CN115111227A - 基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，包括液压执行器、两个负载口独立控制阀、两个压力传感器、速度传感器和控制器，两个负载口独立控制阀对应的工作油口分别连接液压执行器的两腔，两个压力传感器分别将检测到的两腔的压力信息发送给控制器；速度传感器将检测到的液压执行器的运行速度发送给控制器；控制器包括速度控制回路、压力控制回路和速度反馈解耦控制单元，速度反馈解耦控制单元分别向速度控制回路和压力控制回路提供第一解耦补偿量和第二解耦补偿量，以消除速度控制回路和压力控制回路之间的耦合干扰。本发明不仅可以降低液压执行器能耗，而且控制逻辑简单、降低多变量相互干扰、改善动态特性。

Description

基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***

技术领域

本发明属于液压执行器控制领域，具体涉及一种基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***。

背景技术

进出口阀芯可独立调节的负载口独立控制阀控制液压执行器运动时，可以通过降低背腔压力，以及能量再生与回收，降低液压执行器能耗。为此，控制过程需要采用速度压力复合控制等方式。但是，两腔压力和速度等通过***内部特性相关耦合干扰，现有速度压力复合控制逻辑比较复杂。若速度和压力分别采用独立的控制***，虽然控制逻辑比较简单，且表面上看速度和压力实现了分别控制，但是实际上速度和压力独立式闭环控制回路中，两个控制回路是通过液压执行器中两腔压力相互关联耦合，速度和压力中一个控制量的变化会极大地影响另一个控制量，因此速度和压力独立控制***很难达到满意的动态控制性能，导致振荡、冲击剧烈等问题。

发明内容

本发明提供一种基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，以解决目前在液压执行器控制过程中，采用速度压力复合控制***，可降低能耗但控制逻辑比较复杂，而采用速度压力独立控制***，虽控制逻辑简单，但由于速度和压力控制回路之间存在耦合干扰，动态控制性能较差，导致振动冲击剧烈等问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，包括液压执行器、两个负载口独立控制阀、两个压力传感器、速度传感器和控制器，所述两个负载口独立控制阀对应的工作油口分别连接所述液压执行器的两腔，所述两个压力传感器分别将检测到的所述两腔的压力信息发送给所述控制器；所述速度传感器将检测到的所述液压执行器的运行速度发送给所述控制器；所述控制器包括速度控制回路、压力控制回路和速度反馈解耦控制单元，所述速度反馈解耦控制单元分别向所述速度控制回路和压力控制回路提供第一解耦补偿量和第二解耦补偿量，以消除所述速度控制回路和压力控制回路之间的耦合干扰；

在实际控制中，所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得第一初始控制信号，将所述第一初始控制信号加上该第一解耦补偿量，得到第一负载口独立控制阀的第一控制信号，根据所述第一控制信号控制所述第一负载口独立控制阀阀口开度大小，从而控制进入所述液压执行器的流量，实现速度跟踪调节；

所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得第二初始控制信号，将所述第二初始控制信号加上该第二解耦补偿量，得到第二负载口独立控制阀的第二控制信号，基于该检测到的第二腔的压力进行压力跟踪调节。

在一种可选的实现方式中，所述速度反馈解耦控制单元根据检测到的液压执行器运行速度，按照以下公式计算出所述第一解耦补偿量u_f1：

其中，v_cy表示检测到的运行速度，q(x_v1,Δp₁)表示第一腔的流量，A_a表示第一腔的工作面积，

ω_v表示第一负载口独立控制阀的固有频率，s表示第一微分环节拉普拉斯变换后的传递函数；

所述速度反馈解耦控制单元根据检测到的液压执行器运行速度，按照以下公式计算出所述第二解耦补偿量u_f2：

其中，v_cy表示检测到的运行速度，q(x_v2,Δp₂)表示第二腔的流量，A_b表示第二腔的工作面积，

ω_v表示第二负载口独立控制阀的固有频率，s表示第二微分环节拉普拉斯变换后的传递函数。

在另一种可选的实现方式中，所述控制单元还包括两腔动态压力反馈控制单元，所述两腔动态压力反馈控制单元分别向所述速度控制回路和压力控制回路提供第一负反馈调节量和第二负反馈调节量，以提高所述速度控制回路和压力控制回路的动态稳定性；

