排量上限值Dk取决于最大阶跃流量变化Q smax和市场上成熟产品的排量参 数以及栗组成本因素的限制。而Qsniax取决于各个定量栗依次接入系统中时可允许的最大冲 击程度[σ ]，[ σ ]越大，Qsniax值会相应变大。定量栗组流量切换时最大冲击发生在系统输 出流量QDk与（Q Dk_QD1)之间的切换瞬间，同时该瞬间也是定量栗组切换次数最多时刻，切换 次数为k+Ι次。考虑到栗组流量冲击程度，可将标准二进制排量比的定量栗组中排量最大 的定量栗替换为两台相同排量的定量栗，因此，定量栗组中最大排量的栗输出流量为：
[0045]
(7)
[0046] 上述关系式（7)满足的条件是：
[0047] m = k+3 (8)联立式（1)、（7)、（8)，有：
[0048] (2^2^22-2k+2k+2 k) · Qdi^ Qnax (9)
[0049] 联立（3)、⑷（8)、（9)式，求出定量栗的个数m为：
[0050]
(U))
[0051] 对于变量栗组的排量Di及数量η的选取原则如下：
[0052] 首先，变量栗组输出的最大流量能够满足所需填补的流量空缺处。满足不等式关 系：
[0053] (.1:1:)
[0054] 当电机转速ηρ已知时，可以求出所有变量栗的满排量之和。同时还需满足所有变 量栗满排量输出时的流量曲线斜率值h'大于所需流量曲线上最大斜率的绝对值h，即：
[0055]
( 12) LlN 丄UOldS/14 A yJ^ rVJ 〇/〇 JM
[0056]
(13.)
[0057] 满足式（11) (12) (13)条件的有多组解，可以求解出变量栗的排量与台数关系：
[0058]
(14)
[0059] -般情况，考虑到栗组成本因素，台数η从1逐渐增加，分别求出对应的排量值，直 至理论排量值接近现有产品排量系列中较为常见的规格为止。
[0060] 如图2所示，多栗源的构型包括第一变量栗A1、第二变量栗A2，以此类推，直到第η 变量栗An;第一定量栗B i、第二定量栗B2，以此类推，直到第m定量栗Bni;相应的定量栗出口 和油箱G之间跨接第一电磁卸荷阀C 1、第一安全阀E1，第二电磁卸荷阀C2、第二安全阀E2，以 此类推，直到第m电磁卸荷阀C ni和第m安全阀E 第一单向阀F i、第二单向阀F2，以此类推， 直到第n+m单向阀F_;油箱G ;定量栗分别为系统输入阶跃变化的流量，变量栗均可以为系 统输入连续变化的流量。单向阀的作用是将栗与系统单向隔断，可阻止系统液压冲击损坏 液压栗。每个电磁卸荷阀分别控制相应定量栗是否处于卸荷状态。溢流阀作用是防止系统 压力过载，起到安全保护作用。
[0061 ] 每个栗分别由不同的电动机驱动，由模拟量直接控制的变量栗与数字量间接控制 的定量栗均可独立地向系统供油。根据系统执行机构的运动速度要求，求出系统所需流量 后，通过控制电磁卸荷阀的开闭选择性地断开与接入系统定量栗的数量，从而实现对系统 所需流量的分级输入，并通过模拟量控制变量栗组的输出流量以"填补"定量栗组流量输出 的阶跃流量，使系统最终输出流量近似连续变化。因此，通过数字量控制的开关阀和模拟量 控制的变量栗，可实现栗组输出流量的连续可调，没有溢流损失，达到节能目的。
[0062] 如图3所示，任意t时刻系统栗组的状态控制规则如下：
[0063] 按照执行机构液压运动速度要求v(t)，求出其所需流量Q (t)，计算机将求得的流 量Q (t)与第m定量栗Bm的输出流量Q Dm进行比较，如果第m定量栗B m提供的流量Q Dm小于 所需流量Q⑴，则数字控制信号DTm = 0,即第m电磁卸荷阀Cni处于关闭状态，第m定量栗 Bni向系统供油。反之，数字控制信号DTm= 1，第m定量栗B Ji卩荷；如果第m定量栗Bni向系 统供油，则将剩余所需流量Q(t)_QDm与第m-Ι定量栗B m i的输出流量Qd0ii 1}进行比较，如果 第m定量栗Bni为卸荷状态，则Q Dni= 0,即仍将Q(t)与第m-Ι定量栗B " i的输出流量Q D0n υ 进行比较。以此类推，直至将剩余所需流量
与第一定量栗B1的输出流量Q D1 进行比较，得出第一定量栗队的流量输出状态，此时定量栗组的状态已确定。因此，变量栗 组所需提供的流量为：
[0064]
(15)
[0065] 与定量栗组状态的判断条件类似，将变量栗组所需提供的流量Qa与第η变量栗A n 的输出的最大流量QAnnJi行比较，如果Q A< Q ^_且，则第η变量栗A n的给定指令信号为 0 ;如果QA> Q A_x，则第η变量栗总投入使用，相应的流量给定信号为：
[0066] Un (t) =Qa Xkn (16)
[0067] 其中，kn为第η变量栗A n所提供流量的比例系数。
