CN108374809B - 一种伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用伺服控制的液压同步回路纠偏规律建立方法，利用伺服阀控制的液压同步回路纠偏规律建立方法为传动偏差Δxp与随动阀阀芯位移xv准确的传递函数，本发明采用齿轮齿条组件及随动阀组件对液压缸进行反馈，并同步抵消液压缸的行程误差，实现液压缸了的反向同步作用，同步的精度较高，适用于要求同步精度高的反向同步液压回路。

Description

一种伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法
技术领域
本发明涉及液压***同步控制技术领域，具体的说是一种伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法。
背景技术
在液压***中，常常会遇到两个液压执行元件以相同(或相反)的位移或相同(或相反)的速度进行工作时候，就需要用到同步回路，目前，液压***中实现两个液压缸的同步回路的措施主要有机械强制同步和液压同步两种：机械强制同步最大的优点是同步可靠，但是其缺点就是两个同步运行的液压缸会受到另一个液压缸的影响，工作时会产生较大的机械作用力，给液压缸带来拉伤之类的故障；
液压同步主要是利用液压控制来实现两液压缸之间的速度同步，从而达到位置同步的目的，但采用液压控制同步回路会出现液压缸泄露、制造误差和堵塞不均等问题，使得同步精度不高，同步作用不理想。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：
一种伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法，所述液压同步回路包括液压动力组件、一号液压缸、二号液压缸、齿轮齿条组件与随动阀组件，液压动力组件为一号液压缸、二号液压缸、随动阀组件的工作提供动力，齿轮齿条组件包括一号齿条与二号齿条，一号齿条与二号齿条反向上下设置，一号齿条与一号液压缸的负载端相连接，二号齿条与二号液压缸的负载端相连接，一号齿条与二号齿条之间设有齿轮，随动阀组件包括双向分流随动阀与连杆，双向分流随动阀包括阀块与随动阀芯，随动阀芯在阀块内滑动连接，连杆的中部通过铰接的方式安装在支座上，连杆的一端与齿轮转动连接，连杆的另一端通过铰接的方式与随动阀芯相连接，阀块上设有进油口、一号出油口与二号出油口，一号出油口与一号液压缸相连接，二号出油口与二号液压缸相连接，进油口与液压动力组件相连接，纠偏规律建立的具体方法为：
(1)根据一号液压缸与二号液压缸的流量建立双向分流随动阀的流量方程，得出负载流量的一种表达形式；
(2)对负载流量的表达式进行线性化；
(3)建立一号液压缸与二号液压缸的流量连续性方程，得出负载流量的另一种表达形式；
(4)建立液压缸和负载的力平衡方程；
(5)将负载流量的两种表达形式与液压缸和负载的力平衡方程进行拉式变换，得出传动偏差的输入量表达式；
(6)对传动偏差的输入量表达式进行简化，得出传动偏差对随动阀芯位移的准确传递函数。
控制量为随动阀芯位移，被控制量为传动偏差，当一号液压缸与二号液压缸的位移大小不同时，通过齿轮齿条组件对随动阀芯产生偏差位移，通过随动阀芯的位移来改变一号出油口与二号出油口的阀口节流面积，进而改变进入一号液压缸与二号液压缸的流量，最终使得两个液压缸的位移大小相同。
液压动力组件包括油箱、过滤器、定量泵、电动机、溢流阀与手动换向阀，电动机的输出端与定量泵相连接，为定量泵的工作提供动力，油箱、过滤器、定量泵、溢流阀、手动换向阀依次通过油管相连接。
本发明的有益效果是：
本发明采用齿轮齿条组件对液压缸进行反馈，并同步抵消液压缸的行程误差，实现液压缸了的反向同步作用，同步的精度较高，适用于要求同步精度高的反向同步液压回路。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的控制***框图。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
一种伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法，其具体步骤为：
(1)建立双向分流随动阀的流量方程
qL＝q1+q2 (1)
式(1)(2)(3)(4)中，qL：负载流量；q1：进入液压缸1的流量；q2：进入液压缸2的流量；Cd：流量系数；A1：节流口1的通流面积；A2：节流口2的通流面积；ρ：液压油的密度；ps：供油压力；p1：一号液压缸的压力；p2二号液压缸的压力。
(2)对式(4)线性化
qL＝Kqxv-KcpL (5)
式(5)中，Kq：定义称为流量增益系数，Kc：定义称为流量—压力系数；xv：随动阀阀芯位移；pL：负载压力。
(3)建立液压缸流量连续性方程
qL＝q1+q2；Δxp＝xp1-xp2；Vt＝V1+V2 (8)
整理后得
式(6)(7)(8)(9)(10)中，Ap：液压缸活塞杆无杆腔有效面积；xp1：一号液压缸活塞杆的位移；V1：一号液压缸进油腔的容积；Cip：液压缸内泄漏系数；V1：一号液压缸进油腔的容积(包括阀、连接管道和进油腔)；βe：有效体积弹性模量(包括油液、连接管道和缸体的机械柔度)；xp2：二号液压缸活塞杆的位移；V2：二号液压缸进油腔的容积；Δxp：传动偏差；Vt：总压缩容积。
(4)建立液压缸和负载的力平衡方程
