[发明专利]一种四象限工况下的变转速单泵控缸闭式系统的液压缸速度和位移软测量方法

说明书

本发明公开了一种四象限工况下的变转速单泵控缸闭式系统的液压缸速度和位移软测量方法，通过伺服电动机/马达转速、转矩及液压系统油液温度、蓄能器进出口压力；估算出单泵闭式系统液压回路中的油液粘度、油液有效体积弹性模量，建立单泵闭式系统中泵/马达在四象限工况下的泵/马达流量、液压缸速度、液压缸位移软测量模型，最终获得液压缸控制腔运动速度、位移。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别是四象限工况下的单泵控缸闭式系统的液压缸速度和位移软测量方法。

背景技术

要想实现工程机械的智能化，实时获得可靠的反馈量在现代控制领域极为重要，对于挖掘机而言，能实时获得动臂、斗杆及铲斗的运动轨迹对智能控制极其重要，而要获得这些数据，就必须先获得各液压缸的位移。目前，获得液压缸位移最常见的方法就是通过位移传感器直接测量量得到。然而，由于现实工况中内置与外置传感器分别存在成本高、制造精度要求高、结构复杂、容易损坏、维护困难等缺点迟迟找不到解决办法。因此，本发明专利提供一种能满足挖掘机等工程机械对测量精度要求不高、成本低、易于维护可靠性好的位移软测量方法。

通常在用于液压系统的位移传感器分为外部与内部两种，尽管这两种传感器拥有高精度、响应速度快的优点，但是它们也都有着各自的缺点。外部传感器在在恶劣的作业环境中比较脆弱，需要适当的保护，增加了维护的难度与成本。内部传感器对液压缸的制造精度要求极高，导致其价格昂贵，同时还存在着检测维修困难的缺点。为了解决上述外部与内部传感器中存在的缺点，本发明专利提供一种能满足挖掘机、推土机、转载机等对位移测量精度要求不高的工程机械中可用于测量液压缸位移的软测量方法,促进工程机械的自动化作业。本发明专利的核心就是通过伺服电动机/马达转速、转矩及液压系统油液温度、蓄能器进出口压力；估算出单泵闭式系统液压回路中的油液粘度、油液有效体积弹性模量，建立单泵闭式系统中泵/马达在四象限工况下的泵/马达流量软测量模型、液压缸软测量模型，最终获得液压缸控制腔运动速度、位移。

发明内容

本发明通过伺服电动机/马达转速、转矩及液压系统油液温度、蓄能器进出口压力；估算出单泵闭式系统液压回路中的油液粘度、油液有效体积弹性模量，建立单泵闭式系统中泵/ 马达在四象限工况下的泵/马达流量软测量模型、液压缸软测量模型，最终获得液压缸控制腔运动速度、位移。

本发明具体采用如下技术方案实现：

一种四象限工况下的单泵控缸闭式系统的液压缸速度软测量方法，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，并根据伺服电机输出扭矩计算泵进出口的压差：

泵工况下

马达工况下

其中T_a为伺服电机实际输出扭矩；Δp_P和Δp_M分别为两种工况下泵进出口压差；D为泵的排量； C_v，C_f，C_h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，由实验得到，p₀为大气压；p为所在液压元件的压力，使用压力传感器进行测量；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：