专利名称：位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统的制作方法
技术领域：
本发明提出一种双闭环控制的直接驱动容积控制伺服系统，属于电液伺服技术领 域。
背景技术：
液压伺服技术发展到如今已有百年的历史。传统液压伺服阀控系统发展到如今已 经相当成熟，其性能的优越性也普遍受到认同。但是传统阀控液压伺服系统的高能耗，大辅 助设施等缺点也是有目共睹。因此，一种结合伺服电机优点和液压优点的系统应运而生，它就是直驱式容积控 制系统。此系统由伺服电机驱动定量泵推动液压缸或液压马达动作。它的系统机械结构简 单，控制方便，返修率低，集成化程度高等优点使其备受用户青睐，有将要与传统阀控系统 并驾齐驱的趋势。图1为现有直驱式容积控制系统的结构示意图，图2为现有直驱式容积控制系统 控制原理示意图。现有直驱式容积控制系统系统在正常工作时，控制输入信号输入控制器1 经过运算后，其直接控制伺服驱动器或变频器2驱动伺服电机3带动液压泵5，液压泵5驱 动后续液压执行元件工作。上述现有直驱式容积控制系统由于液压泵5具有低速下容积效 率低的欠缺，再加上系统补油机构13和液压锁8的开启时间延迟，故其不能发挥出伺服电 机3应有的性能，同时也大大降低系统的性能。
发明内容
本发明为了解决现有的直驱容积控制电液伺服系统由于其液压泵的低速下容积 效率低的欠缺，以及补油机构和液压锁的开启时间的延误，所导致的系统性能问题，而提出 了位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统。本发明包括控制器、伺服驱动器或变频器、伺服电机、双向定量泵、液压锁、溢流安 全机构、流量传感器、液压缸、补油机构和位移传感器；控制器设置有四个输入端和一个控 制信号输出端，所述控制器的四个输入端分别为控制信号输入端、位移反馈信号输入端、第 一流量信号输入端和第二流量信号输入端；控制器的控制信号输出端连接伺服驱动器或 变频器的控制信号输入端，伺服驱动器或变频器的控制端连接伺服电机的受控端，伺服电 机的动力输出轴与双向定量泵的动力输入轴连接，双向定量泵与液压缸之间的两条油路通 过补油机构、液压锁、溢流安全机构和流量传感器形成闭式回路，其中流量传感器由第一流 量传感器和第二流量传感器组成，第一流量传感器和第二流量传感器分别设置在两条油路 上；位于液压缸的活塞杆上的位移传感器的位移反馈信号输出端、第一流量传感器的流量 信号输出端和第二流量传感器的流量信号输出端分别连接控制器的位移信号输入端、第一 流量信号输入端和第二流量信号输入端。本发明的有益效果是相对于原有直接驱动容积控制系统，本发明可以有效补偿 由于液压泵渗漏、补油机构和液压锁开启时间和液压管路的渗漏所影响的系统性能，降低系统对各个元件的本身的要求。通过理论及其实验证明其可以有效提高系统动、静态指标，防止输出信号畸变。本发明在原系统上添加上了流量传感器，从而改变了原有系统的控制 结构。本发明在输入信号输入控制器后，与位移传感器的返回值比较后输入外环控制器。经 过外环控制器计算后的信号与流量传感器返回值比较后再经过内环控制器运算。内环控制 器输出信号才去控制伺服驱动器或变频器。伺服驱动器或变频器带动双向变量液压泵驱动 整个后续液压回路动作，跟踪输入信号运动。通过在原有系统中添加传感器并改变其系统 的控制结构和原理来消除系统由于液压泵自身所带来的固有缺陷。从外形上依旧保持系统 的结构简单和紧凑，控制简单。
图1为现有直驱式容积控制系统的结构示意图；图2为现有直驱式容积控制系统 控制原理示意图；图3为本发明位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统的结构示意 图；图4为本发明位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统原理示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图3说明本实施方式，本实施方式包括控制器1、伺服驱 动器或变频器2、伺服电机3、双向定量泵5、液压锁8、溢流安全机构9、流量传感器10、液压 缸11、补油机构13和位移传感器12 ；控制器1设置有四个输入端和一个控制信号输出端， 所述控制器1的四个输入端分别为控制信号输入端、位移反馈信号输入端、第一流量信号 输入端和第二流量信号输入端；控制器1的控制信号输出端连接伺服驱动器或变频器2的 控制信号输入端，伺服驱动器或变频器2的控制端连接伺服电机3的受控端，伺服电机3的 动力输出轴与双向定量泵5的动力输入轴连接，双向定量泵5与液压缸11之间的两条油路 通过补油机构13、液压锁8、溢流安全机构9和流量传感器10形成闭式回路，其中流量传感 器10由第一流量传感器10-1和第二流量传感器10-2组成，第一流量传感器10-1和第二 流量传感器10-2分别设置在两条油路上；位于液压缸11的活塞杆上的位移传感器12的位 移反馈信号输出端、第一流量传感器10-1的流量信号输出端和第二流量传感器10-2的流 量信号输出端分别连接控制器1的位移信号输入端、第一流量信号输入端和第二流量信号 输入端。
