CN108679018B - 一种回转式电液驱动器及控制方法 - Google Patents

一种回转式电液驱动器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种回转式电液驱动器及控制方法，属于流体传动与控制技术领域。包括伺服电机、设于伺服电机输出轴上的双向变量液压泵、双向液压马达、信号采集单元和控制单元，双向液压马达的两油路端分别与双向变量液压泵的第一接口和第二接口连接，控制单元接收信号采集单元反馈的信号，并分别与伺服电机、双向变量液压泵连接构成两个独立的控制闭环，实现了双向液压马达的二级控制；本发明提供的回转式电液驱动器及控制方法，通过伺服电机驱动双向变量液压泵实现双向液压马达的旋转输出，体积小，功耗低，且通过控制单元的两个独立控制闭环实现双向液压马达的二级调节，增加双向液压马达的输出范围的同时不显著的增加成本。

Description

一种回转式电液驱动器及控制方法
技术领域
本发明属流体传动与控制技术领域，更具体地说，是涉及一种回转式电液驱动器及控制方法。
背景技术
起重机的卷扬机构是起重机最重要的执行机构之一，为了适应各种工况，如低速重载、高速轻载，以及精细吊装的要求，要求卷扬机构具有良好的操作性能及微动性。
现有的卷扬机构主要有电机驱动和电液驱动两种，其中电机驱动通过驱动电机与减速机等关键部件构成，重载工况时，驱动电机和减速机的输出扭矩大，此时驱动***体积大，成本高昂，且控制复杂，无法实现多个回转***的组合控制。
传动电液驱动***中，电机驱动液压泵提供恒定的流量，压力流量比例阀调节液压马达各阶段所需压力及流量，此时必然会有一部分高压油排回油箱，而此部分未利用的高压油会产生相当大的功率耗费，尤其是当卷扬机构低速重载运行时，驱动***功耗显著提高，且为满足低速重载的工况，需要采用大规格的电机和液压泵，成本高昂。
发明内容
本发明提供了一种回转式电液驱动器及控制方法，旨在解决现有技术中回转驱动器体积大/功耗大、成本高的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种回转式电液驱动器，包括
伺服电机；
双向变量液压泵，所述双向变量液压泵设置在所述伺服电机的输出轴上；
双向液压马达，用于在所述双向变量液压泵驱动下产生回转运动，所述双向液压马达的两油路端分别与所述双向变量液压泵的第一接口和第二接口连通；
信号采集单元，包括用于采集所述双向液压马达两油路端的压力值的压力传感器和用于采集所述双向液压马达输出位移的位移传感器；
控制单元，用于调节所述双向变量液压泵的排量和所述伺服电机的转速，所述控制单元的信号输入端与所述压力传感器和所述位移传感器的输出端连接，所述控制单元的信号输出端分别与所述伺服电机和所述双向变量液压泵连接，构成两个独立的控制闭环。
进一步地，还包括补油装置和用于改变所述补油装置接入回路位置的电磁换向阀。
进一步地，所述电磁换向阀为二位三通电磁换向阀，所述二位三通电磁换向阀的两个出口分别连接所述双向变量液压泵的第一接口和第二接口。
进一步地，所述补油装置为蓄能器，所述蓄能器与所述电磁换向阀之间设有滤油器。
进一步地，所述位移传感器为角位移传感器，所述角位移传感器设置在所述双向液压马达的输出轴端。
进一步地，所述控制单元包括与控制器和与所述控制器远程通讯的上位机，所述控制器分别与所述伺服电机和所述双向变量液压泵电连接。
进一步地，所述双向液压马达为双向变量液压马达。
本发明提供的回转式电液驱动器有益效果在于，通过伺服电机驱动双向变量液压泵实现双向液压马达的旋转输出，信号采集单元实时将双向液压马达的位移输出及入口压力反馈至控制单元，控制单元获取信号采集单元反馈的位移及压力信号，根据实际位移与目标位移、实际压力与目标压力之间的差值，调节伺服电机的输出转速和双向变量液压泵的排量；该方案结构组成简单，体积小，便于进行集成；双向液压马达的两油路端分别与双向变量液压泵的第一接口和第二接口连接，双向变量液压泵提供的高压油全部应用于双向液压马达的驱动，不存在高压液压油的浪费，故不存在无效功耗；同时，控制单元输入端接收信号采集单元反馈的压力信号和位移信号，控制单元的输出端分别与伺服电机和双向变量液压泵连接构成两个独立的控制闭环，则控制单元可以同时控制伺服电机和双向变量液压泵实现双向液压马达的快速调节，也可以分别单独控制伺服电机和双向变量液压泵，实现双向液压马达的慢速调节，满足卷扬***应用中的高速轻载和低速重载调节，且在伺服电机的控制机构失调或双向变量液压泵的调节结构失调时，***仍可使用，提高了***的可靠性。