CN116292466A - 一种数液流量匹配系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数液流量匹配系统及控制方法，数液流量匹配系统包括电控泵，不少于一个数字液压作动器、速度检测传感器或压力传感器、控制器；数字液压作动器包括数字液压缸和数字液压马达；电控泵与数字液压作动器相连，多个数字液压作动器相互并联；一种数液流量匹配控制方法，包括以下步骤：S1、设定各数字液压作动器的速度；S2、控制器计算数字液压作动器所需的理论流量；S3、计算电控泵的输出流量；S4、将输出流量换算成对应的控制调节量，输出给泵进行流量控制；S5、计算数字液压作动器的补偿流量；S6、重复步骤S2‑S5。本发明采用上述的一种数液流量匹配系统及控制方法，使液压系统大幅简化，提升了精度、工作效率、可靠性，降低了综合成本。

Description

一种数液流量匹配系统及控制方法

技术领域

本发明涉及数字液压控制技术领域，尤其是涉及一种数液流量匹配系统及控制方法。

背景技术

电液流量匹配EFM(Electro-hydraulic Flow Matching)系统，由于液压作动器速度受多种物理特性变化的影响而不确定，因而需求流量无法精准预知，只能靠估算流量的方式对泵进行前馈控制，一旦流量匹配过度，会造成溢流和压力冲击，导致能耗增加以及器件和系统故障率增加。而减小前馈比重，通过反馈实现流量匹配，意味着功率建立的速度变慢了，也就影响了主机工作效率。为了能提高前馈占比，提升预估流量的精准度，采用压力、温度、阀口开度等多物理量检测和综合补偿，才能提高液压泵流量软计算精度，增加了成本，降低了系统可靠性。

数字液压作动器受控制系统实时控制，其速度已知、精准和可控，因而可以高效精确地通过前馈控制泵建立对应的流量输出，再结合反馈流量控制方式补偿时变的误差，即：通过前馈为主、反馈为辅的流量匹配控制，不仅提高了液压系统流量(功率)输出的速度，提升了作业效率，也让流量匹配更准确，减少了能耗，简化液压系统，体现了综合优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种数液流量匹配系统及控制方法，使液压系统大幅简化，提升精度、工作效率、可靠性，降低综合成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种数液流量匹配系统，包括电控泵、不少于一个数字液压作动器、速度检测传感器或压力传感器、控制器；数字液压作动器包括数字液压缸和数字液压马达；电控泵与数字液压作动器相连，数字液压作动器相互并联。

一种数液流量匹配控制方法，包括如下步骤：

S1、设定各数字液压作动器的速度；

S2、控制器计算数字液压作动器所需的理论流量；

S3、计算电控泵的输出流量；

S4、将电控泵的输出流量换算成对应的控制调节量，输出给电控泵进行流量控制；

S5、计算数字液压作动器的补偿流量；

S6、重复步骤S2-S5。

优选的，在步骤S1中，使用手柄、按钮或电子控制系统设置速度，通过直线加速或S曲线加速等多种加速控制。

优选的，在步骤S2中，控制器根据各数字液压作动器的设定速度计算所需的理论流量，理论流量是系统内各个数字液压作动器设定速度对应的理论流量之和，即：

Q_f为理论流量；各数字液压作动器的理论流量通过速度对应的流量关系用数学模型计算得出。

优选的，当需求的理论流量超过电控泵最大输出流量时，等比控制降低全部数字液压作动器设定速度，让需求的理论流量不大于电控泵最大输出流量，即：当理论流量大于泵最大输出流量时，即:Q_f＞Q_max，抗饱和系数