具体实施方式
二 结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不 同点在于控制器1由第一比较器1-1、外环控制器1-2、第二比较器1-3、内环控制器1-4和 信号处理器1-5组成；第一比较器1-1设置有两个输入端和一个信号输出端，所述第一比较 器1-1的两个输入端分别为控制信号输入端和位移反馈信号输入端，即为控制器1的控制 信号输入端和位移反馈信号输入端；第一比较器1-1的信号输出端连接外环控制器1-2的 信号输入端，外环控制器1-2的信号输出端连接第二比较器1-3的一个输入端，所述第二比 较器1-3的一个输入端为外环控制信号输入端，信号处理器1-5设置有两个输入端和一个 输出端，所述信号处理器1-5的两个输入端分别为第一流量信号输入端和第二流量信号输 入端，即为控制器1的第一流量信号输入端和第二流量信号输入端；信号处理器1-5的输出 端连接第二比较器1-3的另一个输入端，所述第二比较器1-3的另一个输入端为处理信号 输入端，第二比较器1-3的信号输出端连接内环控制器1-4的信号输入端，内环控制器1-4的信号输出端为控制器1的控制信号输出端。控制信号通过与位移反馈信号比较后经外环控制器1-2运算后发送给第二比较 器1-3 ；第二比较器1-3对外环控制器1-2运算后的外环控制信号和信号处理器1-5处理 后的处理信号进行比较，然后发送给内环控制器1-4。其中，信号处理器1-5用来处理来自 第一流量传感器10-1和第二流量传感器10-2的的流量信号，其功能包括选择那路传感器 信号和滤波。第二比较器1-3、内环控制器1-4、伺服驱动器或变频器2、伺服电机3、双向定量泵 5、第一流量传感器10-1、第二流量传感器10-2和信号处理器1-5组成流量控制内环。第一比较器1-1、外环控制器1-2、内环控制器1-4、伺服驱动器或变频器2、伺服电 机3、双向定量泵5、液压缸11和位移传感器12组成位移控制外环。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一或 二不同点在于补油机构13由闭式油箱6和补油阀7组成；补油阀7的两个进出油口分别连 接在双向定量泵5与液压缸11之间的两条油路上，补油阀7的第三进出油口连接闭式油箱 6的进出油口。其它组成和连接方式与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一或 二不同点在于还包括联轴器4，伺服电机3的动力输出轴通过联轴器4与双向定量泵5的动 力输入轴连接。其它组成和连接方式与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
五结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一或 二不同点在于溢流安全机构9由两个溢流阀组成；两个溢流阀分别设置在双向定量泵5与 液压缸11之间的两条油路上，两个溢流阀的溢流方向相反。其它组成和连接方式与具体实 施方式一或二相同。本发明原理控制器1给伺服驱动器或变频器2发送控制信号，伺服驱动器或变频 器2驱动伺服电机3，伺服电机3带动双向定量泵5，双向定量泵5驱动液压缸11运动，采 集双向定量泵5与液压缸11之间两条油路上的流量信号和液压缸11活塞杆的位移反馈信 号发送给控制器1，通过上述三个信号的结合达到对整个系统的控制和调整，从而控制和克 服双向定量泵5、液压锁8和补油机构13中补油阀7的固有缺陷，提高系统性能。本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式
的组 合同样也可以实现发明的目的。
权利要求
