一种双电机油源控制系统和控制方法与流程

本发明涉及液压动力技术领域，具体涉及一种双电机油源控制系统和控制方法。

背景技术：

现有技术中，在液压应用场合中经常需要变流量和变压力油源设计，为了保证输出效能的最大化，在油源设计过程中就要考虑功率总额及功率分配特性，传统油源设计往往使用三相交流电机恒定转速输出，通过变量泵实现变流量功能，该类设计方案当负载需要小流量时存在很大的功率浪费，而且变量泵的可靠性相对较差。同时，鉴于传统三相交流电机由于体积比较庞大，在一些布置空间有限的使用环境受限因素较多。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种双电机油源控制系统和控制方法，解决现有油源控制效率低下、布设不便的技术问题。

本发明实施例的双电机油源控制系统，包括：

上位机，用于根据需求形成电机驱动器的初始控制数据，通过can总线接收并联定量泵输出管路的液压状态信号形成状态控制数据通过can总线发送电机驱动器，建立对并联定量泵的闭环控制；

主电机驱动器，用于根据所述状态控制数据形成主泵伺服电机的主泵实时控制参数；

主泵伺服电机，用于根据所述主泵实时控制参数调整扭矩和转速输出机械能；

主泵，用于接收机械能将油源介质在液压系统的连接管路中按对应压力和流速流动；

辅电机驱动器，用于根据所述状态控制数据形成辅泵伺服电机的辅泵实时控制参数；

辅泵伺服电机，用于根据所述辅泵实时控制参数调整扭矩和转速输出机械能；

辅泵，用于接收机械能将油源介质在液压系统的连接管路中按对应压力和流速流动。

本发明一实施例中，还包括：

流量计，用于采集所述并联定量泵输出管路中的流速、压力信息，形成所述液压状态信号。

本发明一实施例中，所述流量计包括总流量计，总流量计采集并联定量泵输出通用管路上的流量输出信息。

本发明一实施例中，所述流量计包括分支流量计，分支流量计采集并联定量泵单独输出管路上的流量输出信息。

本发明一实施例中，所述流量输出信息包括流量和/或流速。

本发明一实施例中，所述分支流量计采集并联定量泵单独输出管路上的溢流阀溢流流量输出信息。

本发明实施例的双电机油源控制方法，利用上述的双电机油源控制系统，包括：

建立液压系统中主泵和辅泵的流量特性关联数据；

根据主泵或辅泵流量控制目标值和实际流量值的固有误差进行标定，修正所述流量特性关联数据；

在液压系统工况时，根据系统目标流量指令与实际系统流量间的超出阈值进行所述主泵和辅泵的伺服电机闭环调速控制过程。

本发明一实施例中，还包括：

输入流量零值指令退出闭环调速控制过程，控制伺服电机减速停机并断使能操作完成液压系统停机流程。

本发明一实施例中，所述主泵和辅泵的流量特性关联数据采用以下公式进行描述：

其中，l为流量指令值，l10、l20分别为主泵和辅泵的工作最小流量，l11、l21分别为主泵和辅泵的工作最大输出流量，f1(v1)、f2(v2)分别为主泵和辅泵的流量-转速对应关系多项式。

