基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统和控制方法技术方案

本发明专利技术涉及液压设备技术领域，且公开了基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统，采用包括液压驱动单元和液压油源两部分的单泵多执行器系统，所述液压油源设有高压蓄能器和低压蓄能器为液压驱动单元供能。采用了基于两级供能和负载口独立阀控技术的液压驱动单元，使用模糊滑模变结构控制策略，使液压驱动单元不仅有较好的控制精度，提高了系统的效率，提出了利用两级蓄能器进行供能的液压两级油源，该型液压油源在理想情况下不存在损失，且能够同时提供两种压力的油液，在驱动单元数量较多的场景下，保证充足的流量、压力供应的同时，液压系统中油源部分按需供能，减少系统功率损失，提高系统效率。

【技术实现步骤摘要】
基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统和控制方法
本专利技术涉及液压设备
，具体为基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统和控制方法。
技术介绍
液压驱动是四足机器人常用的驱动形式之一，相较于电驱动具有输出力矩大、功率密度高、响应迅速等优势，能够为机器人运动提供强劲的动力。四足机器人主要在野外环境中工作，难以随时进行能源补充，因此其续航能力对工作效能的发挥有重要影响，现有的液压系统多采用单泵多执行器液压系统，泵源流量、压力输出与执行器需求严重不匹配，四足机器人液压系统具有高速轻载、低速重载以及高低速交替出现的特点，这种同一执行器高低速交替且不同执行器高低速同时存在的工况需要液压系统能够同时提供多种流量、压力组合的油液，而单泵多执行器液压系统属于节流调速系统，为兼顾多执行器多工况的运动需求，只能通过节流作用实现流量、压力匹配，因此产生了较多的节流损失，该问题造成四足机器人液压系统效率低下，制约续航能力的提升。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
的不足，本专利技术提供了基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统控制方法的技术方案，具有控制精度高、能耗小等优点，解决了
技术介绍
提出的问题。本专利技术提供如下技术方案：基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统，采用包括液压驱动单元和液压油源两部分的单泵多执行器系统，所述液压油源设有高压蓄能器和低压蓄能器为液压驱动单元供能，所述液压驱动单元设置两个方向的油路驱动液压缸活塞向两个方向运动，且两个油路之间设有压力切换阀，两个所述油路的出口均设置有两位两通伺服阀，两个所述油路的入口均设置开关阀，所述伺服阀电性连接有控制器，所述控制器电性连接有设于液压驱动单元输出端的位移传感器。优选的，所述高压蓄能器和低压蓄能器均连通有同一个定量泵，所述高压蓄能器、低压蓄能器和定量泵之间设有控制回流到油箱的开关阀。基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统控制方法，对上述系统进行控制，所述方法包括对所述高压蓄能器和低压蓄能器充能、所述高压蓄能器和低压蓄能器的供油切换以及对所述伺服阀的控制器；所述充能逻辑为先判断高压蓄能器的蓄能是否在预设范围，若不在预设范围则先对高压蓄能器补油，当确定高压蓄能器不需要补油且低压蓄能器蓄能不在预设范围内时，开始对低压蓄能器补油，且任何时刻系统检测到高压蓄能器需要补油，则中断低压蓄能器补油进程，首先响应高压蓄能器补油进程；所述切换逻辑以空载时液压驱动单元受力最大值为压力切换阀开启的阙值；所述控制器采用基于模糊自适应指数趋近规律的滑模变结构控制策略，根据位置传感器反馈的位置数据与输入信号的差值，利用模糊控制规则推理出模糊控制量，然后通过对控制器中控制参数的实时调整实现对伺服阀的开度进行控制。优选的，所述高压蓄能器通过检测容积作为补油阙值信号，所述低压蓄能器采用压力信号作为补油阙值信号。优选的，所述控制器采用两输入/单输出模糊控制器，设定滑模函数s及其变化率为s'输入量，设定等速趋近速率ε为输出量：阀控缸的动态特性方程为：其中，Kv为控制器增益，Ksv为伺服阀增益，u为控制电压信号，则活塞位移y、阀芯位移xv和负载F的函数关系为：活塞位移y和控制电压u之间的关系为：本专利技术具备以下有益效果：采用了基于两级供能和负载口独立阀控技术的液压驱动单元，使用模糊滑模变结构控制策略，减小驱动单元产生的跟踪误差的影响，使液压驱动单元不仅有较好的控制精度，而且有效降低了伺服阀的节流损失，提高了系统的效率。提出了利用两级蓄能器进行供能的液压两级油源，该型液压油源在理想情况下不存在损失，且能够同时提供两种压力的油液，在驱动单元数量较多的场景下，保证充足的流量、压力供应的同时，液压系统中油源部分按需供能，减少系统功率损失，提高系统效率。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图中：1、定量泵；2、溢流阀；3、高压蓄能器；4、低压蓄能器；5、第一开关阀；6、压力切换阀；7、第二开关阀；8、第一两位两通伺服阀；9、第三开关阀；10、第二两位两通伺服阀；11、液压缸；12、位移传感器；13、控制器；14、第四开关阀。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统，采用包括液压驱动单元和液压油源两部分的单泵多执行器系统，液压油源设有高压蓄能器3和低压蓄能器4为液压驱动单元供能，高压蓄能器3通过高压总线与液压驱动单元连接，低压蓄能器4通过低压总线与液压驱动单元连接，液压驱动单元通过回油总线和油箱连接，高压蓄能器3和低压蓄能器4通过定量泵1对其补油，定量泵1的补油管线上设有溢流阀2，低压蓄能器4的进油端设有第一开关阀5，液压驱动单元设置两个方向的油路驱动液压缸11活塞向两个方向运动，且两个油路之间设有压力切换阀6，两个油路的出口均设置有第一两位两通伺服阀8和第二两位两通伺服阀10，两个油路的入口均设置第二开关阀7和第三开关阀9，第一两位两通伺服阀8和第二两位两通伺服阀10电性连接有控制器13，控制器13电性连接有设于液压缸11的位移传感器12，油路管线上设置多个单向阀，使总线和直线均单向流动。其中，高压蓄能器3和低压蓄能器4均连通有同一个定量泵1，高压蓄能器3、低压蓄能器4和定量泵1之间设有控制回流到油箱的第四开关阀14，当两级蓄能器均不需要定量泵1补油时主动泄油，防止定量泵供给的油液流经溢流阀2产生溢流损失。这种设计使得定量泵的溢流流量通过第四开关阀14无压差泄油，只存在极小的搅油损失。基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统控制方法，对上述系统进行控制，方法包括对高压蓄能器3和低压蓄能器4充能方法、高压蓄能器3和低压蓄能器4的供油切换方法以及对伺服阀的控制方法，充能方法的逻辑为先判断高压蓄能器3的蓄能是否在预设范围，若不在预设范围则先对高压蓄能器3补油，当确定高压蓄能器3不需要补油且低压蓄能器4蓄能不在预设范围内时，开始对低压蓄能器4补油，且任何时刻系统检测到高压蓄能器3需要补油，则中断低压蓄能器4补油进程，首先响应高压蓄能器3补油进程；切换逻辑以空载时液压驱动单元受力最大值为压力切换阀6开启的阙值，低压蓄能器4供油既可以满足正常运动需求，减少节流产生的耗能；控制采用基于模糊自适应指数趋近规律的滑模变结构控制策略，根据位置传感器反馈的位置数据与输入信号的差值，利用模糊控制规则推理出模糊控制量，然后通过对控制器13中控制参数的实时调整实现对伺服阀的开度进行控制。其中，高压蓄能器3通过检测容积作为补油阙值信号，高压蓄能器3容量较小，对容积变化较为敏感，当容积小于阙值时，控制第一开关阀5关闭，仅对高压蓄能器3充油，低压蓄能器4采用压力信号作为补本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统，采用包括液压驱动单元和液压油源两部分的单泵多执行器系统，其特征在于：所述液压油源设有高压蓄能器和低压蓄能器为液压驱动单元供能，所述液压驱动单元设置两个方向的油路驱动液压缸活塞向两个方向运动，且两个油路之间设有压力切换阀，两个所述油路的出口均设置有两位两通伺服阀，两个所述油路的入口均设置开关阀，所述伺服阀电性连接有控制器，所述控制器电性连接有设于液压驱动单元输出端的位移传感器。/n

