一种单泵开式系统的液压缸位移和速度软测量方法技术方案

本发明专利技术专利提供了一种单泵开式系统的液压缸位移和速度软测量方法，不需要任何位移传感器，只需通过伺服电动机/发电机的转速、转矩、油液温度、泵低压腔压力，就能通过建立位移软测量模型得到液压缸的位移，并通过在系统的回油路添加马达与发电机的组合，将液压能转换为电能储存起来，进行势能回收。

【技术实现步骤摘要】
一种单泵开式系统的液压缸位移和速度软测量方法
本专利技术涉及自动控制领域，特别是一种单泵开式系统的液压缸位移和速度软测量方法。
技术介绍
机械行业对机械的自动化、智能化的要求越来越高，在工程机械领域也不外如是。只有将传统的工程机械与电子电气、现代控制、传感器技术的等多学科相结合才能真正实现机械的自动化、智能化。要想实现工程机械的智能化，实时获得可靠的反馈量在现代控制领域极为重要，诸如在高危环境中实现液压缸升降平台的自动化控制，就必须获得液压缸的位移。目前，获得液压缸位移最常见的方法就是通过位移传感器直接测量量得到。然而，由于现实工况中内置与外置传感器分别存在成本高、制造精度要求高、结构复杂、容易损坏、维护困难等缺点迟迟找不到解决办法。因此，本专利技术专利提供一种满足工程机械领域对测量精度要求不高、成本低、易于维护可靠性好的变转速单泵开式系统位移软测量及势能回收方法。
技术实现思路
本专利技术专利一种单泵开式系统位移软测量及液压势能回收方法的目的，就是提供一种能用于恶劣的施工环境中，实现变转速单泵开式系统液压缸位移软测量并对位置进行控制，同时设计有液压势能回收装置，节约能量。本专利技术具体采用如下技术方案实现：一种单泵开式系统的液压缸位移和速度软测量方法，包括如下步骤：步骤一)根据伺服电机输出扭矩计算泵进出口的压差TL＝ΔpD+CvSΔpD+CfΔpD+Chσ2ΔpD其中TL为伺服电机实际输出扭矩；ΔpP和ΔpM分别为两种工况下泵进出口压差；D为泵的排量；Cv，Cf，Ch依次为油液的粘性、摩擦、液体动态损失系数；S，σ为无纲量数：其中v为油液粘度，ρ为油液密度，ω为电机角速度；油液粘度随温度变化，油液温度由温度传感器测出；油液粘度的计算方法为：式中：T为油液温度；ρ为油液密度，实验测量得到；p0为大气压；p为所在液压元件的压力，使用压力传感器进行测量；C1、C2、C3为系数，通过实验拟合得到；步骤二)计算有效体积弹性模量(Bf)，计算方法如下：式中p0为系统的初始压力；p为压力计算模块所计算出的泵/马达输出/输入压力；N为气体多变指数，1≦N≦1.4,X0为自由空气的相对含量，B为油液的额定弹性模量；为了使弹性模量更为准确，设定一个最小值Bmin：Bf＝max(Beff,Bmin)液压油的体积弹性模量和温度、压力以及油液中的空气有关，纯油液中Bf＝(1.2～2)×103MPa,实际(油混气)工程中取(0.7～1.4)×103MPa。步骤三)计算泵出口流量，计算方法如下：其中qP为泵出口流量；D为泵排量；ω为伺服电机的角速度；Δp为泵进出口压差；S,σ为无纲量数；Cs为层流系数，Cst为紊流系数；Bf为油液有效弹性模量；ε为误差补偿；步骤四)计算速度，所述的液压缸的速度的估算为：v＝(qP-KLΔp)/A其中v为液压缸的速度；A为液压缸有效工作面积,△p为液压缸两侧压差，即为泵/马达所计算出的压差，KL为液压缸的泄漏系数；步骤五)计算进出液压缸油液的总排量，并计算位移a)当液压缸伸出时，实际位移为：AA为液压缸无杆腔面积，V为油液的总排量，V＝qC_i·△t＝∫qC_idt，其中qC_i＝qC-KL(pA-pB)＝qA-KL(pA-pB)b)当液压缸缩回时，实际位移为：AB为液压缸无杆腔面积，V为油液的总排量，V＝qC_i·△t＝∫qC_idt，其中qC_i＝qC-KL(pB-pA)＝qB-KL(pB-pA)上式中的pA、pB分别为液压缸无杆腔、液压缸有杆腔的压力。进一步的，在液压缸的行程上设置接近开关作为参考点，当液压缸运动经过参考点时，根据参考点位置校准位移量。进一步的，所述参考点有三个，分别位于液压缸完全缩回、位移为液压缸总行程1/2、位移为行程终点位置。进一步的，将液压缸回油腔与单向定量马达相连，马达与发电机通过传动轴相连，油液通过马达回油箱，带动马达旋转，液压能转换为机械能，在通过发电机，将机械能转换为电能，通过电线将电能传输给电机控制器，最将电能传输给电能储存单元，将一部分液压能转换为电能储存起来。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1)实现无位移传感器的位置较精确估计，提高系统的鲁棒性2)多液压缸系统的位置控制，不需要位移传感器，降低系统成本。3)设置多个参考点的方式来消除位移累积误差。4)考虑温度、油液压缩性、不同转速不同压差的泵/马达模型、液压缸泄漏来计算液压缸位移，提高系统的鲁棒性。5)采用伺服电机的转矩所计算出来的泵出口压力结合多个位置参考点实现系统是否存在溢流的判断。6)将电力式能量回收和位移软测量相结合，提高系统的能效。附图说明：图1位移测量的流程图图2速度测量的流程图图3单泵单液压缸液压系统示意图图4液压缸伸出示意图图5液压缸缩回示意图。具体实施方案方式本专利技术专利提供一种单泵开式系统位移软测量及液压势能回收方法，该系统包括控制器、电机驱动器、伺服电机、定量泵、温度传感器、压力传感器、液压管路、液压缸、接近开关等元件。本专利技术通过伺服驱动器获得伺服电机的转速和转矩、通过温度传感器获得油温、通过压力传感器获得所需段压力，估算出油液粘度、有效体积弹性模量，建立该液压系统的液压缸位移软测量模型。同时在液压系统的回油口添加液压马达与发电机的能量回收单元，对液压势能进行回收。本专利技术专利一种单泵开式系统位移软测量及液压势能回收方法，实现该方法的流程如图1所示。控制器将接收到的位移信号X0与软测量得到的位移的偏差ei，输出转速控制信号，通过电机驱动器控制伺服电机的转速，伺服电机带动定量泵转动，给液压回路供油，通过建立位移软测量方法的到液压缸的位移，对液压缸的位移进行负反馈控制，完成对液压缸位移的闭环控制。由于液压缸位移软测量方法测量得到的位移与液压缸实际位移存在一定的偏差，因此，系统中必然存在累积误差。本专利技术专利设置多个参考点并在参考点处安装接近开关的方式来消除累积误差。例如分别在液压缸完全缩回位移为0、位移为液压缸总行程1/2、位移为行程终点位置设置三个参考点，当液压缸运动到这三个位置时，无论通过软测量得到的位移为多少，都可以通过个这三个接近开关参考点将反馈回去的位移信号设置为这三个接近开关参考点所对应位置的位移值，以此来消除该位移软测量方法测量所得位移的累积误差。通过电机转矩估算出的泵出口压力也溢流阀设定压力相比较，如果泵出口压力高于溢流阀设定压力，且到达下一参考点时，估算位移与参考点位置相差较大，可判断其为溢流。本专利技术专利一种单泵开式系统位移软测量及液压势能回收方法，实现位移软测量的步骤：(1)通过电机驱动器获得伺服电机的转速和转矩，通过温度传感器获得主要回路的油温，通过计算出泵出口压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单泵开式系统的液压缸位移和速度软测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一)根据伺服电机输出扭矩计算泵进出口的压差/nT