位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统，其特征在于它包括控制器(1)、伺服驱动器或变频器(2)、伺服电机(3)、双向定量泵(5)、液压锁(8)、溢流安全机构(9)、流量传感器(10)、液压缸(11)、补油机构(13)和位移传感器(12)；控制器(1)设置有四个输入端和一个控制信号输出端，所述控制器(1)的四个输入端分别为控制信号输入端、位移反馈信号输入端、第一流量信号输入端和第二流量信号输入端；控制器(1)的控制信号输出端连接伺服驱动器或变频器(2)的控制信号输入端，伺服驱动器或变频器(2)的控制端连接伺服电机(3)的受控端，伺服电机(3)的动力输出轴与双向定量泵(5)的动力输入轴连接，双向定量泵(5)与液压缸(11)之间的两条油路通过补油机构(13)、液压锁(8)、溢流安全机构(9)和流量传感器(10)形成闭式回路，其中流量传感器(10)由第一流量传感器(10-1)和第二流量传感器(10-2)组成，第一流量传感器(10-1)和第二流量传感器(10-2)分别设置在两条油路上；位于液压缸(11)的活塞杆上的位移传感器(12)的位移反馈信号输出端、第一流量传感器(10-1)的流量信号输出端和第二流量传感器(10-2)的流量信号输出端分别连接控制器(1)的位移信号输入端、第一流量信号输入端和第二流量信号输入端。
2.根据权利要求1所述的位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统，其特征在于控 制器(1)由第一比较器(1-1)、外环控制器(1-2)、第二比较器(1-3)、内环控制器(1-4)和 信号处理器(1-5)组成；第一比较器(1-1)设置有两个输入端和一个信号输出端，所述第 一比较器(1-1)的两个输入端分别为控制信号输入端和位移反馈信号输入端，即为控制器(I)的控制信号输入端和位移反馈信号输入端；第一比较器(1-1)的信号输出端连接外环 控制器(1-2)的信号输入端，外环控制器(1-2)的信号输出端连接第二比较器(1-3)的一 个输入端，所述第二比较器(1-3)的一个输入端为外环控制信号输入端，信号处理器(1-5) 设置有两个输入端和一个输出端，所述信号处理器(1-5)的两个输入端分别为第一流量信 号输入端和第二流量信号输入端，即为控制器(1)的第一流量信号输入端和第二流量信号 输入端；信号处理器(1-5)的输出端连接第二比较器(1-3)的另一个输入端，所述第二比较 器(1-3)的另一个输入端为处理信号输入端，第二比较器(1-3)的信号输出端连接内环控 制器(1-4)的信号输入端，内环控制器(1-4)的信号输出端为控制器(1)的控制信号输出 端。
3.根据权利要求1或2所述的位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统，其特征在 于补油机构(13)由闭式油箱(6)和补油阀(7)组成；补油阀(7)的两个进出油口分别连接 在双向定量泵(5)与液压缸(11)之间的两条油路上，补油阀(7)的第三进出油口连接闭式 油箱(6)的进出油口。
4.根据权利要求1或2所述的位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统，其特征在 于还包括联轴器(4)，伺服电机(3)的动力输出轴通过联轴器(4)与双向定量泵(5)的动力 输入轴连接。
5.根据权利要求1或2所述的位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统，其特征在 于溢流安全机构(9)由两个溢流阀组成；两个溢流阀分别设置在双向定量泵(5)与液压缸(II)之间的两条油路上，两个溢流阀的溢流方向相反。
全文摘要
位置流量双闭环直驱容积控制电液伺服系统。它涉及电液伺服领域，它解决了现有的直驱容积控制电液伺服系统由于其液压泵的低速下容积效率低的欠缺，以及补油机构和液压锁的开启时间的延误，所导致的系统性能问题。它的控制器设有四个输入端和一个控制信号输出端，控制器控制信号输出端连伺服驱动器或变频器控制信号输入端，伺服驱动器或变频器的控制端连伺服电机受控端，伺服电机动力输出轴连双向定量泵的动力输入轴，双向定量泵与液压缸之间两条油路通过补油机构、液压锁、溢流安全机构和流量传感器形成闭式回路，位移传感器、第一和第二流量传感器输出端连控制器三个输入端。在原系统上添加了流量传感器，从而改变了控制结构。
文档编号F15B21/08GK101865190SQ20101021184
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者万保中, 刘军龙, 姜继海, 陈建华, 马琛俊 申请人:哈尔滨工业大学;上海汇益控制系统股份有限公司