在实际控制中，所述速度控制回路将所述第一初始控制信号与该第一解耦补偿量、第一负反馈调节量相加，得到所述第一负载口独立控制阀的第一控制信号；所述压力控制回路将所述第二初始控制信号与该第二解耦补偿量、第二负反馈调节量相加，得到所述第二负载口独立控制阀的第二控制信号。

在另一种可选的实现方式中，所述两腔动态压力反馈控制单元按照以下公式计算出所述第一负反馈调节量u_p1：

其中，p_a表示检测到的第一腔的压力，k₁表示第一比例环节，

表示第一一阶惯性环节与微分环节组合，τ_c1表示第一惯性环节时间常数，s表示第一微分环节拉普拉斯变换后的传递函数；

所述两腔动态压力反馈控制单元按照以下公式计算出所述第二负反馈调节量u_p2：

其中，p_b表示检测到的第二腔的压力，k₂表示第二比例环节，

表示第二惯性环节与微分环节组合，τ_c2表示第二惯性环节时间常数；s表示第二微分环节拉普拉斯变换后的传递函数。

在另一种可选的实现方式中，所述第一一阶惯性环节和第二一阶惯性环节用于分别调节所述第一控制信号和第二控制信号的大小，所述第一比例环节和第二比例环节用于分别调节所述第一负载口独立控制阀和第二负载口独立控制阀的响应速度，所述第一微分环节和第二微分环节分别用于获取所述第一腔和第二腔的压力振荡特性。

在另一种可选的实现方式中，所述两个压力传感器检测到的所述两腔的压力信息，即为所述第一负载口独立控制阀工作油口处的压力以及所述第二负载口独立控制阀工作油口处的压力；所述第一负载口独立控制阀和第二负载口独立控制阀的进油口相连，且在该连接节点处还设有第三个压力传感器，用于检测所述第一负载口独立控制阀和第二负载口独立控制阀的进油口处的压力；

所述第一腔的流量q(x_v1,Δp₁)按照以下步骤获得：

根据所述第一初始控制信号，确定所述第一负载口独立控制阀的阀芯位移x_v1；根据第一负载口独立控制阀阀口两端压力信息，确定所述的第一负载口独立控制阀两端压差Δp₁，所述第一负载口独立控制阀阀口两端压力信息为其工作油口与进油口两端的压力；

所述第一负载口独立控制阀的阀芯位移x_v1以及所述第一负载口独立控制阀两端压差Δp₁，结合关于阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出该第一负载口独立控制阀对应的第一腔的流量q_a：q_a＝q(x_v1,Δp₁)；

所述第二腔的流量q(x_v2,Δp₂)按照以下步骤获得：

根据所述第二初始控制信号，确定所述第二负载口独立控制阀的阀芯位移x_v2；根据第二负载口独立控制阀阀口两端压力信息，确定所述的第二负载口独立控制阀两端压差Δp₂，所述第二负载口独立控制阀阀口两端压力信息为其工作油口与进油口两端的压力；

根据所述第二负载口独立控制阀的阀芯位移x_v2以及所述第二负载口独立控制阀两端压差Δp₂，结合关于阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出该第二负载口独立控制阀对应的第二腔的流量q_b：q_b＝q(x_v2,Δp₂)。

在另一种可选的实现方式中，所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得第一初始控制信号包括：将所述目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号；

所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得第二初始控制信号包括：将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将该压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号。

在另一种可选的实现方式中，当所述液压执行器伸出时，所述速度控制回路将目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号；所述压力控制回路将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将所述压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号，所述目标压力设置低至2bar，以降低出口节流损失；

当所述液压执行器缩回时，所述速度控制回路将目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号；所述压力控制回路将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将所述压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号，所述目标压力设置低至2bar，以降低出口节流损失。

在另一种可选的实现方式中，所述第一解耦补偿量和第二解耦补偿量按照以下步骤推导得出：建立所述速度控制回路和压力控制回路的复合物理模型；

所述复合物理模型中，理论上，所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得所述第二初始控制信号；根据所述第二初始控制信号，计算出所述第二腔的流量；根据所述第二腔的流量、检测到的运行速度和该第二腔的工作面积，计算出所述第二腔的压力，基于该检测到的第二腔的压力进行压力跟踪调节；

