CN109488654B - 一种电液执行器位移控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电液执行器位移控制方法，采用分段PID闭环控制方法间接地对电液执行器中液压缸输出轴的位移量进行控制，将由位移传感器采集到的液压缸内输出轴的位移量作为反馈量参与闭环控制，控制输出的执行量为伺服电机的转速与转向，并且利用温度补偿方法对电液执行器整体的温度漂移进行补偿；提高了控制方法的控制效率，提高了控制方法的控制精度，消除因温漂引起的误差，满足多载荷工况下电液执行器的控制精度。

Description

一种电液执行器位移控制方法

技术领域

本发明涉及电液控制装置的控制方法，具体涉及一种电液执行器位移控制方法。

背景技术

电液执行器是一种直驱式电液伺服***，也叫无阀伺服控制***，通过控制交流伺服电机的转速、转向来控制液压缸内输出轴的位移、速度和运动方向，从而实现大推力、高速度的运动控制。国内一些产品中控制算法多采用常规PID控制、模糊PID算法等，其所用位置传感器输出量基本都为模拟量；美国KOSO公司的REXA Xpac执行器，其高精度的实现是基于流量匹配***，用泵驱动液压缸，一旦到达指定位置，电机停止工作(就地锁位)。

目前，针对于使用工况种类多、对于宽温区(-20℃～+50℃)、宽负载范围(-45000N～+45000N)电液执行器***，无法满足控制精度要求，尤其是当电液执行器正常工作，环境温度在-20℃～+50℃范围变化时，对***本身产生一定的影响，从而影响电液执行器***精度；产品使用工况多，当负载在-45000N～+45000N范围内变化，空载及大负载情况下，对***影响差异较大，当执行器分别在空载和±45000N载荷情况下，***正常工作，在逼近目标位置时，根据PID算法，输出的电机转速是相同的，而在不同载荷下，齿轮泵效率不同，因此相同的电机转速能够实现的执行器运动速度是不同的，所以在***控制周期一定时，有可能会出现大负载时该转速不足以促使执行器运动，而空载时转速过大***出现超调振荡现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电液执行器位移控制方法，用以解决现有技术中的电液执行器位移控制方法控制效率不高，控制精度不高，温度适用范围不广等问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种电液执行器位移控制方法，用于根据现场控制主机的控制信号对电液执行器的执行量进行控制，所述的执行量包括电液执行器中伺服电机的转速以及转向，所述的控制方法按照以下步骤执行：

步骤1、初始化闭环控制参数，所述的闭环控制参数包括控制精度，单位为mm；设置响应要求参数，单位为mm；

步骤2、判断当前是否到达控制周期，若是，执行步骤3，否则执行步骤2，所述的控制周期为电液执行器控制***的时钟周期，单位为ms；

步骤3、采集控制信号以及反馈信号，所述的控制信号为由现场控制主机发送来的控制位移量，所述的反馈信号为所述电液执行器中执行机构的反馈位移量；

步骤4、计算所述的反馈位移量与所述控制位移量之间差值的绝对值，若差值的绝对值大于响应要求参数，则执行步骤5，否则返回步骤2；

步骤5、若所述差值的绝对值小于等于控制精度，则停止伺服电机；若所述差值的绝对值大于控制精度，则执行步骤6；

步骤6、若所述差值的绝对值大于阈值，执行步骤7，若所述差值的绝对值小于等于阈值，则执行步骤8；

步骤7、设置第一PID控制参数，所述的第一PID控制参数包括Kp、Ki以及Kd，执行步骤9；

步骤8、设置第二PID控制参数，所述的第二PID控制参数包括Kp'、Ki'以及Kd'，执行步骤9；

步骤9、根据所述的第一PID控制参数或第二PID控制参数，利用PID控制方法，获得控制量，所述的控制量为所述电液执行器中执行机构的位移量；

步骤10、将所述的控制量转换为执行量；

步骤11、根据所述的执行量控制所述的电液执行器的执行机构动作后，返回步骤2。

进一步地，在采集反馈信号时，利用温度补偿方法对所述的反馈位移量进行修正。

进一步地，所述的温度补偿方法采用式II获得在步骤3中采集反馈位移量时，电液执行器所处的温度值下，经过补偿后的反馈位移量P′_x，单位为mm，其中采用位移传感器采集反馈位移量：

