一种直驱式电液伺服压力控制系统技术方案

一种直驱式电液伺服压力控制系统，包括：执行模块，用于在液压提供的压力驱动下执行相应的操作；伺服调速模块，与执行模块刚性连接，用于在相应的电驱动信号下调节提供给执行模块的压力；滑模控制模块，用于在给定的信号下向伺服调速模块输出电驱动信号；反馈模块，用于向滑模控制模块分别反馈从执行模块和伺服调速模块采集到的数据。从而能够实现线性控制，继而提高了控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种直驱式电液伺服压力控制系统
本专利技术涉及液压设备
，具体涉及一种电液伺服压力控制系统。
技术介绍
液压传动技术的发展决定着工程机械的发展，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。液压控制系统的优点主要表现在：功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好；有较好的抗干扰能力，易实现直线运动、无极调速等自动控制系统；结构紧凑、体积小、重量轻、承载能力强；反应快，动作灵敏等特点。近十年来在超大型、巨型工业或军事应用系统中对液压伺服系统诸如快速、大功率、高精度、强鲁棒性的要求也越来越高。电液伺服控制系统是电气伺服传动系统和液压传动系统的结合，作为一种机—电—液复合控制系统，它具有响应速度快、功率密度大、控制精度高、节能环保、能量利用率高、信号处理灵活等优点。节能降耗已经成为目前液压控制系统发展的大趋势，主要有两个大方向：一是提高液压系统的硬件质量，通过合理设计系统的硬件、采用新材料等，改善系统液体内部通道结构，实现节能降耗；二是在系统控制策略上进行设计和优化，采用压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器，由传统的开环控制系统转向闭环控制系统，减少或消除系统的节流损失，实现节能降耗。随着计算机技术、传感技术、材料科学技术的发展，液压伺服控制技术迅速发展，已经在当今的自动化重大应用领域发挥着相当重要的作用。电液伺服系统是由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统，兼具电气和液压两方面的优点，适用于负载大且要求响应速度快的各种场合。比如飞机、船舶、雷达的控制、注塑机、压铸机、折弯机等工程机械的控制。传统的电液伺服系统按流量调节方式可分为阀控伺服系统和泵控伺服系统，阀控伺服系统是通过节流来进行流量调节的，它由传统交流电机驱动定量泵供油，通过流量阀调节流向执行元件的油液流量来实现速度调节。在调节过程中存在着溢流损失和节流损失，导致系统效率低、增大系统的非线性、影响稳定性，甚至会有安全隐患。泵控伺服系统分为变量泵控制系统和伺服直驱泵控系统。前者，液压泵根据流量能否自主改变分成定量泵和变量泵，变量泵可以精确调节流量大小，利用变量泵改变排量来调节流量，达到控制压力的作用；因没有溢流损失和节流损失，效率较高；但精密的液压泵结构对液压油介质产生了更高的要求，噪声问题在变量泵控制变得尤为突出。后者，动态响应性能好，频响高；但不能控制动力源转速，只能改变变量泵的输出排量，同阀控相比节能，但是变量泵对油品要求高。近几年随着伺服控制技术的提高以及各种高性能数字控制器的出现直驱式电液伺服系统得到了快速的发展和应用。尽管液压伺服控制系统具有众多明显的特点，但它也存在很多缺点和不足，主要表现为：1)液体的泄露和可压缩性，会对液压伺服控制带来影响，使得控制速度慢、控制精度低。2)液压伺服系统在能量转换传递过程中存在压力损失、机械摩擦、泄漏等现象，会对液压伺服控制产生非线性影响，使控制稳定性差、精度低。3)液体温度和负载变化对液压伺服控制也有影响，使控制不稳定。4)阀控液压缸控制系统中，伺服阀表现为非线性，伺服阀的开度大小、阀芯漂移、磁滞、滑阀摩擦和传感器的分辨率等都会影响系统控制精度等。因此，如何提高控制速度和控制精度成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于如何提高控制速度和控制精度。为此，根据第一方面，本专利技术实施例公开了一种直驱式电液伺服压力控制系统，包括：执行模块，用于在液压缸提供的压力驱动下执行相应的操作；伺服调速模块，与执行模块刚性连接，用于在相应的电驱动信号下调节提供给执行模块的压力；滑模控制模块，用于在给定的信号下向伺服调速模块输出电驱动信号；反馈模块，用于向滑模控制模块分别反馈从执行模块和伺服调速模块采集到的数据。可选地，伺服调速模块包括：定量泵，用于在驱动力的驱动下提供与驱动力相适应的压力；电机，用于在电控制信号的驱动下向定量泵提供驱动力；电机控制单元，用于响应电驱动信号向电机提供与电驱动信号相适应的电控制信号。可选地，反馈模块包括：压力反馈单元，用于检测执行模块的压力并反馈给伺服调速模块；速度反馈单元，用于检测电机的转速并反馈给伺服调速模块。可选地，还包括：参数识别模块，连接在滑模控制模块和反馈模块之间，用于读取识别反馈模块采集到的执行模块的压力和电机的转速并传输给滑模控制模块。可选地，根据电机电动势方程、等效电枢回路方程、电机的磁转矩方程和电机轴力矩平衡方程，得到电机的传递函数。可选地，电机为永磁同步电机；由电机电动势方程得到传递函数为：E(s)＝Keωr(s)，其中，Ke为永磁同步电机反电动式系数；ωr为转子角速度；由电机等效电枢回路方程得到传递函数：由电机磁转矩方程TE＝Ktiq得到传递函数：TE(s)＝KtIq(s)，其中，TE为电磁转矩；pn为电机极对数；由电机轴力矩平衡方程得到传递函数：其中，TE——电磁转矩；TL为电机轴上负载转矩；ωr为转子机械角速度；B为电机轴上的粘性阻尼系数；J为折算到电机轴上的转动惯量；J＝J1+J2，其中J1表示永磁同步电机转子的转动惯量，J2表示液压泵折算到电机转子部分的转动惯量。可选地，根据液压泵流量方程、液压系统流量连续性方程、液压缸带负载力平衡方程、液压泵的扭矩方程以及液压泵泄露流量与压力关系得到定量泵和执行机构的液压系统传递函数。可选地，定量泵为液压泵；执行机构为液压缸；由液压泵流量方程得到传递函数：QB(s)＝DPn(s)，式中，QB——液压泵的理论输出流量，QR为液压泵的实际输出流量；QL为液压泵的泄露流量；DP为液压泵的排量；n为液压泵转速；由液压系统流量连续性方程得到传递函数：式中，A为液压缸有效作用面积；xc为液压缸活塞位移；Vt为高压腔容积，即泵以及液压缸和他们之间管路容积总和；βe为液压油的体积模量；PR为液压泵出口处压力；uT为液压油黏度；Cse为液压缸总泄露系数，其为内泄露外泄露系数总和；由液压缸带负载力平衡方程得到传递函数：式中，m为液压缸活塞与负载的总质量；BP为液压缸活塞粘性阻尼系数；K为负载刚度，即弹簧系数；FL为液压缸上的负载力；由液压泵的扭矩方程得到传递函数：式中，TL为液压泵产生的负载转矩；ω为液压泵转速；由液压泵泄露流量与压力关系得到传递函数：QR(s)＝QB(s)-PR(s)·kL，式中，QL＝PR·Cps，Cps为双向定量柱塞泵总泄露系数，Cps＝Cis+Ces，Cis是液压泵内泄露系数，Ces是液压泵外泄露系数。可选地，滑模控制模块采用如下等效控制方法：u＝ues+uf，式中，ues为等效控制部分，采用基于系统参数识别方式控制指数趋近律的控制；uf为切换控制部分，采用模糊控制。本专利技术技术方案，具有如下优点：本专利技术实施例提供的直驱式电液伺服压力控制系统，由于通过伺服调速模块与执行模块刚性连接，通过伺服调速模块驱动控制液压泵的转速，从而，相对于现有技术通过改变变量泵的输出排量方式，通过伺服调速模块的刚性控制能够提高液压执行模块的控制速度。并且，由于伺服调速模块为刚性驱动，继而提高了控制精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直驱式电液伺服压力控制系统，其特征在于，包括：执行模块，用于在液压缸提供的压力驱动下执行相应的操作；伺服调速模块，与所述执行模块刚性连接，用于在相应的电驱动信号下调节提供给所述执行模块的压力；滑模控制模块，用于在给定的信号下向所述伺服调速模块输出所述电驱动信号；反馈模块，用于向所述滑模控制模块分别反馈从所述执行模块和所述伺服调速模块采集到的数据。

