[发明专利]一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制方法及装置，属于电液伺服控制与自动化技术领域。

背景技术

电液伺服系统由于其响应速度快、输出力大、体积小等优点，被作为驱动机构广泛应用于各种负载驱动中。一般常用到的电液伺服系统包括伺服阀控缸系统和伺服阀控马达系统，其中伺服阀控缸系统适用于直线运动机构的驱动，而伺服阀控马达则适用于旋转运动机构的驱动。当然，通过一定的机械转换，直线运动和旋转运动也可以相互转换。

如果被驱动的负载在受到外力作用时发生扭转、拉压等弹性形变，则会产生与所施加的外力相反的弹性力，当外力撤消后，被驱动负载在弹性力的作用下又恢复原来的几何形状，这样的负载被称作弹性负载，如车辆中用于减振的扭力轴，就属于弹性负载。当电液伺服系统驱动弹性负载进行位置控制时，由于弹性力的存在导致控制难度加大。

可以将弹性负载的运动过程分成个阶段，一个阶段是弹性负载在电液伺服系统的驱动下从零位开始运动，这里的零位是指弹性负载在不受外力时的状态；第二种是弹性负载在电液伺服系统的驱动下从其它位置向零位运动。

下面分别以伺服阀控缸及伺服阀控马达驱动扭力轴进行扭转运动为例进行说明：

伺服阀控缸驱动扭力轴的原理如图1所示。液压缸2的活塞杆通过摇臂3与扭力轴4的一端相连，液压缸2通过支座1固定，扭力轴4的另一端通过支座5进行固定，伺服阀6的A口和B口分别与液压缸2的A腔及B腔相连。当活塞杆进行伸出或缩回直线运动时，就可以带动扭力轴4逆时针或顺时针进行旋转运动。

伺服阀控马达驱动扭力轴的原理如图2所示。液压马达7的驱动轴通过联轴器8与扭力轴4的一端相连，扭力轴4的另一端通过支座9进行固定，伺服阀6的A口和B口分别与液压马达7的A腔及B腔相连。当液压马达进行旋转运动时，就可以带动扭力轴4进行旋转运动。

伺服阀控缸驱动扭力轴4进行扭转运动的过程如下：

控制伺服阀6使高压供油从A口进入液压缸2的A腔，而B腔则通过伺服阀6的B口与回油相连，活塞杆在高压油的作用下向外伸出，带动扭力轴4从零位开始进行逆时针扭转，此时扭力轴4会产生与运动方向相反的弹性力。通过控制伺服阀6的供油口与A口之间的开度，就可以控制活塞杆的伸出速度，从而控制扭力轴4按照设定的规律进行扭转。

当控制扭力轴4顺时针回退到零位时，需要使活塞杆缩回，此时扭力轴4产生的弹性力方向变得与活塞杆的运动方向一致，由于这个弹性力是不可控的，这就给控制活塞杆的运动规律带来一定的困难。

为了能让液压缸2的活塞杆缩回，应该控制伺服阀6，使液压缸2的A腔通过伺服阀6的A口与回油相连，这样活塞杆在缩回时，液压缸A腔内的液压油才能排出到回油内，但与此同时，高压油也会从伺服阀6的B口进入液压缸2的B腔，在高压油的作用下，会产生一个与活塞杆缩回方向相同的液压力，这样就进一步加大了作用在活塞杆上的力，导致对活塞杆运动过程的控制难度进一步加大。

对于伺服阀控马达系统，也同样存在上述问题，只是一个为直线运动转换为旋转运动，另一个直接就是旋转运动而已。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种新的基于电液伺服驱动的弹性负载控制方法，该方法设计了一种新的控制油路，只对电液伺服系统进行单腔控制，以解决当弹性负载从最大位置向零位运动时，运动规律难以精确控制的问题，还可以节省能源。

该方案是这样实现的：

一种基于电液伺服驱动的弹性负载节能控制装置，该装置包括：伺服阀、高压油源、低压油源、溢流阀、执行机构，该执行机构为液压缸或液压马达；

伺服阀的供油口与高压油源相连，伺服阀的回油口与油箱相连，伺服阀的B口堵死不用；伺服阀的A口与执行机构的A腔相连，低压油源与执行机构的B腔相连，并且执行机构的B腔与一个溢流阀的入口相连，该溢流阀的出口与油箱相连；执行机构与弹性负载相连接；所述低压油源压力的设定原则为：低压油源在执行机构B腔产生的力能够抵消执行机构的摩擦力。

采用本发明提出的控制油路时，其控制过程如下：

(1)当需要控制弹性负载从零位开始按照设定的规律进行运动时，给伺服阀施加控制信号，以控制伺服阀供油口的高压油通过A口进入执行机构A腔中，而执行机构B腔的液压油通过溢流阀流回到油箱中；通过调节控制信号的大小控制伺服阀供油口的高压油源通过A口进入执行机构A腔的速度，从而控制弹性负载按期望的运动轨迹进行运动；