其中，P_x为电液执行器所处温度下实际采集的位移量，单位为mm；

ΔL_l为当实际位移量为电液执行器零位置时，任意温度下采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，

其中L_Th为在电液执行器最高耐受工作温度下，执行器在零位置时，采集的位移量与常温下采集位移量之间的差值，单位为mm，L_Tl为在电液执行器最低耐受工作温度下，执行器在零位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm，T_h为电液执行器最高耐受工作温度，单位为℃，T_l为电液执行器最低耐受工作温度，单位为℃，T为步骤3中采集反馈位移量时，电液执行器所处的温度值，单位为℃，T_l≤T≤T_h；

ΔL_h为当实际位移量为电液执行器满量程位置时，任意温度下采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，

其中H_Th为在电液执行器最高耐受工作温度下，执行器在满量程位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm，H_Tl为在电液执行器最低耐受工作温度下，执行器在满量程位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm；

P_h为在常温下，执行器在满量程位置时实际采集的位移量，单位为mm，P_l为在常温下，执行器在零位置时实际采集的位移量，单位为mm。

进一步地，所述的步骤7中第一PID控制参数Kp＝1.01、K_i＝0.006以及K_d＝0.001；所述的步骤8中第二PID控制参数K′_p＝1、K′_i＝0.004以及K′_d＝0。

进一步地，所述的步骤9中根据所述的第一PID控制参数或第二PID控制参数，利用积分分离算法，获得控制量。

进一步地，所述电液执行器的执行机构为齿轮泵及液压缸内活塞输出轴，所述的步骤10中将所述的控制量转换为执行量时，所述的电机转速大于电机最小转速，所述的电机最小转速为：

其中，n_min为电机最小转速，单位为r/min，S为液压缸活塞作用面积，单位为mm²，Vmin为液压缸活塞运动最小速度，单位为mm/s，m为齿轮泵的齿轮模数，单位为mm，Z为齿轮泵的齿数，η_N为在最大载荷下齿轮泵的效率，B为齿轮泵的齿宽，单位为mm。

本发明与现有技术相比具有以下技术效果：

1、本发明提供的电液执行器位移控制方法中采用了分段PID控制方法以及积分分离的PID控制方法，提高了控制方法的控制效率，提高了控制方法的控制精度；

2、本发明提供的电液执行器位移控制方法中提供了温度补偿方法对电液执行器整体的温度漂移进行补偿，集中反应在位移传感器采集的反馈位移量的补偿，消除因温漂引起的控制误差；

3、本发明提供的电液执行器位移控制方法通过限定电机最小转速，满足多载荷工况下电液执行器的控制精度；

4、本发明提供的电液执行器位移控制方法经过试验验证，常温下***定位精度小于额定行程的±0.07％，优于国外产品±0.15％指标；线性度小于额定行程的±0.03％，优于国外产品±0.05％指标；重复精度小于额定行程的0.02％，优于国外产品0.10％指标。

附图说明

图1为本发明提供的电液执行器位移控制方法流程图；

图2为本发明的一个实施例中提供的电液执行器位移控制方法中温度补偿示意图；

图3为本发明的一个实施例中利用本发明提供的电液执行器位移控制方法在常温下定位精度曲线；

图4为本发明的一个实施例中利用本发明提供的电液执行器位移控制方法在高低温下定位精度曲线。

具体实施方式

现场控制主机：在工厂或操作现场用于发送控制信号的处理装置，一般为可编程逻辑控制器(PLC),通过输出模拟量控制各种类型的执行器进行动作。

电液执行器：将标准输入信号(4-20mA,D.C.)通过电液转换、液压放大并转变为与输入信号相对应的0度到90度转角位移输出力矩或直线位移输出力的执行装置，包括通讯***、控制***以及执行机构，其中通讯***用于与现场控制主机通讯，接收控制信号，控制***用于运行控制方法，执行机构用于进行具体地动作。

控制***：通过控制***可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变的量，控制***分为开环控制***以及闭环控制***，闭环控制***是指利用闭环控制方法控制的***，控制***中包括用于驱动执行机构的电机。

执行机构：接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的大小，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内，在本发明中执行机构为液压缸内活塞及输出轴，齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵，齿轮泵的转动传导给活塞及输出轴发生直线移动。