所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得所述第一初始控制信号；根据所述第一控制信号，计算出所述第一腔的流量；根据所述第一腔的流量、检测到的运行速度和该第一腔的工作面积，计算出所述第一腔的压力，根据计算出的所述第一腔和第二腔的压力，计算出运行速度，基于该计算出的运行速度进行速度跟踪调节；

根据所述第二腔的压力和所述运行速度的计算公式，分析出所述第一腔对所述第二腔产生的干扰与运行速度和第二腔的工作面积有关，所述第二腔对所述第一腔产生的干扰与运行速度和第一腔的工作面积有关。

在另一种可选的实现方式中，所述压力控制回路根据所述第二腔的流量、检测到的运行速度和该第二腔的工作面积，按照以下公式计算出所述第二腔的压力p_b：

其中

V_b表示第二腔容腔体积，β_e2表示第二腔油液弹性模量，q_b表示第二腔的流量，A_b表示第二腔工作面积，v_cy表示检测到的运行速度；

所述速度控制回路根据所述第一腔的流量、检测到的运行速度和该第一腔的工作面积，按照以下公式计算出所述第一腔的压力p_a：

其中

V_a表示第一腔容腔体积，β_e1表示第一腔油液弹性模量，q_a表示第一腔的流量，A_a表示第一腔工作面积，v_cy表示检测到的运行速度；

所述速度控制回路根据计算出的所述第一腔的压力p_a和第二腔的压力p_b，按照以下公式计算出运行速度v_cy：

其中m表示液压执行器的等效负载质量，p_a表示第一腔的压力，A_a表示第一腔工作面积，p_b表示第二腔的压力，A_b表示第二腔工作面积，F_L表示液压执行器的负载力；

根据上述公式，分析确定所述第一解耦补偿量和第二解耦补偿量。

本发明的有益效果是：

1、本发明设计的包括速度控制回路和压力控制回路的速度压力控制***既具有复合控制***的特性，又具备独立控制***的特征，本发明不仅可以降低背腔压力、出口压力损失，降低液压执行器能耗，而且控制逻辑简单；本发明引入速度反馈解耦控制单元，可以消除速度控制回路和压力控制回路之间的耦合干扰，并且可以提高动态控制性能较差，避免出现剧烈的振动冲击；

2、本发明引入两腔动态压力反馈控制单元，获取表征***动态稳定性的压力微分信号，并通过一阶惯性环节和比例环节调节控制信号，可在提高快速响应性的同时，提高速度和压力两个独立控制回路的动态稳定性。

附图说明

图1是本发明基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***的一个实施例结构示意图；

图2是本发明引入速度反馈解耦控制单元之前，速度控制回路和压力控制回路的复合物理模型示意图；

图3是本发明引入速度反馈解耦控制单元后的一个实施例控制逻辑图；

图4是本发明引入速度反馈解耦控制单元，消除耦合特性后的等效物理模型；

图5是本发明引入速度反馈解耦控制单元和两腔动态压力反馈控制单元后的***完整控制逻辑图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图1，为本发明基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***的一个实施例结构示意图。该***可以包括液压执行器1、两个负载口独立控制阀31和32、两个压力传感器2和4、速度传感器5和控制器6，所述两个负载口独立控制阀31和32对应的工作油口A和B分别连接所述液压执行器1的两腔(两腔可以为无杆腔和有杆腔)，所述两个压力传感器2和4分别将检测到的所述两腔的压力信息发送给所述控制器6；所述速度传感器5将检测到的所述液压执行器1的运行速度发送给所述控制器6。所述控制器包括速度控制回路、压力控制回路和速度反馈解耦控制单元，所述速度反馈解耦控制单元分别向所述速度控制回路和压力控制回路提供第一解耦补偿量和第二解耦补偿量，以消除所述速度控制回路和压力控制回路之间的耦合干扰。

本实施例中，两个负载口独立控制阀31和32均可以为三位三通电比例方向阀，压力传感器2和4分别设置在负载口独立控制阀31和32对应的工作油口A和B处，由于负载口独立控制阀31和32对应的工作油口A和B分别连接液压执行器1的两腔，因此压力传感器2和4检测到的所述两腔的压力即为该工作油口A和B处的压力。两个负载口独立控制阀31和32的进油口C和D相连，其连接节点与液压泵7出油口连接，并通过电比例溢流阀8(或手动溢流阀8)与油箱连接。两个负载口独立控制阀31和32的回油口E和F相连，其连接节点与油箱连接，其中该液压执行器可以为液压缸。