本发明提供的回转式电液驱动器，通过伺服电机驱动双向变量液压泵实现双向液压马达的旋转输出，体积小，功耗低，且通过控制单元的两个独立控制闭环实现双向液压马达的二级调节，增加双向液压马达的输出范围的同时不显著的增加成本。
本发明还提供了一种基于上述回转式电器驱动器的控制方法，包括如下步骤，
步骤一：将所述双向变量液压泵排量设置为最大值；
步骤二：获取所述双向液压马达的输出端的位移值与油路端的压力值；
步骤三：获取实际压力与目标压力的压力差值、实际位移与目标位移的位移差值；
步骤四：判断所述压力差值或所述位置差值的绝对值是否大于第一设定偏差；
若是，则同时调节所述双向变量液压泵的排量和所述伺服电机的转速，跳转至步骤二；
若否，则判断所述压力差值与所述位置差值的绝对值是否均小于第二设定偏差；
若是，则保持所述双向变量液压泵的排量和所述伺服电机的转速不变，跳转至步骤二；
若否，则调节所述双向变量液压泵的排量或所述伺服电机的转速中任一项，跳转至步骤二。
进一步地，将所述双向变量液压泵设置为最大值后，控制所述电磁换向阀，使所述补油装置与所述双向变量液压泵的吸油口连通。
本发明提供的回转式电液驱动器控制方法的有益效果在于，通过双向液压马达和伺服电机，实现了双向液压马达的二级调节，满足卷扬***应用中的高速轻载和低速重载调节，且不显著增加成本；伺服电机的控制机构失调或双向变量液压泵的调节结构失调时，***仍可使用，提高了***的可靠性。本发明提供的回转式电液驱动器控制方法，实现了双向液压马达的二级调节，调节范围大，控制效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的回转式电液驱动器的组成原理图；
图2为本发明实施例提供的回转式电液驱动器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的回转式电液驱动器控制方法步骤图。
其中，各附图标记：
1、角位移传感器，2、双向变量液压马达，3、压力传感器，4、二位三通电磁换向阀，5、滤油器，6、蓄能器，7、双向变量液压泵，8、伺服电机；9、控制器；10、上位机；11、集成阀块。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，现对本发明提供的回转式电液驱动器进行说明。包括伺服电机8、设置在伺服电机8的输出轴上的双向变量液压泵7、用于在双向变量液压泵7驱动下产生回转运动的双向液压马达2，双向液压马达2的两油路端分别与双向变量液压泵7的第一接口和第二接口连接；还包括信号采集单元和用于调节双向变量液压泵7的排量和伺服电机8的转速的控制单元，信号采集单元包括用于采集双向液压马达2两油路端的压力值的压力传感器3和用于采集双向液压马达2输出位移的位移传感器；控制单元的信号输入端与压力传感器3和位移传感器的输出端连接，控制单元的信号输出端分别与伺服电机8和双向变量液压泵5连接构成两个独立的控制闭环。
进一步地，双向液压马达2的第一油路端与双向变量液压泵7的第一接口连接，双向液压马达2的第二油路端与双向变量液压泵7的第二接口连接，双向变量液压泵7正向旋转时，双向变量液压泵7的第一接口为吸油口，此时双向液压马达2反向旋转，双向变量液压泵7第一接口吸入的液压油即为双向液压马达2第一油路端泄出的液压油；反之，双向变量液压泵7反向旋转时，双向液压马达2正向旋转，双向变量液压泵7第二接口的吸入的液压油即为双向液压马达2第二油路端泄出的液压油。
进一步地，压力传感器3有两个，两个压力传感器3分别位于双向液压马达2的第一油路端与双向变量液压泵7的第一接口中间，以及双向液压马达2的第二油路端与双向变量液压泵7的第二接口中间，两个压力传感器3的压力值均反馈至控制单元，用于实现双向液压马达2两油路端的油压闭环控制，进而是吸纳双向液压马达2的扭矩控制。