闭环控制方法：闭环控制是指被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，是在测量出实际控制量与计划控制量发生偏差时，按定额或标准来纠正，闭环控制常见有负反馈控制，根据实际控制量与计划控制量之间的差值进行控制，例如调节水龙头：首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制。

PID闭环控制方法：PID是比例(Proportion)，积分(Integral)，微分(Differential coefficient)的缩写，分别代表了三种控制算法，根据PID控制器的三个参数调节控制方法的输出，在整定PID控制器参数(比例参数Kp、积分参数Ki以及微分参数Kd)时，可以根据控制器的参数与***动态性能和稳态性能之间的定性关系，用实验的方法来调节控制器的参数。

积分分离PID控制方法：当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用；当被控量接近给定值时，引入积分控制的PID闭环控制方法，以消除静差，提高精度。

温度补偿方法：在一些电子产品中,会用到一些正温度系数和负温度系数的电子元件,以电阻为例正温度系数的随温度升高,电阻值升高,负温度系数的正好相反。应用中，比如做一块传感器,如果单用一种温度系数的元件,误差相对会比较大,如果用正负温度系数的元件相结合,正好正负相平衡,误差相对会比较小。

以下是发明人给出的具体实施例，用于对本发明的技术方案作出进一步地的解释。

实施例一

在本实施例中公开了一种电液执行器位移控制方法，控制方法在电液执行器控制器在特定控制模式下，控制信号超过一定的变化量后开始执行。

在本实施例中，如图1所示，提供了一种电液执行器的闭环控制方法，由于电液执行器工作在宽温区(-20℃～+50℃)、宽负载范围(-45000N～+45000N)下，并且要达到高精度(0.15％)的定位要求，因此该方法通过PID闭环控制算法实现，由于PID算法需要采集控制信号以及反馈信号，因此该控制方法需要在电液执行器运行后，能够采集到反馈信号后才能工作，在本实施例中，当位移传感器能够采集到反馈位移量后执行本实施例中提供的控制方法。

在本实施例中的控制方法运行在电液执行器中控制***中，主要是在微控制器及信号处理模块上运行。

所述的控制方法按照以下步骤执行：

步骤1、初始化闭环控制参数，所述的闭环控制参数包括控制精度；设置响应要求参数，单位为mm；

闭环控制参数还包括闭环控制输出量、过程变量及输入输出方式；

在本实施例中，设置控制精度为0.03mm，闭环控制输出量、过程变量都为0mm，输入为位移量，输出为电机转速及转向，响应要求参数为0.05mm。

在本步骤中，当控制位移量与反馈位移量之间的差值满足响应要求后再进行控制。

步骤2、判断当前是否到达控制周期，若是，执行步骤3，否则执行步骤2，所述的控制周期为所述信号处理模块的时钟周期；

由于每个微控制器的时钟周期不同，也就是说，在本步骤中在微控制器的每个时钟周期中运行一次步骤2-步骤11。

在本实施例中，控制周期为20毫秒。

步骤3、采集控制信号以及反馈信号，所述的控制信号为控制位移量，所述的反馈信号为反馈位移量；

在本步骤中，利用信号采集模块采集通讯***中PLC发来的控制位移量，利用信号采集模块采集动作***中位移传感器采集的执行机构的反馈位移量。

当电液执行器正常工作，环境温度在-20℃～+50℃范围变化时，对***本身产生一定的影响，从而影响电液执行器***控制精度，其中位移传感器会产生温漂，选用的低温度系数直线位移传感器，其采用非接触式磁致伸缩原理制成，工作量程为200mm，温度系数为30ppm/K，当***正常工作，温度在-20℃～+50℃范围变化时，由传感器温漂引起的测量误差ΔL为：

ΔL＝α×L×ΔT 式I

式中：α――温度系数，单位为ppm/K；

L――传感器量程，单位为mm；

ΔT――温度变化量，单位为℃；

由式I可知，传感器温漂引起的误差最大为0.42mm，会对***精度产生较大影响。

因此为了提高电液执行器的控制精度，所述的步骤3中采集反馈信号时，利用温度补偿算法对所述的反馈位移量进行修正。

现有的温度补偿方法主要是对位移传感器的温度系数进行修改补偿，而这种方法无法根据电液执行器的整体情况进行考虑，由于电液执行器在工作的过程中，温度对电液控制器的影响不仅仅表现在位移传感器上，还表现在油液粘稠度，当环境温度变化时，会影响齿轮泵及液压缸中机油的粘稠度及流动性，温度越高，机油粘稠度越低流动性越好，反之相反。因此***工作时，不同温度下相同的电机转速液压缸中活塞杆移动的速度不同，对控制算法的适应性要求较高，控制精度也会产生一定影响，因此在对电液执行器的温漂进行补偿时，需要综合补偿，不只是单纯的对位移传感器进行温度补偿，因此现有技术中的温度补偿方法应用到本发明提供的控制方法中，补偿结果都不准确，使得控制精度降低，因此在本实施例中提供了一种综合的温度补偿方法，将温度补偿的结果显示在了反馈位移量上。

