一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法。根据伺服阀负载流量、伺服阀内耗流量、定量泵输出流量及泄漏量与负载压力的关系，确定了双控制回路液压伺服系统工作高效率区间，结合负载特性要求确定了液压缸和伺服阀的参数，在此基础上再结合液压伺服系统对压力控制回路动态性能要求，确定了蓄能器、液压泵和永磁同步电机的参数。本发明专利技术从系统级对液压伺服系统元件参数进行优化，提高了效率，避免能量和设备的浪费。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液压传动领域，具体涉及一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法。
技术介绍
液压伺服系统具有单位功率质量比大、控制精度和性价比高等特点，被广泛应用于航空航天、工程机械、冶金和机床等领域。液压伺服系统有两种基本控制类型：阀控式和泵控式，阀控式采用伺服阀或比例阀控制，动态响应快，但存在节流及溢流损失，且因采用恒压供油，系统效率低，适用于对快速性要求较高的中小功率场合；泵控式主要通过三相异步电动机驱动变量泵或变速电机驱动定量泵的方式来调节液压泵的输出流量，因没有溢流和节流损失，且系统压力随负载而变化，所以系统效率高。但因变量泵变量机构惯量较大，或因电机变速响应过慢及过载能力受限，泵控系统存在动态响应慢的问题，适用于大功率、对快速性要求不高的场合。双控制回路液压伺服系统将阀控与泵控技术相结合，取长补短，可兼顾效率与响应，适合于大功率且对快速性要求较高的场合，是大功率液压控制技术发展的一种趋势。在传统的液压伺服系统中，泵源系统与伺服作动系统两者之间的关联性要求不高，可分别配置；但在双控制回路液压伺服系统中两者关系十分紧密，但目前双控制回路液压伺服系统元件的选型还是沿用传统液压伺服系统的设计方法，这就造成了双控制回路液压伺服系统配置的不合理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法，以在满足系统功能的基础上，力争小型化。为实现上述目的，本专利技术提供了一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法，本专利技术中所述的双控制回路液压伺服系统，由永磁同步电机、单向定量泵、蓄能器、伺服阀和双向对称液压缸组成。其中，压力控制回路由永磁同步电机、单向定量泵和蓄能器组成，压力控制回路把伺服阀前压力作为控制量，当伺服阀前压力低于设定值时，永磁同步电动机驱动定量泵高速运转，补充阀前压力；当伺服阀前压力达到设定值时，永磁同步电动机驱动定量泵低速运转，以满足负载的流量需求。位置控制回路由伺服阀和双向对称液压缸组成，位置控制回路通过比较设定值与输出反馈值的大小，通过调节伺服阀的开口量来调节流量大小。一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法包括如下步骤：1)确定双控制回路液压伺服系统工作高效率区间；2)根据负载压力和步骤1)确定的工作高效率区间，确定压力控制回路输出压力；3)根据步骤2)确定的压力控制回路输出压力和液压伺服系统所要求的位移，确定双向对称液压缸活塞面积和活塞杆伸出长度；4)根据步骤3)中计算结果，参考活塞杆直径及活塞直径尺寸系列国家标准，确定双向对称液压缸尺寸；5)根据负载运动最大速度和步骤2)、步骤4)中计算结果，确定双控制回路液压伺服系统中蓄能器、液压泵电机参数。步骤1)所述的双控制回路液压伺服系统工作高效率区间为：PL＝(1-K)P1 ①式中，PL为负载压力；P1为压力控制回路输出压力；K取值范围为0.177～0.223。进一步地，双控制回路液压伺服系统工作最优效率点为：PL＝0.8P1 ②进一步地，双向对称液压缸活塞面积计算公式为：式中，A为液压缸活塞面积；Ffmax为最大惯性负载力。进一步地，蓄能器参数中有效体积计算公式为：式中，ΔV为蓄能器有效容积；β为液压油压缩系数；Qn为位置控制回路额定需求流量；为压力梯度。进一步地，液压泵电机为永磁同步电机。进一步地，永磁同步电机参数中过载系数计算公式为：Tacc＝TLkov ⑤式中，Tacc为电机转速加速度转矩；TL为泵的转矩；kov为电机过载系数；wmax为电机最大转速；t2为设定压力上升到压力波动最大值的响应时间；JM为电机转动惯量。附图说明图1是双控制回路液压伺服系统原理图。图2是本专利技术双控制回路液压伺服系统效率与K关系图。具体实施方式一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法具体实施方式，包括下列步骤：1确定双控制回路液压伺服系统工作高效率区间1.1恒负载功率下位置控制回路分析双控制回路液压伺服系统的流量适应于负载的流量需求，系统效率取决于伺服阀前压力与负载压力的比值，在本专利技术中提高负载压力值以提高系统的效率。在负载不变的情况下，采用传统负载压力设计方法PL1＝2P1/3，所选伺服阀负载流量为： Q f 1 = C d w 1 x v 1 P 1 3 ρ - - - ( 1 ) ]]>式中，PL为负载压力；P1为压力控制回路输出压力；Cd为伺服阀流量系数；w为伺服阀面积梯度；xv为电液伺服阀阀芯位移；ρ为液压油密度；PL1、w1和xv1中的下标1表示为传统设计方法时的参数。提高负载压力设计值后PL2＝(1-Ks)P1(0＜Ks＜1/3)，此时所选伺服阀负载流量为： Q f 2 = C d w 2 x v 2 K s P 1 ρ - - - ( 2 ) ]]>式中，PL2、w2和xv2中的下标2表示提高负载压力设计值后的参数。在负载不变情况下，两种方法所选择的伺服阀关系为： Q f 1 P L 1 Q f 2 P L 2 = 2 w 1 x v 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定双控制回路液压伺服系统工作高效率区间；2)根据负载压力和步骤1)确定的工作高效率区间，确定压力控制回路输出压力；3)根据步骤2)确定的压力控制回路输出压力和液压伺服系统所要求的位移，确定双向对称液压缸活塞面积和活塞杆伸出长度；4)根据步骤3)中计算结果，参考活塞杆直径及活塞直径尺寸系列国家标准，确定双向对称液压缸尺寸；5)根据负载运动最大速度和步骤2)、步骤4)中计算结果，确定双控制回路液压伺服系统中蓄能器、液压泵电机参数。

【技术特征摘要】
1.一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定双控制回路液压伺服系统工作高效率区间；2)根据负载压力和步骤1)确定的工作高效率区间，确定压力控制回路输出压力；3)根据步骤2)确定的压力控制回路输出压力和液压伺服系统所要求的位移，确定双向对称液压缸活塞面积和活塞杆伸出长度；4)根据步骤3)中计算结果，参考活塞杆直径及活塞直径尺寸系列国家标准，确定双向对称液压缸尺寸；5)根据负载运动最大速度和步骤2)、步骤4)中计算结果，确定双控制回路液压伺服系统中蓄能器、液压泵电机参数。2.如权利要求1所述的一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法，其特征在于，步骤1)所述的双控制回路液压伺服系统工作高效率区间为：PL＝(1-K)P1 (1)式中，PL为负载压力；P1为压力控制回路输出压力；K取值范围为0.177～0.223。3.如权利要求2所述的一种双控制回路液压伺服系统元件参数优化方法，其特征在于，双...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海军，张振，姜涛，胡卫强，陈育良，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：山东;37