由于两腔压力和速度等通过***内部特性相互耦合干扰，现有速度压力复合控制***的控制逻辑复杂，若速度和压力分别采用独立的控制***，虽然控制逻辑比较简单，但是两个控制回路存在相互干扰，因此本发明简化了速度压力复合控制***的控制逻辑，如图2所示，其为引入速度反馈解耦控制单元之前的速度压力复合控制***，图2中6.1表示速度控制回路，6.2表示压力控制回路。由于第一腔压力与第二腔压力之间存在通过液压执行器速度关联的耦合干扰，为了分析出两者之间的相互干扰量，对所述速度控制回路和压力控制回路分别进行补偿，本发明在建立所述速度控制回路和压力控制回路的复合物理模型后，首先对该复合物理模型进行理论分析，以得出所述第一腔对第二腔产生的干扰的决定因素以及第二腔对第一腔产生的干扰的决定因素。具体地，所述复合物理模型中，理论上，所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得所述第二初始控制信号；根据所述第二初始控制信号，计算出所述第二腔的流量；根据所述第二腔的流量、检测到的运行速度和该第二腔的工作面积，计算出所述第二腔的压力，基于该检测到的第二腔的压力进行压力跟踪调节；所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得所述第一初始控制信号；根据所述第一控制信号，计算出所述第一腔的流量；根据所述第一腔的流量、检测到的运行速度和该第一腔的工作面积，计算出所述第一腔的压力，根据计算出的所述第一腔和第二腔的压力，计算出运行速度，基于该计算出的运行速度进行速度跟踪调节；根据所述第二腔的压力和所述运行速度的计算公式，分析出所述第一腔对所述第二腔产生的干扰与运行速度和第二腔的工作面积有关，所述第二腔对所述第一腔产生的干扰与运行速度和第一腔的工作面积有关。

所述压力控制回路根据所述第二腔的流量、检测到的运行速度和该第二腔的工作面积，按照以下公式计算出所述第二腔的压力p_b：

其中

V_b表示第二腔容腔体积，β_e2表示第二腔油液弹性模量，q_b表示第二腔的流量，A_b表示第二腔工作面积，v_cy表示检测到的运行速度；

所述速度控制回路根据所述第一腔的流量、检测到的运行速度和该第一腔的工作面积，按照以下公式计算出所述第一腔的压力p_a：

其中

V_a表示第一腔容腔体积，β_e1表示第一腔油液弹性模量，q_a表示第一腔的流量，A_a表示第一腔工作面积，v_cy表示检测到的运行速度；

所述速度控制回路根据计算出的所述第一腔的压力p_a和第二腔的压力p_b，按照以下公式计算出运行速度v_cy：

其中m表示液压执行器的等效负载质量，p_a表示第一腔的压力，A_a表示第一腔工作面积，p_b表示第二腔的压力，A_b表示第二腔工作面积，F_L表示液压执行器的负载力。根据上述公式，可以分析确定出所述第一解耦补偿量和第二解耦补偿量。

在得出所述第一解耦补偿量和第二解耦补偿量之后，可以引入将所述第一解耦补偿量和第二解耦补偿量分别提供给速度控制回路和压力控制回路的速度反馈解耦控制单元，引入速度反馈解耦控制单元后的复合控制***的控制逻辑如图3所示，采用图3速度反馈解耦控制单元后***消除耦合特性的等效物理模型图如图4所示，从图4中可以看出速度控制回路与压力控制回路之间没有相关联的参数，耦合干扰得到了消除。由此，在实际控制中，所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得第一初始控制信号，将所述第一初始控制信号加上该第一解耦补偿量，得到第一负载口独立控制阀的第一控制信号，根据所述第一控制信号控制所述第一负载口独立控制阀阀口开度大小，从而控制进入所述液压执行器的流量，实现速度跟踪调节；所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得第二初始控制信号，将所述第二初始控制信号加上该第二解耦补偿量，得到第二负载口独立控制阀的第二控制信号，基于该检测到的第二腔的压力进行压力跟踪调节。