其中，采用位移传感器采集反馈位移量，所述的温度补偿方法采用式II获得在步骤3中采集反馈位移量时，电液执行器所处的温度值下，电液执行器所处的温度值下，经过补偿后的反馈位移量P′_x，单位为mm：

其中，P_x为电液执行器所处温度下实际采集的位移量，单位为mm；

ΔL_l为当实际位移量为电液执行器零位置时，任意温度下采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，

其中L_Th为在电液执行器最高耐受工作温度下，执行器在零位置时，采集的位移量与常温下采集位移量之间的差值，单位为mm，L_Tl为在电液执行器最低耐受工作温度下，执行器在零位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm，T_h为电液执行器最高耐受工作温度，单位为℃，T_l为电液执行器最低耐受工作温度，单位为℃，T为步骤3中采集反馈位移量时，电液执行器所处的温度值，单位为℃，T_l≤T≤T_h；

ΔL_h为当实际位移量为电液执行器满量程位置时，任意温度下采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，

其中H_Th为在电液执行器最高耐受工作温度下，执行器在满量程位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm，H_Tl为在电液执行器最低耐受工作温度下，执行器在满量程位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm；

P_h为在常温下，执行器在满量程位置时实际采集的位移量，单位为mm，P_l为在常温下，执行器在零位置时实际采集的位移量，单位为mm。

在本步骤中，常温为25℃。

在本实施例中，将整个***置于高低温试验箱，在***零位处，将试验箱温度以每10℃的一个跨度从室温升至+50℃，再以同样的跨度降至-20℃，每一个温度点，分别记录零位位置，并与室温下位置进行比较，发现试验箱温度为-20℃时，位置偏移量为L_Tl，试验箱温度为+50℃时，位置偏移量为L_Th；同理在***满量程位置进行相同的试验，-20℃和+50℃时，位置偏移量分别为H_Tl和H_Th，而无论在零位还是满量程处，当温度在5℃到35℃内变化，位置偏移量很小，可忽略温漂对***的影响，因此只对温度影响较大的温区范围进行***温度补偿，即在本实施例中，当执行器处于-20℃到5℃以及35℃到50℃之间时，才需要采用温度补偿方法对位移传感器采集的位移量进行补偿。

温度补偿图如图2所示，根据高低温下零位偏移量，可得到零位置处任意温度下的偏移量ΔL₁，同理可得***满量程位置任意温度下的偏移量ΔL_h；由此可以换算出任意位置P_X的偏移量ΔL_X，那么当***环境温度变化时，可以根据式III对位移传感器测量值进行补偿，得到***的经过补偿后的反馈位移量P′_X：

P′_X＝P_X+ΔL_X 式III

式中,P_X为任意温度下传感器采集的反馈位移量。

在本实施例中，电液执行器最高耐受工作温度T_h为50℃，电液执行器最低耐受工作温度T_l为-20℃，电液执行器中位移传感器的最大量程为500mm，零位为0mm；在25℃下，位移传感器采集500mm的位移时实际采集的位移量P_h为500mm，在25℃下，位移传感器采集0m的位移时实际采集的位移量P_l为0mm。

求取在步骤3中位移传感器在采集反馈位移量时，电液执行器所处的温度为40℃，补偿后的位移传感器采集的位移量P′_x，此时位移传感器实际采集的位移量P_x＝160mm；

采集在50℃下，实际位移量为0m时，位移传感器采集实际位移量时的位移量为-12mm，与实际位移量之间的差值L_Th为-12mm；采集-20℃下，实际位移量为0mm时，位移传感器采集实际位移量时的位移量为22mm，与实际位移量之间的差值L_Tl为22mm，则：

