸向連接，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)控制吸入與排出液壓缸的液壓油量，進(jìn)而控制液壓缸的伸縮，液壓缸再驅(qū)動(dòng)負(fù)載做預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)給定參數(shù)是液壓缸壓力信號(hào)，運(yùn)行時(shí)壓力傳感器反饋回的數(shù)據(jù)同給定壓力信號(hào)做比較，得到的結(jié)果送入壓力控制器；壓力控制器的輸出信號(hào)作為速度控制器的給定，速度反饋數(shù)據(jù)同速度給定作比較，得到的結(jié)果送入速度控制器；速度控制器輸出是電流環(huán)的給定，并與電流反饋信號(hào)比較，得到的信號(hào)進(jìn)入電流控制器，進(jìn)而對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩直接控制。傳感器包括轉(zhuǎn)速、壓力、流量；液壓泵輸出端、油路上均裝有壓力傳感器，壓力信號(hào)直接進(jìn)入控制器作為壓力反饋信號(hào)；轉(zhuǎn)速傳感器安裝在液壓泵輸出端，以泵轉(zhuǎn)速反應(yīng)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速；伺服電機(jī)提供電流信號(hào)。

請(qǐng)參考圖3，為本實(shí)施例公開的一種電液伺服壓力控制系統(tǒng)控制原理圖，該控制系統(tǒng)包括：執(zhí)行模塊31、伺服調(diào)速模塊32、滑?？刂颇K33和反饋模塊34，其中：

執(zhí)行模塊31用于在液壓缸提供的壓力驅(qū)動(dòng)下執(zhí)行相應(yīng)的操作；本實(shí)施例中，執(zhí)行模塊31包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)(例如液壓缸)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于連接至負(fù)載，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載執(zhí)行相應(yīng)的操作。

伺服調(diào)速模塊32與執(zhí)行模塊31剛性連接，用于在相應(yīng)的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)下調(diào)節(jié)提供給執(zhí)行模塊31的壓力。在具體實(shí)施例中，伺服調(diào)速模塊32包括：定量泵，用于在驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下提供與驅(qū)動(dòng)力相適應(yīng)的壓力；電機(jī)，用于在電控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下向定量泵提供驅(qū)動(dòng)力；電機(jī)控制單元，用于響應(yīng)電驅(qū)動(dòng)信號(hào)向電機(jī)提供與電驅(qū)動(dòng)信號(hào)相適應(yīng)的電控制信號(hào)。

滑模控制模塊33用于在給定的信號(hào)下向伺服調(diào)速模塊32輸出電驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

反饋模塊34用于向滑?？刂颇K33分別反饋從執(zhí)行模塊31和伺服調(diào)速模塊32采集到的數(shù)據(jù)。在具體實(shí)施例中，反饋模塊34包括：壓力反饋單元，用于檢測(cè)執(zhí)行模塊的壓力并反饋給伺服調(diào)速模塊；速度反饋單元，用于檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并反饋給伺服調(diào)速模塊。

在可選的實(shí)施例中，該控制系統(tǒng)還包括：參數(shù)識(shí)別模塊35，參數(shù)識(shí)別模塊35連接在滑?？刂颇K33和反饋模塊34之間，用于讀取識(shí)別反饋模塊34采集到的執(zhí)行模塊31的壓力和電機(jī)的轉(zhuǎn)速并傳輸給滑?？刂颇K33。

電機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

在可選的實(shí)施例中，根據(jù)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)方程、等效電樞回路方程、電機(jī)的磁轉(zhuǎn)矩方程和電機(jī)軸力矩平衡方程，得到電機(jī)的傳遞函數(shù)。本實(shí)施例中，電機(jī)為永磁同步電機(jī)：

根據(jù)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)方程、等效電樞回路方程、電機(jī)的磁轉(zhuǎn)矩方程、電機(jī)軸力矩平衡方程，得到永磁同步電機(jī)傳遞函數(shù)，如圖4所示，其中：

①電機(jī)電動(dòng)勢(shì)方程得到傳遞函數(shù)：e(s)＝keωr(s)

式中，ke為永磁同步電機(jī)反電動(dòng)式系數(shù)(v·s/rad)；ωr為轉(zhuǎn)子角速度(rad/s)。

②由電機(jī)等效電樞回路方程得到傳遞函數(shù)：

③由電機(jī)磁轉(zhuǎn)矩方程te＝ktiq得到傳遞函數(shù)：te(s)＝ktiq(s)

式中，te為電磁轉(zhuǎn)矩(n·m)；pn為電機(jī)極對(duì)數(shù)。

④由電機(jī)軸力矩平衡方程得到傳遞函數(shù)：

式中，te——電磁轉(zhuǎn)矩(n·m)；tl為電機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩(n·m)；ωr為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度(rad/s)；b為電機(jī)軸上的粘性阻尼系數(shù)(n·m/(rad·s))；j為折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m²)；j＝j(luò)1+j2，其中j1表示永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，j2表示液壓泵折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

本實(shí)施例中，根據(jù)液壓泵流量方程、液壓系統(tǒng)流量連續(xù)性方程、液壓缸帶負(fù)載力平衡方程、液壓泵的扭矩方程以及液壓泵泄露流量與壓力關(guān)系得到所述定量泵和所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)，如圖5所示，其中：

①由液壓泵流量方程得到傳遞函數(shù)：qb(s)＝dpn(s)