【技术特征摘要】
1.基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统，采用包括液压驱动单元和液压油源两部分的单泵多执行器系统，其特征在于：所述液压油源设有高压蓄能器和低压蓄能器为液压驱动单元供能，所述液压驱动单元设置两个方向的油路驱动液压缸活塞向两个方向运动，且两个油路之间设有压力切换阀，两个所述油路的出口均设置有两位两通伺服阀，两个所述油路的入口均设置开关阀，所述伺服阀电性连接有控制器，所述控制器电性连接有设于液压驱动单元输出端的位移传感器。


2.根据权利要求1所述的基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统，其特征在于：所述高压蓄能器和低压蓄能器均连通有同一个定量泵，所述高压蓄能器、低压蓄能器和定量泵之间设有控制回流到油箱的开关阀。


3.基于两级供能及负载口独立阀控的液压系统控制方法，对权利要求1-2所述系统进行控制，所述方法包括对所述高压蓄能器和低压蓄能器充能、所述高压蓄能器和低压蓄能器的供油切换以及对所述伺服阀的控制器，其特征在于：
所述充能逻辑为先判断高压蓄能器的蓄能是否在预设范围，若不在预设范围则先对高压蓄能器补油，当确定高压蓄能器不需要补油且低压蓄能器蓄能不在预设范围内时，开始对低压蓄能器...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩寿松，宁初明，李华莹，晁智强，刘相波，谭永营，靳莹，李勋，薛大兵，王飞，郭浩，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所，浙江省轨道交通运营管理集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11