采集在50℃下，实际位移为500mm时，位移传感器采集实际位移500mm时的位移量为560mm，与500mm之间的差值H_Th为60mm；采集-20℃下，实际位移量为500mm时，位移传感器采集实际位移量时位移量为480mm，与500mm之间的差值H_Tl为-20mm，则：

那么，

则在本实施例中，利用本发明提供的位移补偿方法，当在30℃的情况下，位移传感器实际采集的位移反馈量为160mm，实际上经过补偿后的位移反馈量为171mm。

步骤4、计算所述的反馈位移量与所述控制位移量之间差值的绝对值，若差值绝对值大于响应要求参数，则执行步骤5，否则返回步骤2；

在本步骤中，***处在停止状态下，当控制位移量与反馈位移量之间差值的绝对值小于响应要求，说明此时控制量太小，电液执行器的不响应，例如响应要求为全行程的0.01％，即0.05mm，当控制位移量为0.5mm，而反馈位移量为0.46mm，差值为0.04mm，此时电液执行器不响应，若反馈位移量为0.42mm，差值为0.08mm，大于响应要求，执行步骤5进行控制调整。

步骤5、若所述差值的绝对值小于等于控制精度，则停止伺服电机；若所述差值的绝对值大于控制精度，则执行步骤6；

在本步骤中，设置了控制方法的停止条件，直到当反馈位移量与所述控制位移量之间差值的绝对值满足精度要求时，说明此时电液执行器运动已达到要求的状态，例如控制位移量为0.5mm，而反馈位移量为0.4999mm，因此差值绝对值为0.0001mm，精度要求为0.001mm，在这种情况下说明动作***中执行机构的动作已经满足了要求，因此无需再调整，此时停止伺服电机，那么也就停止了执行机构的动作；若此时反馈位移量为0.4800mm，差值绝对值为0.0200mm，远不够精度要求，执行步骤6，直到满足精度要求伺服电机关闭，即执行器关闭。

步骤6、若所述差值的绝对值大于阈值，执行步骤7，若所述差值的绝对值小于等于阈值，则执行步骤8；

步骤7、设置第一PID控制参数，所述的第一PID控制参数包括Kp、Ki以及Kd，执行步骤9；

步骤8、设置第二PID控制参数，所述的第二PID控制参数包括Kp'、Ki'以及Kd'，执行步骤9；

由于在***全行程下，同一组PID参数不能同时满足所有位置差下的精度要求，且大误差时，***调节时间较长，容易产生大的超调，在步骤6-步骤8中提供了两组PID控制参数，实现了分段PID的控制方法，当差值绝对值较大时，使用第一PID控制参数以实现快速的是反馈位移量与控制位移量之间的距离缩小，但是在不同工况下***容易出现超调现象；当差值绝对值较小时，使用第二PID控制参数以实现准确的调节反馈位移量与控制位移量之间的距离，但是速度较慢，利用分段PID的控制方法提高了控制方法的效率。

优选地，在发明人多次试验下，确定了第一PID控制参数Kp＝1.01、K_i＝0.006以及K_d＝0.001；第二PID控制参数K′_p＝1、K′_i＝0.004以及K′_d＝0。

步骤9、根据所述的第一PID控制参数或第二PID控制参数，利用PID控制方法，获得控制量；

当获得第一PID控制参数或第二PID控制参数，采用现有的PID控制算法就可以输出控制量，但是目前***调节时间还是较长，是因为积分作用太强，容易产生大的超调，为了进一步地提高控制方法的效率，所述的步骤8中根据所述的第一PID控制参数或第二PID控制参数，利用积分分离PID控制方法，获得控制量。

步骤10、将所述的控制量转换为执行量；

在本步骤中，本控制方法直接控制伺服电机的转速以及转向，但是在实际控制过程中电液执行器的执行机构为齿轮泵及液压缸内活塞输出轴，因此将控制量转换为伺服电机的电机转速及转向后，利用伺服电机带动齿轮泵旋转，改变液压缸内上、下两腔室压力，从而推动活塞及输出轴动作，使得输出轴移动一定的位移。

由于当环境温度变化时，会影响齿轮泵及液压缸中机油的粘稠度及流动性，温度越高，机油粘稠度越低流动性越好，反之相反。因此***工作时，不同温度下相同的电机转速液压缸中活塞杆移动的速度不同，对控制算法的适应性要求较高，控制精度也会产生一定影响。

