[发明专利]四象限工况下变转速单泵控缸闭式系统速度闭环控制方法

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，特别是一种四象限工况下变转速泵控缸闭式系统速度闭环控制方法。

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：

一种四象限工况下变转速单泵控缸闭式系统速度闭环控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一)根据伺服电机的运动状态确定系统的工况，所述的通过伺服电机的输出转矩和转速确定泵/马达进出口压差，系统压力则该压差加上油箱压力，泵的进出口压差主要是通过下述公式计算出压力：

T_{a_P}＝ΔpD+C_vSΔpD+C_fΔpD+C_hσ²ΔpD

马达工况下则为：

T_{a_M}＝ΔpD-C_vSΔpD-C_fΔpD-C_hσ²ΔpD

其中T_{a_P}为泵工况下伺服电机实际输出扭矩，T_{a_M}为马达工况下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，ρ为油液密度，ω为电机角速度；

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(注此处压力p由蓄能器与泵/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；

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