进一步地，控制单元与压力传感器3、位移传感器4及伺服电机8构成第一闭环控制回路，控制单元与压力传感器3、位移传感器4及双向变量液压泵7构成第二闭环控制回路，两回路可独立控制。
本发明提供的回转式电液驱动器有益效果在于，通过伺服电机驱动双向变量液压泵实现双向液压马达的旋转输出，信号采集单元实时将双向液压马达的位移输出及入口压力反馈至控制单元，控制单元获取信号采集单元反馈的位移及压力信号，根据实际位移与目标位移、实际压力与目标压力之间的差值，调节伺服电机的输出转速和双向变量液压泵的排量；该方案结构组成简单，体积小，便于进行集成；双向液压马达的两油路端分别与双向变量液压泵的第一接口和第二接口连接，双向变量液压泵提供的高压油全部应用于双向液压马达的驱动，不存在高压液压油的浪费，故不存在无效功耗；同时，控制单元输入端接收信号采集单元反馈的压力信号和位移信号，控制单元的输出端分别与伺服电机和双向变量液压泵连接构成两个独立的控制闭环，则控制单元可以同时控制伺服电机和双向变量液压泵实现双向液压马达的快速调节，也可以分别单独控制伺服电机和双向变量液压泵，实现双向液压马达的慢速调节，满足卷扬***应用中的高速轻载和低速重载调节，且在伺服电机的控制机构失调或双向变量液压泵的调节结构失调时，***仍可使用，提高了***的可靠性。本发明提供的回转式电液驱动器，通过伺服电机驱动双向变量液压泵实现双向液压马达的旋转输出，体积小，功耗低，且通过控制单元的两个独立控制闭环实现双向液压马达的二级调节，增加双向液压马达的输出范围的同时不显著的增加成本。
进一步地，请参阅图1和图2，作为本发明提供的回转式电液驱动器的一种具体实施方式，还包括补油装置和用于改变所油装置接入回路位置的电磁换向阀。首先当密闭油路因泄露或挥发而油量减少时，补油装置补充液压油，同时，通过设置电磁换向阀调整补油装置接入回路位置，保障补油装置的输出端始终与双向变量液压泵7的吸油端供油，改善了双向变量液压泵7的自吸性，极大的缓冲了由于双向变量液压泵7的排量过高或伺服电机8的转速过快，导致的流量过高，油路中压力波动较大的情况。
进一步地，请参阅图1和图2，作为本发明提供的回转式电液驱动器的一种具体实施方式，电磁换向阀为二位三通电磁换向阀4，二位三通电磁换向阀4的两个出口分别连接双向变量液压泵7的第一接口和第二接口。双向液压马达2的第一油路端与双向变量液压泵7的第一接口连接，双向液压马达的第二油路端与双向变量液压泵7的第二接口连接，双向变量液压泵7正转时，第一接口为吸油口，第二接口为出油口，双向液压马达反转，此时二位三通电磁换向阀4得电，补油装置的输出端与双向变量液压泵7的第一接口和双向液压马达的第一油路端连通，向双向变量液压泵7的第一接口，即此刻的吸油口供油，反之，双向变量液压泵7反转时，第一接口为出油口，第二接口为吸油口，此时二位三通电磁换向阀4失电，补油装置的输出端与此时的吸油口，即双向变量液压泵7的第二接口连通，向回路供油。
进一步地，请参阅图1和图2，作为本发明提供的回转式电液驱动器的一种具体实施方式，补油装置为蓄能器6，蓄能器6与电磁换向阀4之间设有滤油器5。蓄能器6内部设有一定的压力，蓄能器6内部压力小于本***运行时油路的最大压力，大于***不工作时的油路压力，故此时蓄能器6可以向油路中供油，且蓄能器6为低压侧提供一定的背压，提高了***运行稳定性。可选地，可以将二位三通电磁换向阀4和滤油器5安装在集成阀块11上，可满足一些高精尖场合体积小的要求。
进一步地，请参阅图1和图2，作为本发明提供的回转式电液驱动器的一种具体实施方式，位移传感器为角位移传感器1，角位移传感器1设置在双向液压马达2的输出轴端。角位移传感器1的信号输出端接入控制单元，用于反馈双向液压马达2的输出轴位置，实现液压马达输出速度的闭环控制。
进一步地，请参阅图1和图2，作为本发明提供的回转式电液驱动器的一种具体实施方式，控制单元包括控制器9和与控制器远程通讯的上位机10，控制器9分别与伺服电机8和双向变量液压泵7电连接。控制器9即可直接调节伺服电机8的转速和双向变量液压泵7的排量，也可以接收上位机10的给定信号，实现远程控制。