另外，在某些情况下，例如当执行器分别在空载和最大或最小载荷±45000N载荷情况下，***正常工作，在逼近目标位置时，根据PID算法，输出的电机转速是相同的，而在不同载荷下，齿轮泵效率不同，因此相同的电机转速能够实现的执行器运动速度是不同的，所以在***控制周期一定时，有可能会出现大负载时该转速不足以促使执行器运动，而空载时转速过大***出现超调振荡现象。

可选地，所述的步骤10中将所述的控制量转换为执行量时，所述的电机转速大于电机最小转速，所述的电机最小转速为：

其中，n_min为电机最小转速，单位为r/min，S为液压缸活塞作用面积，单位为mm²，Vmin为液压缸活塞运动最小速度，单位为mm/s，m为齿轮泵的齿轮模数，单位为mm，Z为齿轮泵的齿数，η_N在最大载荷下齿轮泵的效率。

***中液压缸两端活塞作用面积相同，根据液压缸活塞及活塞杆直径，可得出活塞作用面积S，因此可知液压缸流量速度关系如式V所示：

Q＝S×V×10^-6×60 式V

式中：Q――齿轮泵流量，L/min；

V――液压缸活塞速度，mm/s；

S――活塞作用面积，mm²。

由齿轮泵固有特性，可知齿轮泵流量转速关系如式VI：

Q＝2πd_jmBnη_v×10^-6＝2πm²ZBnη_v×10^-6 式VI

式中：Q――齿轮泵实际流量，L/min；

d_j――齿轮节圆直径，mm；

m――齿轮模数，mm；

B――齿宽，mm；

η_v――齿轮泵效率(断面间隙及径向间隙泄露)；

Z――齿数；

n――电机转速，r/min。

可以得出电机转速与液压缸活塞运行速度的关系如式VII:

根据电液执行器试验可知，液压缸活塞速度V很小时，在控制周期一定的情况下，电液执行器到达目标位置的时间较长，因此液压缸活塞速度V必须大于V_min(试验：0.4mm/s)，使电液执行器接近目标位置时能快速到达，并满足定位精度。

由齿轮泵试验可知***空载及负荷时，齿轮泵效率是不同的，且空载效率大于负荷效率，即η₀＞η_N，当载荷越大时效率越低；因此由式VII可知，当活塞最小速度V_min为定值时，不同载荷下电机转速n是不同的，为了满足在最大载荷45000N时***正常运行，则在本实施例中，电机最小转速如式IV所示，其中η_N――载荷为45000N时齿轮泵效率。

整个***要满足所有工况下定位精度要求，因此电机最小转速必须为n_min，该转速对于***空载时会出现液压缸活塞运行速度较快，有可能出现超调震荡，该问题可以通过缩短控制周期来解决，使***满足所有工况要求。

步骤11、根据所述的执行量控制所述的执行机构动作后，返回步骤2直至电液执行器满足控制精度要求电液执行器关闭。

在本步骤中，控制方法输出了电机的转速以及转向后，控制执行机构进行动作完成一次调整。

实施例二

在本实施例中，对本发明提供的一种电液执行器位移控制方法进行精度试验，试验分为常温试验以及高、低温试验。

将本发明提供的方法与现有的电液执行器结合，常温试验过程为：

第一步：设备上电，设置输出；电液执行器上电，操作键盘进行控制参数设置，包括控制精度为0.03mm；

第二步：设置电机最小转速，电机最大高速(不能超出额定转速)；设置***位置及信号等参数；

第三步：用标准信号源模拟DCS设定目标位置，控制器响应该信号并调节执行器到达相应位置，记录该位置；

第四步：在不同载荷下，信号源设定值从4mA开始，以2mA间隔向上增加到20mA，再以2mA间隔向下减小到4mA进行试验。

根据上述试验步骤，在不同负载工况(空载、20000N、45000N、-2000N、-45000N)下进行定位精度试验，试验结果如图3所示。

结论：负载在-45000N到45000N之间变化时，常温下***定位精度小于额定行程的±0.07％。

高、低温试验：将该***放入高低温试验箱，进行高低温环境下定位精度试验，步骤与常温下试验步骤相同，试验结果如图4所示。

结论：***空载状态，-20℃和50℃环境下，***定位精度小于额定行程的±0.15％。

Claims (4)

