一种无源的流体动力控制方法及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无源的流体动力控制方法及其控制系统。具有一定容积的充满流体介质的流体库，在外力作用下，其流体库壳体所包围的内部空间将产生变化，其中的流体介质将会被排出；通过导管传送到异地的变形腔中，变形腔壳体和外围约束层在传入的流体介质的作用下产生向外弹性变形，相应变形的部位就可以有力和位移的输出，从而将原来作用在流体库上的外力所做的功，通过流体介质传递到异地的变形腔去驱动外负载做功；通过控制施加在流体库上的外力的作用模式或改变系统设计参数，就可以控制约束层在变形突出点处的变形量，从而控制相连接的外负载的运动状态。本发明专利技术抛弃了常规流体动力控制系统的流体动力源（液压源、气压源），系统性能独特。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无源的流体动力控制方法及其控制系统。
技术介绍
常规流体动力控制系统一般指液压系统或气动系统，可以是相应的传动系统或伺服系统，传动介质分别是液压油或其他液体、压缩空气或其他气体。这些系统的构成主要是流体动力源(油压源、气压源)、控制元件(流量阀、方向阀等)、执行元件(缸、马达)、检测装置(位移传感器、压力传感器等检测装置，以及相应的二次仪表)、辅助元件(蓄能器、油雾器、空气滤清器，以及管道、管接头、压力表等其它辅助元件)组成。常规流体动力控制系统的流体动力源提供高压的压力油、压缩空气(或其他高压流体)，通过管道输送给执行元件来驱动负载运动，通过各种控制阀门等其他控制元件来调节系统的运行参数，从而控制在各种外负载作用下系统的位移、力、速度等输出。常规流体动力控制系统的流体动力源是系统中的动力装置，给整个系统提供所需的压力油、压缩空气或其它高压流体介质，在系统中是不可缺少的重要组成部分。常规流体动力控制系统的流体动力源一般都是由原动机(电动机、内燃机或其他动力机械)驱动的，由它们带动相应的液压泵或压气机，产生高压的压力油、压缩空气(或其他高压流体)，把电能、化学能等其它形式能量转化成为高压流体的压力能。通常的流体动力源——液压源、气压源分别由如下部件组成液压源——原动机、液压泵、过滤器、蓄能器、油箱、冷却器等，同时还需配带一些溢流阀、安全阀、截止阀、管道、压力表等其它辅助元件；气压源——原动机、压气机、储气罐、油雾器、油水分离器、空气滤清器、后冷却器、干燥器等，同时还需配带一些安全阀、减压阀、截止阀、管道、压力表等其它辅助元件。常规流体动力控制系统的流体动力源一般都有较庞大的油箱或储气罐来存储液压油或压缩空气。常规流体动力控制系统一般有传动系统和伺服系统两大类，对应实施的是开环控制方式和闭环控制方式。常规的液压系统的主要优点是运动传递平稳，流体介质的传输和控制方便，系统的功率密度比大，但是液压系统依靠节流控制调节负载的运行速度，功率损失大，系统发热厉害；液压系统靠密封来维持系统的压力，很容易产生泄漏；液压油源需要冷却降温装置，液压油源的体积庞大、噪音大。常规的气压系统的主要优点是因为气体介质的粘性小、压缩性大，介质传输方便快捷、介质易存储，且常用的空气介质排放污染小。但介质压缩性大，精确控制困难、定位刚度低，节流调节效率低；工作压力低，噪音大，气源的体积庞大、噪音大。常规流体动力系统，无论是液压系统还是气压系统，也无论是传动系统还是伺服系统，都需要各自的流体动力源——油源、气源。虽也有一些短时工作的流体动力控制系统，如导弹舵机控制系统所用的高压冷气瓶储气的气压伺服系统，以及用火药燃烧产生的高压气体作为动力的燃气伺服系统，也不需常规流体动力系统的流体动力源，但这些特殊的流体动力系统仍需要一次性的燃料容器或高压储气瓶，仍然通过节流控制方式调节系统的输出。由于流体动力源的存在，使得常规的流体动力控制(驱动)系统难免在使用过程中产生许多问题。其主要问题有以下几个方面1.泄漏问题油源、气源的泄漏难以避免，使得常规流体动力系统在食品、医药、卫生等清洁要求高、环保要求高的场合使用受限制，需特殊处理(无给油的气压系统除外)。2.噪音问题油源、气源的噪音很大，使得常规流体动力系统在“静音”或安静程度要求较高的场合使用困难，即使是常规的使用场合也是对噪音污染有一定要求的，而常规流体动力系统是很难顺应当前对噪音控制日趋严格的大趋势。3.重量问题油源、气源的重量大，使得常规流体动力系统在自行走装置、空间飞行器、仿人机器人等对重量要求高的场合的应用严重受限，整个系统的功率密度比下降。4.体积问题油源、气源的体积大，使得常规流体动力系统在诸多空间要求紧凑的场合难以应用，在自行走装置、飞行器、机器人等很多场合，常规流体动力系统的体积问题难以解决。5.发热问题空压机压缩气体时、常规流体动力节流控制时、液压泵的动力传递损耗、液流阀溢流、管路损失都使得系统发热，液压油老化加快，无用功率损失也很大，对能源利用率、热污染要求高的场合应用困难。即使是正常使用，节能也是永恒的追求。同时，由于“流体动力源”的存在也使得系统环节增多，可靠性削弱，系统的内部污染源增多，使用过程中为此需要更多的投入来防治。
