[发明专利]一种大惯量负载的协同驱动及无源主动制动方法

摘要

本发明公开了一种大惯量负载的协同驱动及无源主动制动方法，用于大惯量负载的驱动工况与制动工况,驱动工况协同驱动控制系统通过对容积泵控闭式子系统与进出口独立调节子系统的协同控制，共同驱动负载运行，提高系统的驱动刚度、增加系统的驱动能力；制动工况容积泵控闭式子系统作动器工作在泵模式，将负载制动能量转换成液压能供给进出口独立调节子系统，进出口独立调节子系统根据给定负载制动轨迹以及实时反馈的负载状态，通过控制进出口独立调节流量阀实现对回收负载制动能的主动控制，从而实现对负载的无源主动制动。本发明实现了对负载的协同驱动及无源主动制动，可有效解决制动平稳性差和制动能量难以储存的问题，特别适合大惯量负载工况。

主权项

1.一种大惯量负载的协同驱动及无源主动制动方法，其特征在于该方法的实施利用大惯量负载的协同驱动及无源主动制动系统，该系统包括大惯量负载容积泵控闭式子系统、进出口独立调节子系统、协同驱动控制系统和无源主动制动控制系统；容积泵控闭式子系统包括第一伺服电机驱动单元（1）、第一伺服电机（2）、第一定量泵（3）、油箱（6）、机能选择阀（7）、补油单向阀组（8）、自馈能单向阀组（9）、第一作动器（11）、排量传感器（41）、第一位置传感器（12）及第一扭矩传感器（13）；其中第一作动器（11）通过联轴器与大惯量负载（14）刚性连接，第一作动器（11）的两个工作油口通过管路经过机能选择阀（7）分别与第一定量泵（3）的两个工作油口相连，同时两条油路间并联了补油单向阀组（8）、自馈能单向阀组（9），补油单向阀组（8）通过管路和机能选择阀（7）的中间油口连接，油箱（6）通过管路和机能选择阀（7）的右位机能的中间油口连接，第一伺服电机驱动单元（1）、第一伺服电机（2）用于驱动第一定量泵（3）工作，排量传感器（41）、第一位置传感器（12）及第一扭矩传感器（13）安装在第一作动器（11）上；进出口独立调节子系统包括第二扭矩传感器（15）、第二位置传感器（16）、第二作动器（17）、蓄能器（20）、液压换向阀（21）、电磁换向阀（22）、B腔三位三通流量阀（23）、A腔三位三通流量阀（24）、液控单向阀（25）、第二伺服电机驱动单元（26）、第二伺服电机（27）及第二定量泵（28）；其中第二定量泵（28）的工作油口通过管路经过液控单向阀（25）分成三条油路，其中两条油路分别经过A腔三位三通流量阀（24）、B腔三位三通流量阀（23）与第二作动器（17）的两个工作油口相连，另外一条油路与蓄能器（20）相连，另外一条油路还和电磁换向阀（22）连接，电磁换向阀（22）和液压换向阀（21）的控制油口连接，蓄能器（20）还通过液压换向阀（21）连接到A腔三位三通流量阀（24），第二定量泵（28）的工作油口还连接有第二溢流阀（29），第二扭矩传感器（15）、第二位置传感器（16）安装在第二作动器（17）上，第二伺服电机驱动单元（26）、第二伺服电机（27）用于驱动第二定量泵（28）工作，第二作动器（17）通过联轴器与大惯量负载（14）刚性连接；自馈能单向阀组（9）通过管路和自馈能控制阀（31）的一油口连接，自馈能控制阀（31）的另一油口和A腔三位三通流量阀（24）连接，第二溢流阀（29）的控制油口和自馈能单向阀组（9）的另一油口连接；协同驱动控制系统包括传感器信号处理装置、伺服电机转速控制器（32）、流量伺服控制器（33）、位置反馈信号微分器（34）及压力伺服控制器（35）；无源主动制动控制系统包括传感器信号处理装置、排量控制器（36）、排量指令规划器（37）、速度伺服控制器（38）、制动力矩控制器（39）及位置反馈信号微分器（40）；在驱动工况，容积泵控闭式子系统的第一作动器（11）工作在马达模式，伺服电机转速控制器（32）根据给定的负载速度参考指令和位置传感器（12）、位置反馈信号微分器（34）生成的实际的速度指令信号控制第一伺服电机（2）的转速，从而使容积泵控闭式子系统第一作动器（11）输出的速度与给定的负载速度保持一致，流量伺服控制器（33）根据给定的负载位置参考指令和第二位置传感器生成的第二作动器（17）实际的位置指令信号控制A腔三位三通流量阀（24）的阀芯位移，实现对进出口独立调节子系统第二作动器（17）A腔流量的控制，压力伺服控制器（35）根据两个子系统作动器输出的扭矩差控制B腔三位三通流量阀（23）的阀芯位移，实现对进出口独立调节子系统第二作动器（17）B腔压力的控制，从而使两个子系统作动器输出的扭矩差为零，防止两个子系统因驱动不一致，而产生干涉，控制两个子系统使其两个作动器输出功率保持一致即可做到对大惯量负载的协同驱动；在制动工况，容积泵控闭式子系统的第一作动器（11）工作在泵模式，机能选择阀（7）切换至右位机能，第一定量泵（3）工作在短路卸荷状态，自馈能控制阀（31）处于接通状态，进出口独立调节子系统的第二定量泵（28）处于卸荷状态，由于惯性作用，容积泵控闭式子系统将负载制动能量转换成液压能供给进出口独立调节子系统用于刹车制动，大惯量负载（14）驱动容积泵控闭式子系统的第一作动器（11）从油箱（6）吸油，将负载制动能量转换成液压能供给进出口独立调节子系统使用，负载制动能量转化成的液压能流经补油单向阀组（8）、自馈能单向阀组（9）、A腔三位三通流量阀（24）流入第二作动器（17）的A腔，B腔的压力油经过B腔三位三通流量阀（23）流回油箱，排量指令规划器（37）对给定的刹车轨迹进行运算生成容积泵控闭式子系统第一作动器（11）的排量参考指令，排量控制器（36）根据排量指令规划器（37）生成的排量参考指令和排量传感器（41）生成的第一作动器实际排量反馈信号控制第一作动器（11）的排量，速度伺服控制器（38）根据给定的刹车速度指令和第二位置传感器（16）、位置反馈信号微分器（40）计算生成的第二作动器实际的刹车速度指令信号控制A腔三位三通流量阀（24）的阀芯位移，实现对进出口独立调节子系统作动器A腔流量的控制，从而实现对实际刹车速度的控制，制动力矩控制器（39）根据给定的刹车制动力矩指令和第二扭矩传感器（15）计算生成的第二作动器实际的制动力矩信号控制B腔三位三通流量阀（23）的阀芯位移，实现对进出口独立调节子系统作动器B腔压力的控制，从而实现对实际刹车制动力矩的控制，协调两个子系统的功能将制动能转换液压能并实现对液压能的主动控制，从而实现基于负载制动能量的自馈能无源主动刹车制动，同时多余的液压能可以流入蓄能器加以储存。