液压动力元件的动态特性受负载特性的影响。负载力一般包括惯性力，粘性阻尼力，弹性力和任意外负载力。
液压缸的输出力与负载力的平衡方程为
式(7)中mt：活塞及负载折算到活塞上的总质量；Bp：活塞及负载的粘性阻尼系数；K：负载弹簧刚度；FL：作用在活塞上的任意外负载力。
(5)对方程(5)(10)(11)进行拉氏变换
QL＝KqXv-KcPL (12)
ApPL＝mts2ΔXp+BpsΔXp+KΔXp+FL (14)
(6)联立方程(12)(13)(14)消去中间变量QL和PL得到公式(15)
(7)传递函数简化
伺服***的负载在很多情况下是以惯性负载为主，而没有弹性负载或弹性负载很小可以忽略。另外，由液压缸内泄漏系数Cip以及粘性阻尼系数Bp所产生的速度比活塞的运动速度sΔXp小的多，因此上式可以忽略不计。
在K＝0，上式忽略不计的情况下，式(15)可简化为
或
式中ωh—液压固有频率
ζh—液压阻尼比
对输入指令Xv的传递函数为
对干扰输入FL的传递函数为
工作原理是：
供油支路通过电动机4带动液压泵3将油箱1中的液压油供给手动换向阀6，压动手动换向阀6的手柄，使手动换向阀6的左端工位接入回路，液压油通过手动换向阀6进入双向分流随动阀13的腔体内，此时双向分流随动阀13的阀芯16处于腔体的中间位置，即一号出油口14和二号出油口15阀口截面面积相等，通过一号出油口14和二号出油口15流进一号液压缸8和二号液压缸7的流量相等，由于两个液压缸的规格相同，故此时两个液压缸的运动速度大小相等，方向相反，与两个液压缸相联接的一号齿条9和二号齿条11的运动速度大小相等，方向相反，带动齿轮10运动，由于此时两个齿条的运动速度大小相等，反向相反，故齿轮10的轴心没有发生位移。
当一号液压缸8的速度大于二号液压缸7的速度时，一号齿条带动齿轮10的轴心向左发生位移，通过连杆12的作用，使随动阀芯16向右移动，减小了一号出油口14的阀口截面面积，增大了二号出油口15的阀口截面面积，使得进入一号液压缸8的流量减小，一号液压缸8的速度减小，进入二号液压缸7的流量增大，二号液压缸7的速度增大，直至两个液压缸的速度大小相等为止。
同理，当一号液压缸8的速度小于二号液压缸7的速度时，二号齿条11带动齿轮10的轴心向右发生位移，通过连杆12的作用，使随动阀芯16向左移动，增大了一号出油口14的阀口截面面积，减小了二号出油口15的阀口截面面积，使得进入一号液压缸8的流量增大，一号液压缸8的速度增大，进入二号液压缸7的流量减小，二号液压缸7的速度减小，直至两个液压缸的速度大小相等为止。
如图1所示，一号液压缸8的位移为xp1，方向向左，二号液压缸7的位移为xp2，方向向右，当xp1>xp2时，齿轮10的轴心就会向左发生位移，根据机械原理可求得传动偏差Δxp：
Δxp＝xp1-xp2 (23)
再根据双向分流随动阀的流量方程，液压缸流量连续性方程，液压缸和负载的力平衡方程，以及拉氏变换后的随动阀流量方程，液压缸流量连续性方程以及液压缸和负载的力平衡方程，从而得到传动偏差Δxp与与随动阀芯位移xv的准确传递函数。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法，其特征在于：所述液压同步回路包括液压动力组件、一号液压缸、二号液压缸、齿轮齿条组件与随动阀组件，液压动力组件为一号液压缸、二号液压缸、随动阀组件的工作提供动力，齿轮齿条组件包括一号齿条与二号齿条，一号齿条与二号齿条反向上下设置，一号齿条与一号液压缸的负载端相连接，二号齿条与二号液压缸的负载端相连接，一号齿条与二号齿条之间设有齿轮，随动阀组件包括双向分流随动阀与连杆，双向分流随动阀包括阀块与随动阀芯，随动阀芯在阀块内滑动连接，连杆的中部通过铰接的方式安装在支座上，连杆的一端与齿轮转动连接，连杆的另一端通过铰接的方式与随动阀芯相连接，阀块上设有进油口、一号出油口与二号出油口，一号出油口与一号液压缸相连接，二号出油口与二号液压缸相连接，进油口与液压动力组件相连接，纠偏规律建立的具体方法为：
(1)根据一号液压缸与二号液压缸的流量建立双向分流随动阀的流量方程，得出负载流量的一种表达形式；
(2)对负载流量的表达式进行线性化；
(3)建立一号液压缸与二号液压缸的流量连续性方程，得出负载流量的另一种表达形式；
(4)建立液压缸和负载的力平衡方程；
(5)将负载流量的两种表达形式与液压缸和负载的力平衡方程进行拉式变换，得出传动偏差的输入量表达式；
(6)对传动偏差的输入量表达式进行简化，得出传动偏差对随动阀芯位移的准确传递函数。
2.根据权利要求1所述的伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法，其特征在于：所述方法的控制量为随动阀芯位移Xv，被控制量为传动偏差ΔXp，当一号液压缸与二号液压缸的位移大小不同时，通过齿轮齿条组件对随动阀芯产生偏差位移，通过随动阀芯的位移来改变一号出油口与二号出油口的阀口节流面积，进而改变进入一号液压缸与二号液压缸的流量，最终使得两个液压缸的位移大小相同。
3.根据权利要求1所述的伺服控制的液压同步回路纠偏规律的建立方法，其特征在于：所述液压动力组件包括油箱、过滤器、定量泵、电动机、溢流阀与手动换向阀，电动机的输出端与定量泵相连接，为定量泵的工作提供动力，油箱、过滤器、定量泵、溢流阀与手动换向阀依次通过油管相连接。
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