[0068] 如果第η变量栗An的给定指令信号为0,则仍将Q A与第n-Ι变量栗A n i的输出的 最大流量QMn 1)MX进行比较。如果第η变量栗A n的流量给定信号为U n (t) = QaX kn，则将变 量栗组剩余流量QA-kn ·9Α_Χ与第n-Ι变量栗A n i的输出的最大流量Q Mn 1}_进行比较。以 η 此类推，直至变量栗组所需剩余流量-Σ& 与第一变量栗4的输出最大流量Q Α1_ j=2 进行比较，进而得出变量栗组所有变量栗的控制信号U];实现多栗源输出流量与系统所需 流量的匹配和最大输出范围内任意流量的稳态输出。
[0069] 如图4所示，给定指令为执行机构运动速度v(t)，通过放大器后计算出系统所需 要的流量Q (t)。流量状态控制器的作用是根据输入的流量值进行流量区域判断，并计算任 一时刻出数字量和模拟量的控制信号，数字信号通过控制电磁卸荷阀控制定量栗的流量状 态，模拟信号直接控制变量栗的输出流量。最终给出任一时刻栗组的状态，最后通过控制元 件实现执行机构的速度控制和方向控制。
【主权项】
1. 一种数字和模拟组合控制液压系统多栗源的构型设计方法，它的液压系统包括第一 变量栗A1、第二变量栗A 2、……、第n变量栗An、第一定量栗B1、第二定量栗B2、……、第m 定量栗B ni、第一电磁卸荷阀C1、第二电磁卸荷阀C2、……、第m电磁卸荷阀(；、第一安全阀 E 1、第二安全阀E2、……、第m安全阀Eni、第一单向阀F1、第二单向阀F 2、……、第n+m单向阀 F_、油箱G ;每个定量栗的出口和油箱之间跨接一个电磁卸荷阀和一个安全阀，电磁卸荷阀 的作用是控制相应定量栗接入系统的状态，安全阀防止压力过载;m个定量栗和n个变量栗 的出口均汇于一点后作为多栗源的压力油输出口；设定量栗排量SD 1，单位为ml/r，对应的 输出流量为Qdi，单位为L/min，I < i < m ;变量栗最大排量分别y j，单位为ml/r，满排量时 输出流量分别为Q4jmax，单位为L/min，I < j < n ;所有栗电机转速均为np，单位为r/min ;流 量曲线上最大斜率的绝对值h，单位为L/s2,其特征在于：其设计方法的步骤如下： (1) 根据实际工业生产中主机设备的工况要求，求出该设备的液压系统所需的流量需 求Q (t)，并求出最大流量值Qniax以及最大流量变化率的绝对值h ; (2) 确定定量栗组的最佳组合系数X和定量栗组中最小栗的排量D1。综合考虑栗组 输出流量与负载流量需求偏差度、栗切换频率、流量冲击程度、栗组成本等因素后，得出最 小栗排量D 1理论计算公式如下：其中，A为定量栗组的最佳组合系数，并且〇 < A < I ; e、《、〇、S分别表示定栗 组输出流量与负载流量需求偏差、栗组切换频率、流量切换冲击程度、栗组成本对定量栗台 数的最佳影响系数，并且均是介于〇到1之间的无量纲数。权重系数a、P、T、G满足关 系式a+(6 +y +G = 1，权重系数的大小根据设计要求确定； (3) 确定定量栗的台数m及栗的最大排量Dk。采用部分二进制排量比的定量栗组，即 01:02:03*"015:0 1^"0"1=2°:21:22*"215:2 1^"215;因此，定量栗台数及最大排量 为：取m为大于的最小正整数，而Dk取实际排量系列值当中与理论计算值最为 接近的数值； (4) 确定变量栗的台数n及满排量Y 变量栗组排量一般取相同值，根据所有变量栗 满排量输出时的流量曲线斜率值h'大于所需流量曲线上最大斜率的绝对值h要求，得出 变量栗组排量与台数的关系式：考虑到实际产品系列以及成本因素，根据该公式，台数n从1逐渐增加，分别求出对应 的排量值，直至确定成本较为合理的一组解。
【专利摘要】一种数字和模拟组合控制液压系统多泵源的构型设计方法，它主要包括如下步骤：1、根据液压设备的动作要求，求出液压系统所需的流量需求Q(t)、最大流量值Qmax以及最大流量变化率的绝对值h；2、根据本发明提供的理论公式，确定定量泵组的最佳组合系数λ和定量泵组中最小泵的排量D1；3、根据本发明提供的理论公式，确定定量泵的台数m及泵的最大排量Dk；4、确定变量泵的台数n及满排量γj。本发明实现了负载的流量匹配，具有响应快、无溢流损失、传动效率高、输出流量连续可调的优点，既具有传统的阀控系统和泵控系统的优势，又避免了泵控系统投资大、维护成本高的缺点。
【IPC分类】G06F17/50, F15B11/00
【公开号】CN105138714
【申请号】CN201510299506
【发明人】赵劲松, 姚静, 张阳
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年6月3日