一种基于液压驱动的负载接触力控制装置及方法

摘要

本发明涉及一种基于液压驱动的负载接触力控制装置及方法，属于液压驱动控制技术领域，解决了现有负载接触力跟踪迟滞的问题。装置包括：电机、双向齿轮泵、比例阀、节流阀、负载油缸、控制器，其中：电机用于驱动双向齿轮泵的转动，齿轮泵的进油口连接到油源，齿轮泵的出油口连接到比例阀的进油口，比例阀的出油口、节流阀的出油口连接到负载油缸的进油口，节流阀的进油口连接到油源；控制器，用于根据负载油缸的负载接触力得到比例阀开口度结果和电机转速结果，得到的比例阀开口度结果用于控制比例阀的开口度，得到的电机转速结果用于控制电机的转速。实现了负载接触力的快速跟踪。

权利要求

1.一种基于液压驱动的负载接触力控制装置，其特征在于，所述装置包括：电机、双向齿轮泵、比例阀、节流阀、负载油缸、控制器，其中：所述电机用于驱动所述双向齿轮泵的转动，所述齿轮泵的进油口连接到油源，所述齿轮泵的出油口连接到所述比例阀的进油口，所述比例阀的出油口、所述节流阀的出油口连接到所述负载油缸的进油口，所述节流阀的进油口连接到油源；

所述控制器，用于根据负载油缸的负载接触力得到比例阀开口度结果和电机转速结果，所述得到的比例阀开口度结果用于控制所述比例阀的开口度，所述得到的电机转速结果用于控制所述电机的转速；

当所述负载油缸的负载接触力为F时，所述控制器利用公式(1)得到所述比例阀开口度结果a：其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，PS为所述齿轮泵出油口压力。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述负载油缸的负载接触力为F时，所述控制器利用公式(2)得到所述电机转速n：其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，q为所述齿轮泵排量；η为所述齿轮泵效率。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括位置传感器，用于测量所述负载油缸的液面位置；

所述负载油缸运动速度V，通过连续两次的位置传感器测量结果差分得到。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括压力传感器，安装于所述双向齿轮泵出油口处，用于测量得到所述齿轮泵出油口压力PS。

5.一种基于液压驱动的负载接触力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：控制节流阀处于一定开口度，使得液压油经节流阀输入至负载油缸；

根据负载油缸的负载接触力得到电机转速结果、比例阀开口度结果；

利用所述电机转速结果，调节电机的转速，驱动双向齿轮泵的转动；

利用所述比例阀开口度结果，调节比例阀的开口度；

所述根据负载油缸的负载接触力F得到比例阀开口度结果a，具体执行以下操作：其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，PS为所述齿轮泵出油口压力。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据负载油缸的负载接触力F得到电机转速结果n，具体执行以下操作：其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，q为所述齿轮泵排量；η为所述齿轮泵效率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述负载油缸运动速度V，通过连续两次的位置传感器测量结果差分得到。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述齿轮泵出油口压力PS，通过安装于所述双向齿轮泵出油口处的压力传感器测量得到。

说明书

一种基于液压驱动的负载接触力控制装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及液压驱动控制技术领域，尤其涉及一种基于液压驱动的负载接触力控制装置及方法。

背景技术

[0002] 负载接触力控制一般采用反馈控制的思路来进行精确的负载接触力控制，但反馈控制的缺点是需要误差的存在才能得到控制信号的输入，所以控制输出理论上必然滞后于接触力给定。

发明内容

[0003] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于液压驱动系统模型的负载接触力控制装置及方法，用以解决现有负载接触力跟踪迟滞的问题。

[0004] 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

[0005] 在本发明的一个实施例中，提供了一种基于液压驱动的负载接触力控制装置，所述装置包括：电机、双向齿轮泵、比例阀、节流阀、负载油缸、控制器，其中：

[0006] 所述电机用于驱动所述双向齿轮泵的转动，所述齿轮泵的进油口连接到油源，所述齿轮泵的出油口连接到所述比例阀的进油口，所述比例阀的出油口、所述节流阀的出油口连接到所述负载油缸的进油口，所述节流阀的进油口连接到油源；

[0007] 所述控制器，用于根据负载油缸的负载接触力得到比例阀开口度结果和电机转速结果，所述得到的比例阀开口度结果用于控制所述比例阀的开口度，所述得到的电机转速结果用于控制所述电机的转速。