其中，所述速度反馈解耦控制单元根据检测到的液压执行器运行速度，按照以下公式计算出所述第一解耦补偿量u_f1：

其中，v_cy表示检测到的运行速度，q(x_v1,Δp₁)表示第一腔的流量，A_a表示第一腔的工作面积，

ω_v表示第一负载口独立控制阀的固有频率，s表示第一微分环节拉普拉斯变换后的传递函数；

所述速度反馈解耦控制单元根据检测到的液压执行器运行速度，按照以下公式计算出所述第二解耦补偿量u_f2：

其中，v_cy表示检测到的运行速度，q(x_v2,Δp₂)表示第二腔的流量，A_b表示第二腔的工作面积，

ω_v表示第二负载口独立控制阀的固有频率，s表示第二微分环节拉普拉斯变换后的传递函数。

所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得第一初始控制信号包括：将所述目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号；所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得第二初始控制信号包括：将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将该压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号。

当所述液压执行器伸出时，所述速度控制回路将目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号；所述压力控制回路将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将所述压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号，所述目标压力可设置低至2bar，以降低出口节流损失；当所述液压执行器缩回时，所述速度控制回路将目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号；所述压力控制回路将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将所述压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号，所述目标压力可设置低至2bar，以降低出口节流损失。

本实施例中，两个压力传感器中的其中一个在检测到第二腔的压力后，会将压力信息发送给压力控制回路，速度传感器在检测到运行速度后，会将运行速度分别发送给速度控制回路和压力控制回路。当该负载控制阀为三位三通电比例方向阀时，控制器可以与两个三位三通电比例方向阀的比例电磁铁连接，用于调节该电比例调节阀的阀口开度。所述两个压力传感器2和4检测到的所述两腔的压力信息，即为所述第一负载口独立控制阀31工作油口A处的压力以及所述第二负载口独立控制阀32工作油口B处的压力；所述第一负载口独立控制阀31和第二负载口独立控制阀32的进油口C和D相连，且在该连接节点处还设有第三个压力传感器9，用于检测所述第一负载口独立控制阀31和第二负载口独立控制阀32的进油口处的压力，即液压***的压力。所述第一腔的流量q(x_v1,Δp₁)按照以下步骤获得：

根据所述第一初始控制信号，确定所述第一负载口独立控制阀的阀芯位移x_v1。根据第一负载口独立控制阀阀口两端压力信息，确定所述的第一负载口独立控制阀两端压差Δp₁，所述第一负载口独立控制阀阀口两端压力信息为其工作油口与进油口两端的压力；

所述第一负载口独立控制阀的阀芯位移x_v1以及所述第一负载口独立控制阀两端压差Δp₁，结合关于阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出该第一负载口独立控制阀对应的第一腔的流量q_a：q_a＝q(x_v1,Δp₁)；

所述第二腔的流量q(x_v2,Δp₂)按照以下步骤获得：

根据所述第二初始控制信号，确定所述第二负载口独立控制阀的阀芯位移x_v2。根据第二负载口独立控制阀阀口两端压力信息，确定所述的第二负载口独立控制阀两端压差Δp₂，所述第二负载口独立控制阀阀口两端压力信息为其工作油口与进油口两端的压力；

根据所述第二负载口独立控制阀的阀芯位移x_v2以及所述第二负载口独立控制阀两端压差Δp₂，结合关于阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出该第二负载口独立控制阀对应的第二腔的流量q_b：q_b＝q(x_v2,Δp₂)。

由上述实施例可见，本发明设计的速度压力控制***既具有复合控制***的特性，又具备独立控制***的特征，从上述控制逻辑中可以看出本发明速度和压力控制回路是相互关联，两者复合控制液压执行器对应的负载口独立控制阀，具体地，相比于现有复合控制***，本发明控制逻辑不仅可以降低液压执行器能耗，而且控制逻辑简单，相比于速度和压力独立回路控制***，本发明控制逻辑能降低液压执行器能耗，但同样地速度控制回路与压力控制回路之间也存在耦合干扰；本发明引入速度反馈解耦控制单元，可以消除速度控制回路和压力控制回路之间的耦合干扰，并且可以提高动态控制性能较差，避免出现剧烈的振动冲击。

