[发明专利]一种变转速泵控缸速度闭环控制方法

说明书

本发明根据目标速度，利用伺服电机转速和转矩、温度传感器所测得的油液温度，计算变转速单泵控差动缸闭式系统液压缸所需流量、泵出口压力、油液弹性模量、粘度，进而计算出该时刻所需要的伺服电机的转速；并将该基于模型的速度前馈与速度负反馈自适应控制相结合。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别是一种变转速泵控缸速度闭环控制方法。

背景技术

在我国经济快速发展以及能源紧缺、环境污染、人力成本上升等问题日益严重的状况下，结合快速发展的交流伺服电动机控制技术，研发一种可实现低能耗、高效可靠运行的新型液压节能控制技术，促进机械装备的混合动力化、电动化以及自动化，是国内机械装备制造企业适应社会发展所亟需解决的问题之一，也是全世界科研机构及机械装备制造企业的研究热点之一。

发明内容

本发明根据目标速度，利用伺服电机转速和转矩、温度传感器所测得的油液温度，计算液压缸所需流量、泵出口压力、油液弹性模量、粘度，进而计算出该时刻所需要的伺服电机的转速；并将该基于模型的速度前馈与速度负反馈自适应控制相结合。

本发明具体采用如下技术方案实现：

一种变转速泵控缸速度闭环控制方法包括如下步骤：

步骤一)通过伺服电机的输出转矩和转速确定泵进出口压差，泵工况的泵进出口压差通过下述公式计算：

T_a=ΔpD+C_vSΔpD+C_fΔpD+C_hσ²ΔpD

其中T_a为伺服电机实际输出扭矩，；Δp为泵进出口压差；D为泵的排量；C_v，C_f，C_h依次为油液的粘性、摩擦、液体动态损失系数；S，σ为无纲量数：

其中v为油液粘度，p为油液密度，ω为伺服电机角速度；

油液粘度随温度变化，油液温度由温度传感器测出；油液粘度的计算方法为：

式中：T为油液温度，ρ为油液密度，P₀为大气压；P为所在液压元件的压力，此处压力P由油箱与泵/马达之间的压力传感器测量得到；C₁、C₂、C₃为系数，通过实验拟合得到；

步骤二)计算有效体积弹性模量B_f，计算方法如下：

式中p₀为系统的初始压力；p为压力计算模块所计算出的泵/马达输出/输入压力；N为气体多变指数，气体在压缩过程中遵循一定的规律，气体多变指数即描述这一变化过程的常数(1 ≦N≦1.4)，X₀为自由空气的相对含量，B为油液的额定弹性模量；(注：液压油的体积弹性模量和温度、压力以及油液中的空气有关，纯油液中B_f=(1.2～2)×10³MPa,实际(油混气) 工程中取(0.7～1.4)×10³MPa。

为了使弹性模量更为准确，设定一个最小值B_min：

B_f=max(B_eff，B_min)

步骤三)流量计算：通过液压缸的目标速度和进口侧压力获取液压缸实际输出流量的大小，计算公式如下：

q＝vA+K_LΔp