一种电静液作动系统及控制方法与流程

本发明涉及一种电静液作动系统及控制方法，属于液压伺服控制。

背景技术：

1、电静液作动器是基于容积控制原理的闭式液压伺服方案。由于避免了大量液压长管路和伺服阀的使用，大幅提升了系统的可靠性、可维护性和功率密度。因此，电静液作动器在大中型飞行器、足式机器人等伺服控制系统中应用广泛。

2、现有的采用伺服电机-双向轴向柱塞泵作为动力源的电静液作动器，在高压、高速工况下柱塞泵内多场耦合效应增强，结构件非线性倾覆力矩增加，流体非稳定流动加剧，摩擦副失效可能性急剧上升，油膜难以稳定承载；电机-液压泵转子系统转动惯量大，系统响应速度慢、频宽窄。这些问题均造成现有电静液作动器在可靠性、动态特性方面存在不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种电静液作动系统及控制方法。

2、本发明的技术解决方案：一种电静液作动系统，包括至少一个液压动力模块和液压执行单元，液压动力模块为液压执行单元提供运动的动力；

3、所述的液压动力模块包括液压驱动单元和配流单元，液压驱动单元根据接收到的控制信号进行往复运动，使其两个油口o1、o2交替产生压力油液，压力油液经过配流单元的启闭逻辑控制，输送至液压执行单元的两个油口x和y，引起液压执行单元运动。

4、一种电静液作动系统的控制方法，包括以下步骤：

5、当液压执行单元需要产生向油口y所处的活塞腔方向运动时，液压驱动单元根据控制信号，先向所需运动方向的反方向运动，油液经液压驱动单元油口o1流出，此时高速开关阀a、d开启b、c关闭，压力油液经液压执行单元油口x进入，推动执行单元活塞向所需运动方向运动，油液经液压执行单元油口y流出，经油口o2进入液压驱动单元；液压驱动单元根据控制信号，再向所需运动方向运动，油液经油口o2流出，此时高速开关阀a、d关闭b、c开启，压力油液经液压执行单元油口x进入液压执行单元，推动执行单元活塞向所需运动方向运动，油液经液压执行单元油口y流出，经油口o1进入液压驱动单元；

6、当液压执行单元需要产生向油口x所处的活塞腔方向运动时，液压驱动单元根据控制信号，先向所需运动方向运动，油液经油口o1流出，此时高速开关阀a、d关闭b、c开启，压力油液经液压执行单元油口y进入，推动执行单元活塞向所需运动方向运动，油液经油口x流出，经油口o2进入液压驱动单元；液压驱动单元根据控制信号，向所需运动方向的反方向运动，油液经油口o2流出，此时高速开关阀a、d开启b、c关闭，压力油液经油口y进入液压执行单元，推动执行单元活塞向所需运动方向运动，油液经油口x流出，经油口o1进入液压驱动单元。

7、本发明与现有技术相比的有益效果：

8、(1)本发明系统中的运动部件均为直线往复运动，所有的作用力均沿轴向，无复杂的中间传动环节，无运动转换环节，没有侧向力的引入，其运动需克服的摩擦力更小，机械效率更高，工作寿命周期更长；

9、(2)本发明动子运动惯量小，系统的频响特性理论上仅与直线电机和高速开关阀的频响相关，具有显著的快速响应优势；

10、(3)本发明液压动力可并联实现系统功率的倍增，实际使用中可根据负载情况调用不同数量的液压动力，避免了小功率输出时系统输入功率的浪费，实现自适应负载匹配，且多个液压动力可互做备份，便于形成余度配置与故障隔离，提升作动器可靠性；

11、(4)本发明控制均可通过数字信号实现，无需数模转换硬件参与，极大地简化了上位机控制系统硬件组成与控制逻辑。

技术特征：

1.一种电静液作动系统，其特征在于：包括至少一个液压动力模块和液压执行单元，液压动力模块为液压执行单元提供运动的动力；

2.根据权利要求1所述的一种电静液作动系统，其特征在于：所述的配流单元包括至少4个高速开关阀，其中开关阀a和开关阀b一侧与液压驱动单元油口o1连通，开关阀c和开关阀d一侧与液压驱动单元油口o2连通，开关阀a和开关阀c的另一侧与液压执行单元油口x连通，开关阀b和和开关阀d另一侧与液压执行单元油口y连通。