另外，为了提高解耦后***的动态稳定性，该控制器还引入了两腔动态压力反馈控制单元，如图5所示，图5中6.3和6.5分别表示速度控制回路对应的解耦补偿量和负反馈量，6.4和6.6分别表示压力控制回路对应的解耦补偿量和负反馈量。所述两腔动态压力反馈控制单元分别向所述速度控制回路和压力控制回路提供第一负反馈调节量和第二负反馈调节量，以同时提高所述速度控制回路和压力控制回路的动态稳定性，并且由于速度反馈解耦控制单元作用，两个动态压力反馈控制也无相互干扰，避免了两个动态压力反馈控制回路相互扰动产生的振荡加剧问题。

在实际控制中，所述速度控制回路将所述第一初始控制信号与该第一解耦补偿量、第一负反馈调节量相加，得到所述第一负载口独立控制阀的第一控制信号；所述压力控制回路将所述第二初始控制信号与该第二解耦补偿量、第二负反馈调节量相加，得到所述第二负载口独立控制阀的第二控制信号。

所述两腔动态压力反馈控制单元可以按照以下公式计算出所述第一负反馈调节量u_p1：

其中，p_a表示检测到的第一腔的压力，k₁表示第一比例环节，

表示第一一阶惯性环节与微分环节组合，τ_c1表示第一惯性环节时间常数，s表示第一微分环节拉普拉斯变换后的传递函数；

所述两腔动态压力反馈控制单元可以按照以下公式计算出所述第二负反馈调节量u_p2：

其中，p_b表示检测到的第二腔的压力，k₂表示第二比例环节，

表示第二惯性环节与微分环节组合，τ_c2表示第二惯性环节时间常数；s表示第二微分环节拉普拉斯变换后的传递函数。

所述第一一阶惯性环节和第二一阶惯性环节用于分别调节所述第一控制信号和第二控制信号的大小，所述第一比例环节和第二比例环节用于分别调节所述第一负载口独立控制阀和第二负载口独立控制阀的响应速度，所述第一微分环节和第二微分环节分别用于获取第一腔和第二腔的压力振荡特性。

同样地，所述第一腔的流量q(x_v1,Δp₁)按照以下步骤获得：

根据所述第一初始控制信号，确定所述第一负载口独立控制阀的阀芯位移x_v1；根据第一负载口独立控制阀阀口两端压力信息，确定所述的第一负载口独立控制阀两端压差Δp₁，所述第一负载口独立控制阀阀口两端压力信息为其工作油口与进油口两端的压力；

所述第一负载口独立控制阀的阀芯位移x_v1以及所述第一负载口独立控制阀两端压差Δp₁，结合关于阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出该第一负载口独立控制阀对应的第一腔的流量q_a：q_a＝q(x_v1,Δp₁)；

所述第二腔的流量q(x_v2,Δp₂)按照以下步骤获得：

根据所述第二初始控制信号，确定所述第二负载口独立控制阀的阀芯位移x_v2；根据第二负载口独立控制阀阀口两端压力信息，确定所述的第二负载口独立控制阀两端压差Δp₂，所述第二负载口独立控制阀阀口两端压力信息为其工作油口与进油口两端的压力；

根据所述第二负载口独立控制阀的阀芯位移x_v2以及所述第二负载口独立控制阀两端压差Δp₂，结合关于阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出该第二负载口独立控制阀对应的第二腔的流量q_b：q_b＝q(x_v2,Δp₂)。

本发明引入两腔动态压力反馈控制单元，获取表征***动态稳定性的压力微分信号，并通过一阶环节和比例环节调节控制信号，可在提高快速响应性的同时，提高速度和压力两个独立控制回路的动态稳定性。此外，本发明实现了对速度和压力的解耦跟踪调节，因此可以保证液压执行器高动态高精度运动。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。

Claims (10)

1.一种基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，包括液压执行器、两个负载口独立控制阀、两个压力传感器、速度传感器和控制器，所述两个负载口独立控制阀对应的工作油口分别连接所述液压执行器的两腔，所述两个压力传感器分别将检测到的所述两腔的压力信息发送给所述控制器；所述速度传感器将检测到的所述液压执行器的运行速度发送给所述控制器；所述控制器包括速度控制回路、压力控制回路和速度反馈解耦控制单元，所述速度反馈解耦控制单元分别向所述速度控制回路和压力控制回路提供第一解耦补偿量和第二解耦补偿量，以消除所述速度控制回路和压力控制回路之间的耦合干扰；