[0008] 本发明有益效果如下：在本实施例提供的装置中，控制器根据负载油缸的负载接触力得到比例阀开口度结果和电机转速结果，并将比例阀开口度结果和电机转速结果分别作用于比例阀、电机，实现了前馈控制，解决了接触力跟踪迟滞的问题。

[0009] 在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

[0010] 进一步，当所述负载油缸的负载接触力为F时，所述控制器利用公式(1)得到所述比例阀开口度结果a：

[0011]

[0012] 其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，PS为所述齿轮泵出油口压力。

[0013] 进一步，当所述负载油缸的负载接触力为F时，所述控制器利用公式(2)得到所述电机转速n：

[0014]

[0015] 其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，q为所述齿轮泵排量；η为所述齿轮泵效率。

[0016] 进一步，所述装置还包括位置传感器，用于测量所述负载油缸的液面位置；

[0017] 所述负载油缸运动速度V，通过连续两次的位置传感器测量结果差分得到。

[0018] 进一步，所述装置还包括压力传感器，安装于所述双向齿轮泵出油口处，用于测量得到所述齿轮泵出油口压力PS。

[0019] 在本发明的另一实施例中，提供了一种基于液压驱动的负载接触力控制方法，包括以下步骤：

[0020] 控制节流阀处于一定开口度，使得液压油经节流阀输入至负载油缸；

[0021] 根据负载油缸的负载接触力得到电机转速结果、比例阀开口度结果；

[0022] 利用所述电机转速结果，调节电机的转速，驱动双向齿轮泵的转动；

[0023] 利用所述比例阀开口度结果，调节比例阀的开口度。

[0024] 本发明有益效果如下：在本发明提供的方法中，通过节流阀控制部分液压油输入至负载油缸，为负载油缸提供初始流量，减小负载油缸由静态到动态启动过程中的阻力。利用负载油缸的负载接触力得到电机转速结果、比例阀开口度结果，并将比例阀开口度结果和电机转速结果分别作用于比例阀、电机，实现了前馈控制，解决了接触力跟踪迟滞的问题。

[0025] 在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

[0026] 进一步，所述根据负载油缸的负载接触力F得到比例阀开口度结果a，具体执行以下操作：

[0027]

[0028] 其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，PS为所述齿轮泵出油口压力。

[0029] 进一步，所述根据负载油缸的负载接触力F得到电机转速结果n，具体执行以下操作：

[0030]

[0031] 其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，q为所述齿轮泵排量；η为所述齿轮泵效率。

[0032] 进一步，所述负载油缸运动速度V，通过连续两次的位置传感器测量结果差分得到。

[0033] 进一步，所述齿轮泵出油口压力PS，通过安装于所述双向齿轮泵出油口处的压力传感器测量得到。

[0034] 本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

[0035] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

[0036] 图1为本发明第一实施例提供的基于液压驱动的负载接触力控制装置示意图；

[0037] 图2为本发明第二实施例提供的基于液压驱动的负载接触力控制方法流程图；

[0038] 附图标记：

[0039] 1-电机；2-双向齿轮泵；3-比例阀；4-节流阀；5-负载油缸；6-控制器。

具体实施方式

[0040] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

[0041] 本发明的一个具体实施例，公开了一种基于液压驱动的负载接触力控制装置，如图1所示，所述装置包括：电机(1)、双向齿轮泵(2)、比例阀(3)、节流阀(4)、负载油缸(5)、控制器(6)，其中：

[0042] 所述电机用于驱动双向齿轮泵的转动，所述齿轮泵的进油口连接到油源，所述齿轮泵的出油口连接到所述比例阀的进油口，所述比例阀的出油口、所述节流阀的出油口连接到所述负载油缸的进油口，所述节流阀的进油口连接到油源；

[0043] 所述控制器，用于根据负载油缸的负载接触力得到比例阀开口度结果和电机转速结果，所述得到的比例阀开口度结果用于控制所述比例阀的开口度，所述得到的电机转速结果用于控制所述电机的转速。

[0044] 与现有技术相比，本实施例提供的装置，控制器根据负载油缸的负载接触力得到比例阀开口度结果和电机转速结果，并将比例阀开口度结果和电机转速结果分别作用于比例阀、电机，实现了前馈控制，解决了接触力跟踪迟滞的问题。

[0045] 优选地，当所述负载油缸的负载接触力为F时，所述控制器利用公式(1)得到所述比例阀开口度结果a：

[0046]