【技术特征摘要】
1.一种直驱式电液伺服压力控制系统，其特征在于，包括：执行模块，用于在液压缸提供的压力驱动下执行相应的操作；伺服调速模块，与所述执行模块刚性连接，用于在相应的电驱动信号下调节提供给所述执行模块的压力；滑模控制模块，用于在给定的信号下向所述伺服调速模块输出所述电驱动信号；反馈模块，用于向所述滑模控制模块分别反馈从所述执行模块和所述伺服调速模块采集到的数据。2.如权利要求1所述的电液伺服压力控制系统，其特征在于，所述伺服调速模块包括：定量泵，用于在驱动力的驱动下提供与所述驱动力相适应的压力；电机，用于在电控制信号的驱动下向所述定量泵提供所述驱动力；电机控制单元，用于响应所述电驱动信号向所述电机提供与所述电驱动信号相适应的电控制信号。3.如权利要求2所述的电液伺服压力控制系统，其特征在于，所述反馈模块包括：压力反馈单元，用于检测所述执行模块的压力并反馈给所述伺服调速模块；速度反馈单元，用于检测所述电机的转速并反馈给所述伺服调速模块。4.如权利要求3所述的电液伺服压力控制系统，其特征在于，还包括：参数识别模块，连接在所述滑模控制模块和所述反馈模块之间，用于读取识别所述反馈模块采集到的所述执行模块的压力和所述电机的转速并传输给所述滑模控制模块。5.如权利要求2-4任意一项所述的电液伺服压力控制系统，其特征在于，根据电机电动势方程、等效电枢回路方程、电机的磁转矩方程和电机轴力矩平衡方程，得到所述电机的传递函数。6.如权利要求5所述的电液伺服压力控制系统，其特征在于，所述电机为永磁同步电机；由电机电动势方程得到传递函数为：E(s)＝Keωr(s)，其中，Ke为永磁同步电机反电动式系数；ωr为转子角速度；由电机等效电枢回路方程得到传递函数：由电机磁转矩方程TE＝Ktiq得到传递函数：TE(s)＝KtIq(s)，其中，TE为电磁转矩；pn为电机极对数；由电机轴力矩平衡方程得到传递函数：其中，TE——电磁转矩；TL为电机轴上负载转...

【专利技术属性】
技术研发人员：高素萍，倪浪，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44