【技术特征摘要】
1.一种单泵开式系统的液压缸位移和速度软测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一)根据伺服电机输出扭矩计算泵进出口的压差
TL＝ΔpD+CvSΔpD+CfΔpD+Chσ2ΔpD
其中TL为伺服电机实际输出扭矩；△p为液压缸两侧压差；D为泵的排量；Cv，Cf，Ch依次为油液的粘性、摩擦、液体动态损失系数；S，σ为无纲量数：






其中v为油液粘度，ρ为油液密度，ω为电机角速度；
油液粘度随温度变化，油液温度由温度传感器测出；油液粘度的计算方法为：



式中：T为油液温度；ρ为油液密度，实验测量得到；p0为大气压；p为所在液压元件的压力，使用压力传感器进行测量；C1、C2、C3为系数，通过实验拟合得到；
步骤二)计算有效体积弹性模量(Bf)，计算方法如下：



式中p0为系统的初始压力；p为压力计算模块所计算出的泵/马达输出/输入压力；N为气体多变指数，1≦N≦1.4；X0为自由空气的相对含量，B为油液的额定弹性模量；
为了使弹性模量更为准确，设定一个最小值Bmin：
Bf＝max(Beff,Bmin)
步骤三)计算泵出口流量，计算方法如下：



其中qP为泵出口流量；D为泵排量；ω为伺服电机的角速度；Δp为泵进出口压差；S,σ为无纲量数；Cs为层流系数，Cst为紊流系数；Bf为油液有效弹性模量；ε为误差补偿；
步骤四)计算速度，所述的液压缸的速度的估算为：
v＝(qP-KLΔp)/A
其中v为液压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树忠，陈添益，李苏，唐一文，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建;35