3.根据权利要求2所述的一种电静液作动系统，其特征在于：所述的配流单元高速开关阀的启闭逻辑控制如下，当液压执行单元需要产生向油口y所处的活塞腔方向运动时，液压驱动单元先向所需运动方向的反方向运动，此时高速开关阀a、d开启b、c关闭，然后液压驱动单元再向所需运动方向运动，此时高速开关阀a、d关闭b、c开启；当液压执行单元需要产生向油口x所处的活塞腔方向运动时，液压驱动单元先向所需运动方向运动，此时高速开关阀a、d关闭b、c开启，然后液压驱动单元再向所需运动方向的反方向运动，此时高速开关阀a、d开启b、c关闭。

4.根据权利要求3所述的一种电静液作动系统，其特征在于：所述的液压驱动单元运动的频率与高速开关阀组启闭控制频率一致，液压驱动单元的往复运动将连续经配流单元向液压执行单元油口x或y注入压力油液，驱动液压执行单元活塞杆产生向某一方向持续运动。

5.根据权利要求3所述的一种电静液作动系统，其特征在于：所述的配流单元还包括开关阀e，开关阀e两侧分别与液压执行单元油口x和油口y连通；所述的液压执行单元不需要输出运动而处于随动状态时，液压驱动单元不产生运动，此时高速开关阀a、b、c、d均关闭e开启。

6.根据权利要求5所述的一种电静液作动系统，其特征在于：所述的液压执行单元在某一位置保持锁定，液压驱动单元停止运动，高速开关阀均设为关闭状态。

7.根据权利要求1所述的一种电静液作动系统，其特征在于：所述的液压驱动单元包括直线电机和活塞泵，活塞泵缸体由两个独立腔体组成，油口o1和o2分别设置在不同腔体上，直线电机的动子与活塞泵活塞固接，直线电机接收控制器电流信号，驱动活塞泵活塞往复运动，在活塞泵的两油口o1、o2交替产生压力油液；所述的液压执行单元包括执行单元缸体和执行单元活塞，执行单元缸体包括两个独立的活塞腔，油口x和油口y分别设置在不同腔体上。

8.根据权利要求7所述的一种电静液作动系统，其特征在于：所述的活塞泵活塞两侧面积相同，液压执行单元活塞两侧面积相同。

9.根据权利要求1所述的一种电静液作动系统，其特征在于：所述的液压动力模块为2个以上，所有液压动力模块以并联方式与液压执行单元连通。

10.一种电静液作动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

11.根据权利要求10所述的一种电静液作动系统的控制方法，其特征在于：所述液压驱动单元运动的频率与高速开关阀组启闭控制频率一致，液压驱动单元的往复运动将连续经配流单元向液压执行单元油口x或y注入压力油液，驱动液压执行单元活塞杆产生向某一方向持续运动。

12.根据权利要求10所述的一种电静液作动系统的控制方法，其特征在于：所述液压执行单元不需要输出运动而处于随动状态时，液压驱动单元不产生运动，此时高速开关阀a、b、c、d均关闭e开启；所述液压执行单元在某一位置保持锁定，液压驱动单元停止运动，高速开关阀均设为关闭状态。

技术总结
本发明提出一种电静液作动系统及控制方法，包括至少一个液压动力模块和液压执行单元，液压动力模块为液压执行单元提供运动的动力；所述的液压动力模块包括液压驱动单元和配流单元，液压驱动单元根据接收到的控制信号进行往复运动，使其两个油口O1、O2交替产生压力油液，压力油液经过配流单元的启闭逻辑控制，输送至液压执行单元的两个油口X和Y，引起液压执行单元运动。本发明系统中的运动部件均为直线往复运动，所有的作用力均沿轴向，无复杂的中间传动环节，无运动转换环节，没有侧向力的引入，其运动需克服的摩擦力更小，机械效率更高，工作寿命周期更长。

技术研发人员：黄建,张琦玮
受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13