1.一种电液执行器位移控制方法，其特征在于，用于根据现场控制主机的控制信号对电液执行器的执行量进行控制，所述的执行量包括电液执行器中伺服电机的转速以及转向，所述的控制方法按照以下步骤执行：

步骤1、初始化闭环控制参数，所述的闭环控制参数包括控制精度，单位为mm；设置响应要求参数，单位为mm；

步骤2、判断当前是否到达控制周期，若是，执行步骤3，否则执行步骤2，所述的控制周期为电液执行器控制***的时钟周期，单位为ms；

步骤3、采集控制信号以及反馈信号，所述的控制信号为由现场控制主机发送来的控制位移量，所述的反馈信号为所述电液执行器中执行机构的反馈位移量；

步骤4、计算所述的反馈位移量与所述控制位移量之间差值的绝对值，若差值的绝对值大于响应要求参数，则执行步骤5，否则返回步骤2；

步骤5、若所述差值的绝对值小于等于控制精度，则停止伺服电机；若所述差值的绝对值大于控制精度，则执行步骤6；

步骤6、若所述差值的绝对值大于阈值，执行步骤7，若所述差值的绝对值小于等于阈值，则执行步骤8；

步骤7、设置第一PID控制参数，所述的第一PID控制参数包括Kp、Ki以及Kd，执行步骤9；

步骤8、设置第二PID控制参数，所述的第二PID控制参数包括Kp'、Ki'以及Kd'，执行步骤9；

步骤9、根据所述的第一PID控制参数或第二PID控制参数，利用PID控制方法，获得控制量，所述的控制量为所述电液执行器中执行机构的位移量；

步骤10、将所述的控制量转换为执行量；

步骤11、根据所述的执行量控制所述的电液执行器的执行机构动作后，返回步骤2；

其中在采集反馈信号时，利用温度补偿方法对所述的反馈位移量进行修正；

所述的温度补偿方法采用式II获得在步骤3中采集反馈位移量时，电液执行器所处的温度值下，经过补偿后的反馈位移量P′_x，单位为mm，其中采用位移传感器采集反馈位移量：

其中，P_x为电液执行器所处温度下实际采集的位移量，单位为mm；

ΔL_l为当实际位移量为电液执行器零位置时，任意温度下采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，

其中L_Th为在电液执行器最高耐受工作温度下，执行器在零位置时，采集的位移量与常温下采集位移量之间的差值，单位为mm，L_Tl为在电液执行器最低耐受工作温度下，执行器在零位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm，T_h为电液执行器最高耐受工作温度，单位为℃，T_l为电液执行器最低耐受工作温度，单位为℃，T为步骤3中采集反馈位移量时，电液执行器所处的温度值，单位为℃，T_l≤T≤T_h；

ΔL_h为当实际位移量为电液执行器满量程位置时，任意温度下采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，

其中H_Th为在电液执行器最高耐受工作温度下，执行器在满量程位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm，H_Tl为在电液执行器最低耐受工作温度下，执行器在满量程位置时，采集的位移量与常温下采集的位移量之间的差值，单位为mm；

P_h为在常温下，执行器在满量程位置时实际采集的位移量，单位为mm，P_l为在常温下，执行器在零位置时实际采集的位移量，单位为mm。

2.如权利要求1所述的电液执行器位移控制方法，其特征在于，所述的步骤7中第一PID控制参数Kp＝1.01、K_i＝0.006以及K_d＝0.001；所述的步骤8中第二PID控制参数K'_p＝1、K′_i＝0.004以及K'_d＝0。

3.如权利要求2所述的电液执行器位移控制方法，其特征在于，所述的步骤9中根据所述的第一PID控制参数或第二PID控制参数，利用积分分离算法，获得控制量。

4.如权利要求1所述的电液执行器位移控制方法，其特征在于，所述电液执行器的执行机构为齿轮泵及液压缸内活塞输出轴，所述的步骤10中将所述的控制量转换为执行量时，所述的电液执行器中伺服电机的转速大于电机最小转速，所述的电机最小转速为：

其中，n_min为电机最小转速，单位为r/min，S为液压缸活塞作用面积，单位为mm²，Vmin为液压缸活塞运动最小速度，单位为mm/s，m为齿轮泵的齿轮模数，单位为mm，Z为齿轮泵的齿数，η_N为在最大载荷下齿轮泵的效率，B为齿轮泵的齿宽，单位为mm。

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