[0047] 其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述比例阀、节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，PS为所述齿轮泵出油口压力。

[0048] 所述控制器的一个输出端与所述比例阀连接，用于调节比例阀的开口度。当a>0时，按照a的值调整比例阀的开口度；否则，比例阀的开口度为0。

[0049] 优选地，当所述负载油缸的负载接触力为F时，所述控制器利用公式(2)得到所述电机转速n：

[0050]

[0051] 其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述比例阀、节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，q为所述齿轮泵排量；η为所述齿轮泵效率。

[0052] 所述控制器的第一输出端与所述电机的输入端连接，用于调节电机转速；当n＞0时，电机带动齿轮泵正向转动，当n＜0时，电机带动齿轮泵反向转动。

[0053] 本发明的中的比例阀开口度结果和电机转速结果计算公式，是结合具体的装置结构及控制原理得到的，用于根据负载油缸的负载接触力，提前计算比例阀开口度、电机转速，达到提前控制的目的，解决了接触力跟踪迟滞的问题。

[0054] 优选地，所述装置还包括位置传感器，用于测量所述负载油缸的液面位置；所述负载油缸运动速度V，通过连续两次的位置传感器测量结果差分得到。

[0055] 优选地，所述装置还包括压力传感器，用于测量得到所述齿轮泵出油口压力PS。

[0056] 在本发明提供的计算公式中涉及的其余参数，在具体的实现过程中，均可通过现有的测量仪器及技术手段得到其参数具体的值，从而完成比例阀开口度结果、电机转速结果的计算，因此，本实施例对计算公式涉及的其余参数的采集过程不再赘述。

[0057] 在本发明提供的装置中，节流阀有其存在的必要性，若没有节流阀回路，仅有比例阀回路，初始状态时，负载油缸运动速度V为0、负载油缸泄漏流量Qyg为0、节流阀开口度b为0，所以按照本发明提供的计算公式得到的比例阀开口度结果和电机转速结果均为0，那么整个装置由静态到动态启动就非常费力，所以，在本发明提供的技术方案中，节流阀为整个装置提供了由静态到动态启动的初始流量，以便启动方便。

[0058] 在本发明的另一具体实施例中，公开了一种基于液压驱动的负载接触力控制方法，流程图如图2所示，包括以下步骤：

[0059] 步骤S1：控制节流阀处于一定开口度，使得液压油经节流阀输入至负载油缸；

[0060] 通过节流阀控制部分液压油输入至负载油缸，为负载油缸提供初始流量，减小负载油缸由静态到动态启动过程中的阻力。

[0061] 步骤S2：根据负载油缸的负载接触力，得到电机转速结果、比例阀开口度结果；

[0062] 优选地，所述根据负载油缸的负载接触力F得到比例阀开口度结果a，具体执行以下操作：

[0063]

[0064] 其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述比例阀、节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，PS为所述齿轮泵出油口压力。

[0065] 优选地，所述根据负载油缸的负载接触力F得到电机转速结果n，具体执行以下操作：

[0066]

[0067] 其中，m为负载块质量，A为所述负载油缸无杆腔面积，V为负载油缸运动速度，Qyg为负载油缸泄漏流量，Cd为所述比例阀、节流阀的流量系数，b为所述节流阀开口度，g为重力加速度，ρ为液压油液密度，q为所述齿轮泵排量；η为所述齿轮泵效率。

[0068] 其中，负载油缸运动速度V，通过连续两次的位置传感器测量结果差分得到；所述齿轮泵出油口压力PS，通过安装于所述双向齿轮泵出油口处的压力传感器测量得到。

[0069] 步骤S3：利用所述电机转速结果，调节电机的转速，驱动双向齿轮泵的转动；

[0070] 当n＞0时，电机带动齿轮泵正向转动，当n＜0时，电机带动齿轮泵反向转动。

[0071] 步骤S4：利用所述比例阀开口度结果，调节比例阀的开口度。

[0072] 当a>0时，按照a的值调整比例阀的开口度；否则，比例阀的开口度为0。

[0073] 利用负载油缸的负载接触力得到电机转速结果、比例阀开口度结果，并将比例阀开口度结果和电机转速结果分别作用于比例阀、电机，实现了前馈控制，解决了接触力跟踪迟滞的问题。

[0074] 上述方法实施例和装置实施例，基于相同的原理，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。

[0075] 本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

[0076] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。