在实际控制中，所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得第一初始控制信号，将所述第一初始控制信号加上该第一解耦补偿量，得到第一负载口独立控制阀的第一控制信号，根据所述第一控制信号控制所述第一负载口独立控制阀阀口开度大小，从而控制进入所述液压执行器的流量，实现速度跟踪调节；

所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得第二初始控制信号，将所述第二初始控制信号加上该第二解耦补偿量，得到第二负载口独立控制阀的第二控制信号，基于该检测到的第二腔的压力进行压力跟踪调节。

2.根据权利要求1所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，所述速度反馈解耦控制单元根据检测到的液压执行器运行速度，按照以下公式计算出所述第一解耦补偿量u_f1：

其中，v_cy表示检测到的运行速度，q(x_v1,Δp₁)表示第一腔的流量，A_a表示第一腔的工作面积，

ω_v表示第一负载口独立控制阀的固有频率，s表示第一微分环节拉普拉斯变换后的传递函数；

所述速度反馈解耦控制单元根据检测到的液压执行器运行速度，按照以下公式计算出所述第二解耦补偿量u_f2：

其中，v_cy表示检测到的运行速度，q(x_v2,Δp₂)表示第二腔的流量，A_b表示第二腔的工作面积，

ω_v表示第二负载口独立控制阀的固有频率，s表示第二微分环节拉普拉斯变换后的传递函数。

3.根据权利要求1所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，所述控制单元还包括两腔动态压力反馈控制单元，所述两腔动态压力反馈控制单元分别向所述速度控制回路和压力控制回路提供第一负反馈调节量和第二负反馈调节量，以提高所述速度控制回路和压力控制回路的动态稳定性；

在实际控制中，所述速度控制回路将所述第一初始控制信号与该第一解耦补偿量、第一负反馈调节量相加，得到所述第一负载口独立控制阀的第一控制信号；所述压力控制回路将所述第二初始控制信号与该第二解耦补偿量、第二负反馈调节量相加，得到所述第二负载口独立控制阀的第二控制信号。

4.根据权利要求3所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，所述两腔动态压力反馈控制单元按照以下公式计算出所述第一负反馈调节量u_p1：

其中，p_a表示检测到的第一腔的压力，k₁表示第一比例环节，

表示第一一阶惯性环节与微分环节组合，τ_c1表示第一惯性环节时间常数，s表示第一微分环节拉普拉斯变换后的传递函数；

所述两腔动态压力反馈控制单元按照以下公式计算出所述第二负反馈调节量u_p2：

其中，p_b表示检测到的第二腔的压力，k₂表示第二比例环节，

表示第二惯性环节与微分环节组合，τ_c2表示第二惯性环节时间常数；s表示第二微分环节拉普拉斯变换后的传递函数。

5.根据权利要求4所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，所述第一一阶惯性环节和第二一阶惯性环节用于分别调节所述第一控制信号和第二控制信号的大小，所述第一比例环节和第二比例环节用于分别调节所述第一负载口独立控制阀和第二负载口独立控制阀的响应速度，所述第一微分环节和第二微分环节分别用于获取所述第一腔和第二腔的压力振荡特性。

6.根据权利要求2或4所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，所述两个压力传感器检测到的所述两腔的压力信息，即为所述第一负载口独立控制阀工作油口处的压力以及所述第二负载口独立控制阀工作油口处的压力；所述第一负载口独立控制阀和第二负载口独立控制阀的进油口相连，且在该连接节点处还设有第三个压力传感器，用于检测所述第一负载口独立控制阀和第二负载口独立控制阀的进油口处的压力；

所述第一腔的流量q(x_v1,Δp₁)按照以下步骤获得：

根据所述第一初始控制信号，确定所述第一负载口独立控制阀的阀芯位移x_v1；根据第一负载口独立控制阀阀口两端压力信息，确定所述的第一负载口独立控制阀两端压差Δp₁，所述第一负载口独立控制阀阀口两端压力信息为其工作油口与进油口两端的压力；