技术实现思路
针对常规流体动力系统的流体动力源所带来的一系列问题，特别是较大的体积和重量、较大的噪音、较大的发热量、泄漏污染、较多的辅助元件等问题，本专利技术的目的在于提供一种无源的流体动力控制方法及其控制系统，能解决由于流体动力源而带来的常规流体动力控制系统在使用过程中存在的上述许多问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下1.一种无源的流体动力控制方法具有一定容积的充满流体介质的流体库，在外力作用下，其流体库壳体所包围的内部空间将产生变化，流体库中的流体介质将会被排出流体库；这些被排出的流体介质，通过导管传送到异地的变形腔中，变形腔的变形腔壳体和外围约束层，在传入的流体介质的作用下将产生向外的弹性变形，相应地在此变形的部位就有力和位移的输出，从而将原来作用在流体库上的外力所做的功，通过流体介质传递到异地的变形腔去驱动外负载做功；通过控制施加在流体库上的外力的作用模式，或通过改变系统设计参数，来控制约束层在变形突出点处的变形量，进而控制外负载的运动状态。2.一种无源的流体动力控制方法的控制系统本系统包括动力控制器，动力装置，内装流体介质、在外力作用下内部空间产生变化的流体库，导管，内装流体介质、外包约束层的变形腔，外负载；动力控制器接动力装置并经动力装置与流体库相接触，流体库中的流体介质用导管与变形腔连通，变形腔的约束突出点与外负载相接触。本系统还包括位移传感器，三个压力传感器，三个数据采集、处理装置，计算机；位移传感器装在外负载的位移方向上，第一压力传感器装在外负载的承载底面，第二压力传感器装在变形腔的侧面，第三压力传感器装在流体库的侧面，第一数据采集、处理装置分别接位移传感器和计算机，第二数据采集、处理装置分别接第一压力传感器和计算机，第三数据采集、处理装置分别接第二压力传感器、第三压力传感器和计算机，计算机接动力控制器。上述所说的流体介质是能传递流体压力能的气体、液体、胶体、电液变流、磁流变液、磁流体、粉状固体、液态金属、高温流体、半流体或上述流体的组合物、混合物。上述所说的动力装置为能产生力的压电陶瓷、磁置伸缩、电置伸缩、机械方式、电力电子的动力装置。在上述无源流体动力控制系统中，以及这种系统的控制过程中，系统的“动力装置”产生外力提供能量的形式与常规流体动力控制系统的液压源、气压源等“流体动力源”提供能量的形式已截然不同，但“能量”的传递仍是通过“流体介质”的流动而进行的，所以系统仍然是一种流体动力系统。这种传动方式在保持流体动力控制系统的根本特性的同时，彻底抛弃了常规流体动力控制系统的“流体动力源”，对流体的控制更不同于常规流体动力控制系统。这是一种“无源的”流体动力控制系统，无论从结构上还是控制方法、方式上，它都构成了一种全新的、新型的传动方式。在本专利技术的无源的流体动力控制系统中，系统输出的力、位移等参量的大小主要决定于作用在“流体库”上的外力的作用模式，以及“流体库壳体”和“变形腔壳体”的结构和材料特性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无源的流体动力控制方法，其特征在于：具有一定容积的充满流体介质的流体库，在外力作用下，其流体库壳体所包围的内部空间将产生变化，流体库中的流体介质将会被排出流体库；这些被排出的流体介质，通过导管传送到异地的变形腔中，变形腔的变形腔壳体和外围约束层，在传入的流体介质的作用下将产生向外的弹性变形，相应地在此变形的部位就有力和位移的输出，从而将原来作用在流体库上的外力所做的功，通过流体介质传递到异地的变形腔去驱动外负载做功；通过控制施加在流体库上的外力的作用模式，或通过改变系统设计参数，来控制约束层在变形突出点处的变形量，进而控制外负载的运动状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许宏，杨爱东，
申请(专利权)人：许宏，杨爱东，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]