进一步地，请参阅图1和图2，作为本发明提供的回转式电液驱动器的一种具体实施方式，双向液压马达2为双向变量液压马达。则可以通过设置双向变量液压马达7的排量，实现较大的变速比，进一步扩大***的适用范围。
请参阅图3，现对本发明提供的回转式电液驱动器控制方法进行说明。包括如下步骤：
S101，将双向变量液压泵7的排量设置为最大值；
S103，获取双向液压马达2的输出端的位移值与油路端的压力值；
S104，获取实际压力与目标压力的压力差值、实际位移与目标位移的位移差值；
S105，判断所述压力差值或所述位置差值的绝对值是否大于第一设定偏差；
S106，若是，则同时调节双向变量液压泵7的排量和伺服电机8的转速，跳转至步骤二,即S103；
S107，若否，则判断压力差值与位置差值的绝对值是否均小于第二设定偏差；
S108，若是，则保持双向变量液压泵7的排量和伺服电机8的转速不变，跳转至步骤二,即S103；
S109，若否，则调节双向变量液压泵7的排量或伺服电机8的转速中任一项，跳转至步骤二,即S103。
进一步地，伺服电机8正转时，双向变量液压泵7正转，双向液压马达2反转，反之，伺服电机8反转时，双向变量液压泵7反转，双向液压马达2正转，***由控制器9和上位机10实现自动控制，初始状态根据双向液压马达2的目标转向，控制单元驱动伺服电机8正转货反转，将双向变量液压泵7的排量设置为最大值，可实现***的快速启动。
进一步地，第一设定偏差包括压力差值和位移差值两个数据，且第一设定偏差大于第二设定偏差。
进一步地，双向变量液压泵7设于伺服电机8的输出轴上，伺服电机8驱动双向变量液压泵7旋转，若伺服电机8的控制机构失调，此时伺服电机8仅能按照固定的速度旋转，则***可仅依靠双向变量液压泵7排量的变化实现双向液压马达2的转速和扭矩调整，同时，双向变量液压泵7的变量机构故障时，***可仅依靠伺服电机8的实现双向液压马达2的转速和扭矩调整。
本发明提供的回转式电液驱动器控制方法的有益效果在于，通过双向液压马达和伺服电机，实现了双向液压马达的二级调节，满足卷扬***应用中的高速轻载和低速重载调节，且不显著增加成本；伺服电机的控制机构失调或双向变量液压泵的调节结构失调时，***仍可使用，提高了***的可靠性。本发明提供的回转式电液驱动器控制方法，实现了双向液压马达的二级调节，调节范围大，控制效果好。
进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的回转式电液驱动器控制方法的一种具体实施方式，将双向变量液压泵7设置为最大值后，控制电磁换向阀，使补油装置与双向变量液压泵7的吸油口连通。应理解的是，双向变量液压泵7有两个接口，分别为第一接口和第二接口，第一接口和第二接口分别为吸油口和出油口，转向变化时，吸油口和出油口相互转换。本步骤使得供油装置始终向双向变量液压泵7的吸收油端供油，改善了双向变量液压泵的自吸性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种回转式电液驱动器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将双向变量液压泵排量设置为最大值；
步骤二：获取双向液压马达的输出端的位移值与油路端的压力值；
步骤三：获取实际压力与目标压力的压力差值、实际位移与目标位移的位移差值；
步骤四：判断所述压力差值或所述位移差值的绝对值是否大于第一设定偏差；
若是，则同时调节所述双向变量液压泵的排量和伺服电机的转速，跳转至步骤二；
若否，则判断所述压力差值与所述位移差值的绝对值是否均小于第二设定偏差；
若是，则保持所述双向变量液压泵的排量和伺服电机的转速不变，跳转至步骤二；
若否，则调节所述双向变量液压泵的排量或伺服电机的转速中任一项，跳转至步骤二。
2.如权利要求1所述的回转式电液驱动器控制方法，其特征在于，将所述双向变量液压泵排量设置为最大值后，控制电磁换向阀，使补油装置与所述双向变量液压泵的吸油口连通。
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