否则：λ＝1；抗饱和理论流量Q_λf＝λ×Q_f。

优选的，在步骤S3中，采用前馈加反馈的方式，即：Q_o＝Q_f+Q_b，当处于抗饱和控制时，Q_o＝Q_λf+Q_b，Q_o为输出流量。

优选的，在步骤S5中，补偿流量是系统内各个数字液压作动器所需的补偿流量之和，即：

Q_b为补偿流量；

补偿流量可分为以下两种方式计算：

速度补偿控制：根据数字液压作动器实际速度与设定速度之差值，通过控制理论计算得出泵的调节输出；

压力补偿控制：根据数字液压作动器负载口压降，通过控制理论计算得出泵的调节输出。

因此，本发明采用上述一种数液流量匹配系统及控制方法的有益效果为：

(1)利用流量(速度)模型建立前馈控制，使得功率输出速度快，提升工作效率；

(2)利用流量(速度)误差反馈控制泵的流量输出，使得流量匹配更精准，减少功率损耗；

(3)通过实时参数控制，使系统可以在高效与节能间无极选择，软件控制柔性满足不同场景需要。

(4)无需额外补偿控制回路，进一步减小功率损失。

(5)液压系统大幅简化，提升精度、可靠性，降低综合成本。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明一种数液流量匹配系统及控制方法的数液流量匹配系统液压原理图；

图2是本发明一种数液流量匹配系统及控制方法的数液流量匹配控制框图；

图3是本发明一种数液流量匹配系统及控制方法的数液流量匹配控制流程图。

附图标记

1、电控泵；2、压力传感器；3、数字液压缸；4、数字液压马达。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的主旨或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。这些其它实施方式也涵盖在本发明的保护范围内。

还应当理解，以上所述的具体实施例仅用于解释本发明，本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明/发明的保护范围之内。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作为详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

本发明说明书中引用的现有技术文献所公开的内容整体均通过引用并入本发明中，并且因此是本发明公开内容的一部分。

如图1所示，本发明一种数液流量匹配系统由电控泵1、单个或多个数字液压作动器(包括数字液压缸3、数字液压马达5)、速度检测传感器(如编码器)或压力传感器2以及控制器组成。其中电控泵1为动力源，与数字液压作动器相连，多个数字液压作动器相互并联，速度检测传感器用来检测每个连接的数字液压作动器的实际运行速度，压力传感器2用来检测每个连接的数字液压作动器负载口的压差，控制器负责数据采集、处理及输出。

如图2所示，本发明一种数液流量匹配系统及控制方法的控制原理为：

数液流量匹配控制方法采用前馈加反馈的方式，即：Q_o＝Q_f+Q_b，其中Q_o为电控泵1的输出流量，Q_f为理论(前馈)流量，Q_b为补偿(反馈)流量，来实时控制调节电控泵1的流量输出，达到系统流量的精准匹配。其中：

①理论流量：根据系统内各个数字液压作动器理论速度(设定速度)，计算对应的理论流量之和，对电控泵1流量进行前馈控制。其中：理论流量

②补偿流量：由于前馈无法长期满足时变的流量精准匹配，因而需要进一步通过闭环反馈方式，精准匹配泵输出流量与负载控制所需流量的稳定关系。其中：补偿流量

作动器的补偿流量可分为以下两种方式计算：

速度补偿控制：根据数字液压作动器实际速度与设定速度之差值，通过控制理论(如PID)计算得出电控泵1的调节输出，使速度差保持在合理区间。

压力补偿控制：根据数字液压作动器负载口压降，通过控制理论(如PID)计算得出电控泵1的调节输出，使系统内液压作动器负载口压降ΔP始终稳定在规定范围内。

当需求的理论流量超过电控泵1最大输出流量时，只需要等比控制降低全部数字液压作动器设定速度(流量),让需求的理论流量小于等于电控泵1最大输出流量即可。抗饱和数液流量匹配控制方式为：当理论流量大于电控泵1最大输出流量时，即:Q_f＞Q_max，抗饱和系数