所述第一负载口独立控制阀的阀芯位移x_v1以及所述第一负载口独立控制阀两端压差Δp₁，结合关于阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出该第一负载口独立控制阀对应的第一腔的流量q_a：q_a＝q(x_v1,Δp₁)；

所述第二腔的流量q(x_v2,Δp₂)按照以下步骤获得：

根据所述第二初始控制信号，确定所述第二负载口独立控制阀的阀芯位移x_v2；根据第二负载口独立控制阀阀口两端压力信息，确定所述的第二负载口独立控制阀两端压差Δp₂，所述第二负载口独立控制阀阀口两端压力信息为其工作油口与进油口两端的压力；

根据所述第二负载口独立控制阀的阀芯位移x_v2以及所述第二负载口独立控制阀两端压差Δp₂，结合关于阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出该第二负载口独立控制阀对应的第二腔的流量q_b：q_b＝q(x_v2,Δp₂)。

7.根据权利要求1所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得第一初始控制信号包括：将所述目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号；

所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得第二初始控制信号包括：将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将该压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号。

8.根据权利要求7所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，当所述液压执行器伸出时，所述速度控制回路将目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号；所述压力控制回路将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将所述压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号，所述目标压力设置低至2bar，以降低出口节流损失；

当所述液压执行器缩回时，所述速度控制回路将目标速度与检测到的运行速度进行比较，计算出速度差值，将所述速度差值输入至PID速度调节器，获得所述第二初始控制信号；所述压力控制回路将目标压力与检测到的第二腔的压力进行比较，计算出压力差值，将所述压力差值输入至PID速度调节器，获得所述第一初始控制信号，所述目标压力设置低至2bar，以降低出口节流损失。

9.根据权利要求1所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，所述第一解耦补偿量和第二解耦补偿量按照以下步骤推导得出：建立所述速度控制回路和压力控制回路的复合物理模型；

所述复合物理模型中，理论上，所述压力控制回路根据目标压力和检测到的第二腔的压力，获得所述第二初始控制信号；根据所述第二初始控制信号，计算出所述第二腔的流量；根据所述第二腔的流量、检测到的运行速度和该第二腔的工作面积，计算出所述第二腔的压力，基于该检测到的第二腔的压力进行压力跟踪调节；

所述速度控制回路根据目标速度和检测到的运行速度，获得所述第一初始控制信号；根据所述第一控制信号，计算出所述第一腔的流量；根据所述第一腔的流量、检测到的运行速度和该第一腔的工作面积，计算出所述第一腔的压力，根据计算出的所述第一腔和第二腔的压力，计算出运行速度，基于该计算出的运行速度进行速度跟踪调节；

根据所述第二腔的压力和所述运行速度的计算公式，分析出所述第一腔对所述第二腔产生的干扰与运行速度和第二腔的工作面积有关，所述第二腔对所述第一腔产生的干扰与运行速度和第一腔的工作面积有关。

10.根据权利要求9所述的基于速度和压力反馈的负载口独立解耦控制***，其特征在于，所述压力控制回路根据所述第二腔的流量、检测到的运行速度和该第二腔的工作面积，按照以下公式计算出所述第二腔的压力p_b：

其中

V_b表示第二腔容腔体积，β_e2表示第二腔油液弹性模量，q_b表示第二腔的流量，A_b表示第二腔工作面积，v_cy表示检测到的运行速度；

所述速度控制回路根据所述第一腔的流量、检测到的运行速度和该第一腔的工作面积，按照以下公式计算出所述第一腔的压力p_a：

其中

V_a表示第一腔容腔体积，β_e1表示第一腔油液弹性模量，q_a表示第一腔的流量，A_a表示第一腔工作面积，v_cy表示检测到的运行速度；

所述速度控制回路根据计算出的所述第一腔的压力p_a和第二腔的压力p_b，按照以下公式计算出运行速度v_cy：

其中m表示液压执行器的等效负载质量，p_a表示第一腔的压力，A_a表示第一腔工作面积，p_b表示第二腔的压力，A_b表示第二腔工作面积，F_L表示液压执行器的负载力；

根据上述公式，分析确定所述第一解耦补偿量和第二解耦补偿量。

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