具有缓冲功能液压缸的控制系统和控制方法技术方案

一种具有缓冲功能液压缸的控制系统及控制方法，该系统包括上位机、控制器、液压蓄能器、液压伺服阀、位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器，控制器与上位机连接，位移传感器固定在液压缸上，拉压力传感器安装在液压缸的活塞上，腔压传感器固定在液压缸的缸体上，液压伺服阀与控制器连接，液压蓄能器与液压缸的无杆腔连接。通过位移传感器获得液压缸的活塞位移，通过拉压力传感器获得液压缸的活塞输出力，通过腔压传感器获得液压缸无杆腔的压力p2，控制器通过控制液压伺服阀的控制电流iv驱动液压缸。本发明专利技术体积小，控制方便，稳定性好，能够实现对液压缸的力伺服和位置伺服，保证液压系统稳定工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于对具有缓冲功能的液压缸进行控制的系统及方法，属于液压缸控制

技术介绍
在腿足式机器人的驱动方式中，液压驱动方式具有动态性宽、输出力量大、功率-重量比高、带宽高和线性度高的特点，特别适用于高性能的机器人。为了使整个机器人能够合理高效的运动，必须要对其单关节的驱动器进行研究。目前腿足式机器人的单关节驱动，一般采用液压缸驱动，但是现有液压缸存在冲击过大等问题，对系统压力造成波动以及对元件的损坏。中国专利文献CN203189407U公开的《一种液压缸控制系统》，包括联轴器，联轴器一端固定连接有伺服电机，联轴器另一端固定连接有齿轮泵，齿轮泵设有液压油压力传感器，伺服电机设有伺服电机编码器，伺服电机还连接有伺服驱动器，伺服驱动器连接有单片机，液压油压力传感器以及伺服电机编码器还和伺服驱动器相连接。上述系统分别采用了压力和流量闭环控制来控制液压油的压力和流量，不需要使用节流阀、比例阀等阀体，杜绝了高压节流现象，闭环控制的响应时间就是伺服驱动器的响应时间。虽然具有自动校正能力、液压缸能量转换效率高且运行精度高的特点，但是仍然不能解决液压缸存在的冲击过大等问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有液压缸存在的冲击过大等问题，提供一种能够减小冲击、避免压力造成波动和元件损坏的具有缓冲功能液压缸的控制系统。同时提供一种该控制系统的控制方法，用以实现对液压缸的位置伺服和力伺服。本专利技术的具有缓冲功能液压缸的控制系统，采用下述技术方案：该系统，包括上位机、控制器、液压蓄能器、液压伺服阀、位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器；控制器与上位机连接；位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器均与控制器连接，位移传感器的本体固定在液压缸的缸体上，位移传感器的测量杆与液压缸的活塞连接；拉压力传感器安装在液压缸的活塞上；腔压传感器固定在液压缸的缸体上且测量面与液压缸无杆腔连接；液压伺服阀与控制器连接，液压伺服阀的进出油口分别与液压缸的进出油口连接；液压蓄能器与液压缸的无杆腔连接。控制器采用TMS320F28335型号的DSP作为核心芯片，由24V电池供电。控制器设有显示系统状态的指示灯。位移传感器用于检测活塞的位移，并将数据信号传输至控制器，拉压力传感器用于检测液压缸的受力，并将数据信号传输至控制器；腔压传感器用于检测液压缸的无杆腔压力，并将数据信号传输至控制器。当液压缸的活塞受到冲击时，无杆腔压力瞬间变大，无杆腔内的液压油流入蓄能器中，从而使无杆腔压力降低，达到减小冲击的目的。在液压缸活塞需要伸长时，蓄能器内的液压油输出补偿。减小冲击具体由检测无杆腔液压力的腔压传感器实现，由蓄能器的数学模型可以求得液压伺服阀控制电流中的蓄能器补偿项电流ia，实现对液压伺服阀的精确控制。控制器通过对液压伺服阀的控制实现对液压缸活塞长度的控制，最终实现液压缸的力或者位置输出。上述具有缓冲功能液压缸的控制系统对液压缸的控制方法，是：通过位移传感器获得液压缸的活塞位移，通过拉压力传感器获得液压缸的活塞输出力，通过腔压传感器获得液压缸无杆腔的压力p2，控制器通过控制液压伺服阀的控制电流iv驱动液压缸，液压伺服阀的控制电流iv为以下几项电流之和：由液压缸的活塞移动速度vp_fed得到的流量补偿项电流ix，其中活塞移动速度vp_fed由液压缸活塞位移微分得到；由液压缸的无杆腔压力p2得到的蓄能器电流补偿项ia；库伦摩擦力补偿项电流iFc；由液压缸的活塞输出力或者活塞位移通过PID计算得到的误差补偿项电流idelta。所述流量补偿项电流ix计算公式为：ix＝kx*vp_fed，其中kx为流量补偿系数，取值0.028～0.032mA/(mm/s)，vp_fed为液压缸活塞移动速度，vp_fed通过液压缸活塞位移微分得到。所述蓄能器流量补偿项电流ia计算公式为：ia＝H(s)*p2,其中H(s)为蓄能器数学模型，kq为液压伺服阀的电流流量比例系数，Va0为选用蓄能器初始体积，k在等温条件下为1，pa0为蓄能器充气压力，p2为液压缸无杆腔液压力。所述库伦摩擦力补偿项电流iFc计算公式为：iFc＝kFc*sign(vp_fed),其中kFc为库伦摩擦力补偿系数，sign(x)为符号函数，当vp_fed为正时，sign(vp_fed)为1，反之为-1。