否则：λ＝1；抗饱和理论流量Q_λf＝λ×Q_f，这时Q_o＝Q_λf+Q_b。

数液流量匹配控制的具体流程如图3所示，包括如下步骤：

S1、通过手柄、按钮或电子控制系统等控制各数字液压作动器的动作，即设定速度，可通过直线加速或S曲线等多种加速控制。

S2、控制器根据各数字液压作动器的设定速度计算泵的理论流量(前馈)，理论流量

当需求的理论流量超过电控泵1最大输出流量时，只需要等比控制降低全部数字液压作动器设定速度(流量),让需求的理论流量小于等于电控泵1最大输出流量即可。即：当理论流量大于电控泵1最大输出流量时，即:Q_f＞Q_max，抗饱和系数

否则：λ＝1；抗饱和理论流量Q_λf＝λ×Q_f。

S3、计算泵的输出流量，泵输出流量Q_o＝Q_f+Q_b，当处于抗饱和控制时，

Q_o＝Q_λf+Q_b。

S4、将泵的输出流量换算成对应的控制调节量，输出给电控泵1进行流量控制。

S5、当使用速度补偿控制时，控制器采集各作动器的实际速度，对比各对应的设定速度，通过控制理论(如PID)计算每个作动器的补偿流量。当使用压力补偿控制时，控制器采集各作动器负载口压降，通过控制理论(如PID)计算得出电控泵1的调节输出，使得各对应的作动器负载口压降ΔP始终稳定在规定范围内。补偿流量(反馈)

S6、重复步骤S2至S5，直至各数字液压作动器的实际速度与设定速度之差保持在合理区间，且负载口压降稳定在规定范围内，流量达到稳定匹配。

因此，本发明采用上述一种数液流量匹配系统及控制方法，使液压系统大幅简化，提升了精度、工作效率、可靠性，降低了综合成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种数液流量匹配系统，其特征在于：包括电控泵、不少于一个数字液压作动器、速度检测传感器或压力传感器、控制器；数字液压作动器包括数字液压缸和数字液压马达；电控泵与数字液压作动器相连，数字液压作动器相互并联。

2.一种数液流量匹配控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、设定各数字液压作动器的速度；

S2、控制器计算数字液压作动器所需的理论流量；

S3、计算电控泵的输出流量；

S4、将电控泵的输出流量换算成对应的控制调节量，输出给电控泵进行流量控制；

S5、计算数字液压作动器的补偿流量；

S6、重复步骤S2-S5。

3.根据权利要求2所述的一种数液流量匹配控制方法，其特征在于：在步骤S1中，使用手柄、按钮或电子控制系统设置速度，通过直线加速或S曲线加速控制。

4.根据权利要求2所述的一种数液流量匹配控制方法，其特征在于：在步骤S2中，控制器根据各数字液压作动器的设定速度计算所需的理论流量，理论流量是系统内各个数字液压作动器设定速度对应的理论流量之和，即：

Q_f为理论流量；各数字液压作动器的理论流量通过速度对应的流量关系用数学模型计算得出。

5.根据权利要求4所述的一种数液流量匹配控制方法，其特征在于：当需求的理论流量超过电控泵最大输出流量时，等比控制降低全部数字液压作动器设定速度，让需求的理论流量不大于电控泵最大输出流量，即：当理论流量大于泵最大输出流量时，即:Q_f＞Q_max，抗饱和系数

否则：λ＝1；抗饱和理论流量Q_λf＝λ×Q_f。

6.根据权利要求2所述的一种数液流量匹配控制方法，其特征在于：在步骤S3中，采用前馈加反馈的方式，即：Q_o＝Q_f+Q_b，当处于抗饱和控制时，Q_o＝Q_λf+Q_b，Q_o为输出流量。

7.根据权利要求2所述的一种数液流量匹配控制方法，其特征在于：在步骤S5中，补偿流量是系统内各个数字液压作动器所需的补偿流量之和，即：

Q_b为补偿流量；

补偿流量可分为以下两种方式计算：

速度补偿控制：根据数字液压作动器实际速度与设定速度之差值，通过控制理论计算得出泵的调节输出；

压力补偿控制：根据数字液压作动器负载口压降，通过控制理论计算得出泵的调节输出。

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