本发明一实施例中，所述根据系统目标流量指令与实际系统流量间的超出阈值进行所述主泵和辅泵的伺服电机闭环调速控制过程包括：

获取系统目标流量指令；

根据所述系统目标流量指令和液压系统的误差标定确定系统流量控制值；

根据所述系统流量控制值判断主泵和辅泵的启动时机；

仅需要启动主泵时：

根据系统流量控制值确定超出阈值；

根据主流量计采集实际系统流量；

根据超出阈值和实际系统流量的差值闭环控制主泵伺服电机转速，调整主泵流量稳定在系统目标流量；

当需要同时启动辅泵时，控制主泵伺服电机使主泵按额定转速输出最大流量；

同时：

辅泵根据系统流量控制值与主泵输出最大流量的差值确定超出阈值；

根据主流量计采集实际系统流量；

根据超出阈值和实际系统流量的差值闭环控制辅泵伺服电机转速，调整辅泵流量使实际系统流量稳定在系统目标流量。

本发明实施例的双电机油源控制系统和方法系统组成简单、可靠性高，用途广泛，能够满足绝大部分液压系统应用工况，采用双电机总线网络控制方式实现设备可分布部署，流量实时远程控制，系统组成体积和占用空间较小、分布式网络结构可以灵活布置主泵和辅泵的位置，有利于系统布设灵活性。采用性价比更优的定量泵并联，据负载变化，可以通过控制高精度的伺服电机变转速实现流量变化控制，优于单一变量泵的控制效果。

附图说明

图1所示为本发明一实施例双电机油源控制系统的架构示意图。

图2所示为本发明一实施例双电机油源控制系统的反馈控制示意图。

图3所示为本发明一实施例双电机油源控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例的双电机油源控制系统如图1所示。在图1中，本实施例包括：

上位机01，用于根据需求形成电机驱动器的初始控制数据，通过can总线接收并联定量泵输出管路的液压状态信号形成状态控制数据通过can总线发送电机驱动器，建立对并联定量泵的闭环控制。

主电机驱动器11，用于根据状态控制数据形成主泵伺服电机的主泵实时控制参数。

电机驱动器可以采用编码器、单片机或者信号放大器，将状态控制数据作为输入，输出控制参数。也可以直接输出功率信号。

主泵伺服电机12，用于根据主泵实时控制参数调整扭矩和转速输出机械能。

本领域技术人员可以理解，伺服电机可使速度控制精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动受控对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

主泵13，用于接收机械能将油源介质在液压系统的连接管路中按对应压力和流速流动。

本实施例中主泵采用定量泵，主泵获得主泵伺服电机12的机械能输入，主泵通过连接管路将油源介质输出驱动负载。主泵和辅泵并联，在输出端具有共用输出管路。

辅电机驱动器21，用于根据状态控制数据形成辅泵伺服电机的辅泵实时控制参数。

电机驱动器可以采用编码器、单片机或者信号放大器，将控制数据作为输入，输出控制参数。也可以直接输出功率信号。

辅泵伺服电机22，用于根据辅泵实时控制参数调整扭矩和转速输出机械能。

本领域技术人员可以理解，伺服电机可使速度控制精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动受控对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

辅泵23，用于接收机械能将油源介质在液压系统的连接管路中按对应压力和流速流动。

本实施例中辅泵采用定量泵，辅泵获得辅泵伺服电机22的机械能输入，辅泵通过连接管路将油源介质输出驱动负载。主泵和辅泵并联，在输出端具有共用输出管路。

本发明实施例的双电机油源控制系统组成简单、可靠性高，用途广泛，能够满足绝大部分液压系统应用工况，采用双电机总线网络控制方式实现设备可分布部署，流量实时远程控制，系统组成体积和占用空间较小、分布式网络结构可以灵活布置主泵和辅泵的位置。采用性价比更优的定量泵并联，据负载变化，可以通过控制高精度的伺服电机变转速实现流量变化控制，优于单一变量泵的控制效果。

本发明一实施例双电机油源控制系统的反馈控制过程如图2所示。在图2中，双电机油源控制系统还包括：

流量计02，用于采集并联定量泵输出管路中的流速、压力信息，形成液压状态信号。

本发明一实施例中，流量计包括总流量计，总流量计采集并联定量泵输出通用管路上的流量输出信息，包括但不限于流量、流速，可以使得上位机01获得当前、前趋或后趋的总流量状态判断数据。

本发明一实施例中，流量计还包括分支流量计，分支流量计采集并联定量泵单独输出管路上的流量输出信息，包括但不限于流量、流速，可以使得上位机01获得当前、前趋或后趋的溢流阀溢流状态判断数据。

本发明实施例的双电机油源控制系统更有利于引入双泵流量补偿算法，实现动态流量稳定控制。在高精度流量需求工况时，分别引入两个泵的溢流流量进行校正补偿，减少系统长时间溢流，优化机械能产生的费效比。