式中，qb——液壓泵的理論輸出流量(m³/s)，qr為液壓泵的實(shí)際輸出流量(m³/s)；ql為液壓泵的泄露流量(m³/s)；dp為液壓泵的排量(ml/r)；n為液壓泵轉(zhuǎn)速r/min。

②由液壓系統(tǒng)流量連續(xù)性方程得到傳遞函數(shù)：

式中，a為液壓缸有效作用面積(m²)；xc為液壓缸活塞位移(m)；vt為高壓腔容積，即泵以及液壓缸和他們之間管路容積總和(m)；βe為液壓油的體積模量(n/m²)；pr為液壓泵出口處壓力(pa)；ut為液壓油黏度；cse為液壓缸總泄露系數(shù)(m³/s·pa)，其為內(nèi)泄露外泄露系數(shù)總和，即cse＝cic+cec；為油液彈性模量變化產(chǎn)生的流量。

③由液壓缸帶負(fù)載力平衡方程；得到傳遞函數(shù)：

式中，m為液壓缸活塞與負(fù)載的總質(zhì)量(kg)；bp為液壓缸活塞粘性阻尼系數(shù)(n·s/m)；k為負(fù)載剛度，即彈簧系數(shù)(n/m)；fl為液壓缸上的負(fù)載力(n)。

④由液壓泵的扭矩方程得到傳遞函數(shù)：

式中，tl為液壓泵產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(n·m)；ω為液壓泵轉(zhuǎn)速(rad/s)。

⑤由液壓泵泄露流量與壓力關(guān)系得到傳遞函數(shù)：qr(s)＝qb(s)-pr(s)·kl

式中，ql＝pr·cps，cps為雙向定量柱塞泵總泄露系數(shù)(m³/(s·pa))，cps＝cis+ces，cis是液壓泵內(nèi)泄露系數(shù)，ces是液壓泵外泄露系數(shù)。

直驅(qū)式電液伺服壓力控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)

綜合電機(jī)傳遞函數(shù)和液壓系統(tǒng)傳遞函數(shù)，得到直驅(qū)式電液伺服壓力控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)如圖6所示。

有關(guān)控制器控制算法

滑?？刂颇K采用如下等效控制方法：u＝ues+uf

式中，ues為等效控制部分，采用基于系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別方式控制指數(shù)趨近律的控制；uf為切換控制部分，采用模糊控制。

1)等效控制部分

將系統(tǒng)工作時(shí)壓力和主軸速度同指數(shù)趨近律的切換系數(shù)相關(guān)聯(lián)，采用參數(shù)識(shí)別獲得的參數(shù)kpv，通過對(duì)系數(shù)ε的調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和魯棒性。

設(shè)：指數(shù)趨近率ε為切換函數(shù)-εsgn(s)的增益。

等效控制的控制算法：

式中：u(t)為系統(tǒng)輸入；f(t)為系統(tǒng)外部擾動(dòng)；e為系統(tǒng)壓力偏差，e1、e2、e3……；a0、a1、a2為壓力偏差修正系數(shù)；c1、c2為切換函數(shù)的系數(shù)；b0為給定輸入修正系數(shù)。

2)切換控制部分

模糊控制器的輸入是過程實(shí)測(cè)變量與系統(tǒng)設(shè)定值之差，輸出量是系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制修正變量，核心是包含語(yǔ)言規(guī)則的規(guī)則庫(kù)和模糊推理，模糊推理就是一種模糊轉(zhuǎn)變，它將輸入量的模糊集變?yōu)檩敵隽康哪：瑢?shí)現(xiàn)論域的轉(zhuǎn)換。

系統(tǒng)中模糊控制器的輸入是滑模控制切換面s以及s，物理意義分別為系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)到滑模面的相對(duì)距離和向著滑模面運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度；模糊控制器的輸出是uf即滑?？刂破鞯那袚Q控制部分，也就是被控部分的輸入信號(hào)，的論域?yàn)椋簊∈[-1，+1]uf∈[-1，+1]，輸入輸出分別對(duì)應(yīng)七組模糊語(yǔ)言變量：

s＝[nb，nm，ns，ze，ps，pm，pb]

uf＝[nb，nm，ns，ze，ps，pm，pb]

其中:nb代表負(fù)大、nm代表負(fù)中、ns代表負(fù)小、ze代表零、ps代表正小、pm代表正中，pb代表正大。

3)模糊推理模糊規(guī)則庫(kù)的建立

采用的模糊推理規(guī)則：ifsisaiandisbj，thenufisck

其中ai、bj、ck對(duì)應(yīng)著輸入輸出的模糊子集，模糊控制規(guī)則表如下表所示。

模糊滑?？刂破饕?guī)則表

由于表中的模糊控制規(guī)則全部滿足所以設(shè)計(jì)的模糊滑?？刂葡到y(tǒng)是穩(wěn)定的。

4)清晰化

采用重心法，重心法的本質(zhì)就是加權(quán)平均法，把模糊量的重心元素作為判決之后得到的精確值u，

本實(shí)施例提供的電液伺服壓力控制系統(tǒng)，由于通過伺服調(diào)速模塊與執(zhí)行模塊剛性連接，通過伺服調(diào)速模塊驅(qū)動(dòng)控制液壓泵的轉(zhuǎn)速，從而，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)通過改變變量泵的輸出排量方式，通過伺服調(diào)速模塊的剛性控制能夠提高液壓執(zhí)行模塊的控制速度。并且，由于伺服調(diào)速模塊為剛性驅(qū)動(dòng)，繼而提高了控制精度。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、cd-rom、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。