所述误差补偿项电流idelta由液压缸的活塞输出力或者活塞位移通过PID(比例-积分-微分)计算得到，具体步骤是：(1)根据液压缸运动的需要由上位机设定活塞输出力的给定值fref或活塞位移的给定值Xref；(2)利用拉压力传感器或位移传感器得到液压缸的活塞输出力fc_ref或活塞位移xc_ref，经过卡尔曼滤波后获得活塞输出力的修正值f′c_ref或活塞位移的修正值x′c_ref，与活塞输出力的给定值或活塞位移的给定值比较，得到活塞输出力的偏差值e(t)＝fref-f′c_ref，或活塞位移的偏差值e(t)＝fref-f′c_ref；(3)根据偏差值e(t)，经过PID计算出液压伺服阀的控制电流的误差补偿项idelta。本专利技术的具有以下特点：1.系统体积小，控制方便，稳定性好；2.能够实现对液压缸的力伺服和位置伺服，保证液压系统稳定工作；3.控制器通过CAN总线与上位机通信，反馈力、位置以及无杆腔压力等系统状态，上位机通过CAN总线向控制器发布指令，设定调节参数以及力和位置的给定。附图说明图1是本专利技术中控制器的结构框图。图2是本专利技术控制系统中的力伺服原理框图。图3是本专利技术控制系统中的位置伺服原理框图。图4是本专利技术中控制器的操作界面功能图。图中：1.位移传感器，2.拉压力传感器，3.腔压传感器，4.A/D转换器，5.控制器，6.液压伺服阀，7.液压缸，8.液压蓄能器，9.指示灯，10.上位机。具体实施方式本专利技术的具有缓冲功能液压缸的控制系统，如图1所示，包括上位机10、控制器5、液压蓄能器8、液压伺服阀6、位移传感器1、拉压力传感器2和腔压传感器3。控制器5与上位机1通过CAN总线连接。控制器5采用TMS320F28335型号的DSP作为核心芯片，由24V电池供电。控制器5上设有显示系统状态的指示灯9。控制器5读取液压7的缸的位置、拉压力以及无杆腔压力等信号，并将这些信息通过CAN总线发送给上位机10。位移传感器1、拉压力传感器2和腔压传感器3分别通过A/D转换器4与控制器5连接。位移传感器1的本体固定在液压缸7的缸体上，其测量杆与液压缸7的活塞连接，用于检测活塞的位移，并将数据信号传输至控制器5。拉压力传感器2安装在液压缸7的活塞上，用于检测液压缸7的受力，并将数据信号传输至控制器5。腔压传感器3固定在液压缸7的缸体上，其测量面与液压缸7的无杆腔连接，用于检测液压缸7的无杆腔压力，并将数据信号传输至控制器5。液压伺服阀6与控制器7连接，液压伺服阀6的进出油口分别与液压缸7的进出油口连接。液压蓄能器8与液压缸7的无杆腔连接。液压蓄能器是液压驱动系统中的一种能量储蓄装置，在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来；当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压能而释放出来，重新补供给系统；当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。液压缸7的缓冲功能主要由连接在液压缸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有缓冲功能液压缸的控制系统，包括上位机、控制器、液压蓄能器、液压伺服阀、位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器；其特征是：控制器与上位机连接；位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器均与控制器连接，位移传感器的本体固定在液压缸的缸体上，位移传感器的测量杆与液压缸的活塞连接；拉压力传感器安装在液压缸的活塞上；腔压传感器固定在液压缸的缸体上且测量面与液压缸无杆腔连接；液压伺服阀与控制器连接，液压伺服阀的进出油口分别与液压缸的进出油口连接；液压蓄能器与液压缸的无杆腔连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有缓冲功能液压缸的控制系统，包括上位机、控制器、液压蓄能器、液压伺服阀、位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器；其特征是：控制器与上位机连接；位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器均与控制器连接，位移传感器的本体固定在液压缸的缸体上，位移传感器的测量杆与液压缸的活塞连接；拉压力传感器安装在液压缸的活塞上；腔压传感器固定在液压缸的缸体上且测量面与液压缸无杆腔连接；液压伺服阀与控制器连接，液压伺服阀的进出油口分别与液压缸的进出油口连接；液压蓄能器与液压缸的无杆腔连接。2.一种权利要求1所述具有缓冲功能液压缸的控制系统对液压缸的控制方法，其特征是：通过位移传感器获得液压缸的活塞位移，通过拉压力传感器获得液压缸的活塞输出力，通过腔压传感器获得液压缸无杆腔的压力p2，控制器通过控制液压伺服阀的控制电流iv驱动液压缸，液压伺服阀的控制电流iv为以下几项电流之和：由液压缸的活塞移动速度vp_fed得到的流量补偿项电流ix，其中活塞移动速度vp_fed由液压缸活塞位移微分得到；由液压缸的无杆腔压力p2得到的蓄能器电流补偿项ia；库伦摩擦力补偿项电流iFc；由液压缸的活塞输出力或者活塞位移通过PID计算得到的误差补偿项电流idelta。3.如权利要求2所述具有缓冲功能液压缸的控制系统对液压缸的控制方法，其特征是：所述流量补偿项电流ix计算公式为：ix＝kx*vp_fed，其中kx为流量补偿系数，取值0.028～0.032mA/(mm/s)，vp_fed为液压缸活塞移动速度，vp_fed通...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣学文，杨琨，马昕，李贻斌，陈腾，柴汇，田国会，李彬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37