本发明一实施例的双电机油源控制方法如图3所示。在图3中，本实施例包括：

步骤1：建立液压系统中主泵和辅泵的流量特性关联数据；

液压系统可以是包括上述实施例的双电机油源控制系统的主泵和辅泵的泵控液压系统或阀控液压系统。主泵和辅泵具有输出端的通用输出管路，通用输出管路上设置有上述实施例的双电机油源控制系统的总剂量计。

步骤2：根据主泵或辅泵流量控制目标值和实际流量值的固有误差进行标定，修正流量特性关联数据；

主泵或辅泵独立输出的实际流量值和泵体流量控制的目标值存在固有差异，需要作为泵体参数作误差标定。进一步将误差标定体现在流量特性关联数据中进行数据修正。

步骤3：在液压系统工况时，根据系统目标流量指令与实际系统流量间的超出阈值进行主泵和辅泵的伺服电机闭环调速控制过程。

根据超出阈值启动主泵和辅泵的调速控制，通过控制伺服电机控制主泵和辅泵的转速并稳定转速。使得液压系统输出的实际系统流量稳定在系统目标流量的超出阈值内。

本发明实施例的双电机油源控制方法利用伺服电机的有效转速控制实现主泵和辅泵的稳定转速，使得液压系统的输出稳定在系统目标流量，充分利用伺服电机和定量泵的闭环反馈控制保持目标输出流量的稳定和可靠性。

如图3所示，在本发明一实施例，还包括：

步骤4：输入流量零值指令退出闭环调速控制过程，控制伺服电机减速停机并断使能操作完成液压系统停机流程。

利用上述实施例的双电机油源控制系统控制液压系统安全停机，可以有效卸载油源压力负荷，保证液压系统安全，避免潜在运行危险和故障。

在本发明一实施例中，主泵和辅泵的流量特性关联数据采用以下公式进行描述：

其中，l为流量指令值，l10、l20分别为主泵和辅泵的工作最小流量，l11、l21分别为主泵和辅泵的工作最大输出流量，f1(v1)、f2(v2)分别为主泵和辅泵的流量-转速对应关系多项式。

考虑到系统流量泄漏，流量指令值可以是流量目标值超出15％的阈值。

如图3所示，在本发明一实施例中，步骤3的伺服电机闭环调速控制过程包括：

步骤31：获取系统目标流量指令；

步骤32：根据系统目标流量指令和液压系统的误差标定确定系统流量控制值；

步骤33：根据系统流量控制值判断主泵和辅泵的启动时机；

根据系统流量期望和各泵的最大流量值确定系统目标流量对主泵和辅泵的启动时机，形成双泵流量补偿的协调过程。可以是根据最大值递进启动，也可以是根据负载均衡同步启动。

步骤34：当仅需要启动主泵时：

根据系统流量控制值确定超出阈值；

根据主流量计采集实际系统流量；

根据超出阈值和实际系统流量的差值闭环控制主泵伺服电机转速，调整主泵流量稳定在系统目标流量；

步骤35：当需要同时启动辅泵时，控制主泵伺服电机使主泵按额定转速输出最大流量；

步骤36：同时：

辅泵根据系统流量控制值与主泵输出最大流量的差值确定超出阈值；

根据主流量计采集实际系统流量；

根据超出阈值和实际系统流量的差值闭环控制辅泵伺服电机转速，调整辅泵流量使实际系统流量稳定在系统目标流量。

本发明实施例的双电机油源控制方法引入双泵流量补偿算法，实现动态流量稳定控制。

在本发明一实施例的双电机油源控制系统，包括：

存储器，用于存储上述实施例的双电机油源控制方法处理过程的程序代码。

上位机，用于执行上述实施例的双电机油源控制方法处理过程的程序代码。

上位机可以采用dsp(digitalsignalprocessor)数字信号处理器、fpga(field-programmablegatearray)现场可编程门阵列、mcu(microcontrollerunit)系统板、soc(systemonachip)系统板或包括i/o的plc(programmablelogiccontroller)最小系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。