[发明专利]直驱式伺服泵控电液混合驱动的液压缸控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及电液伺服系统，为一种直驱式伺服泵控电液混合驱动的液压缸控制系统及控制方法。

背景技术

目前的电液伺服系统工作时，必须通过一系列各种功能的阀，特别是需要比例阀、伺服阀等来控制工作液体的压力、流速、流向，从而使各液压缸按照工艺要求完成应有的动作。同时，不可避免存在结构复杂、能耗大、发热量严重、噪音高、振动大、油液过滤精度要求高、节流损失大等缺陷。

泵控液压控制系统，将原来的控制方式由阀控革命性的变革为泵控，将原来的节流调速原理，能量损耗大，系统易发热，效率低等缺点抛弃，充分利用容积调速，节能环保，同步精度高，响应快。由于双作用液压缸面积比较大（可达12：1），上下腔排油和进油流量相差很大，而泵因为其容积控制，从而决定了吸油量和排油量是相等的，因此而产生的流量不对称性成为泵控系统亟待解决的控制问题。

目前国内各高校分别在船舶及节能电梯等应用领域进行泵控系统的基础研究。目前的泵控方案采用单个或两个液控单向阀或者采用双泵控制解决泵控非对称缸的流量不平衡问题。其中液控单向阀控制实现方式是将液压缸流量不平衡的一腔直接与油箱连接，通过系统压力自动控制其从油箱补油或向油箱排油。对于向油箱排油侧，一方面，油液的快速无负载流动产生了额外的压力损失和发热；另一方面，油箱因为要足够容纳油缸快速运行时所需的油液量，因而油箱体积难以减小，无法体现出泵控的节能优势即减少油液介质的用量和消耗量。此外，液控方式增加了系统控制的复杂度。

而双泵控制方案，仅解决了补油问题和液控压力提供，带来的问题是系统体积更大，功率更大，能源效率降低，性价比不高。

发明内容

本发明要解决的问题是：泵控液压控制系统在理论上具有节能环保，同步精度高，响应快的优点，但在实际应用中现有技术对于泵控液压控制系统的流量不对称性问题没有合适的解决办法，系统控制复杂、能源效率低、性价比不高。

本发明的技术方案为：直驱式伺服泵控电液混合驱动的液压缸控制系统，包括伺服电机、双向泵、差动卸荷阀、第一单向阀、第二单向阀、油箱、液压缸和伺服驱动器，液压缸的活塞杆腔环形截面积和活塞截面积之比不为1，伺服驱动器连接伺服电机，伺服电机的输出连接双向泵，双向泵分两路油路，第一油路连接至液压缸的无杆腔，第二油路连接至液压缸的有杆腔，所述两路油路分别分出一支路经安全阀连接至油箱，第二油路经第一单向阀、差动卸荷阀单向连接至第一油路，油箱连接差动卸荷阀的油口B，油箱还通过第二单向阀单向连接至第二油路。

进一步的，所述两路油路上分别设有压力传感器。

进一步的，液压缸的活塞杆对应设有位移传感器。

上述直驱式伺服泵控电液混合驱动的液压缸控制系统的控制方法，由伺服驱动器控制伺服电机直接驱动双向泵产生液压能，实现对液压缸的压力、流量、方向的复合控制，双向泵的两路油路分别连接液压缸的有杆腔和无杆腔，油箱用于有杆腔和无杆腔流量不平衡时的补油和泄油，由伺服电机的正反转向控制液压缸的活塞杆运动方向：

伺服电机正转时，驱动双向泵将液压缸有杆腔的油及油箱的油液吸出，由第二油路流向第一油路，最终流入无杆腔，使活塞杆伸出；

伺服电机反转时，驱动双向泵将液压缸无杆腔的油的吸出，油液由第一油路流向第二油路，最终流入有杆腔和油箱，使活塞杆退回。

差动卸荷阀与第一单向阀共同实现对液压缸的快速差动控制，以及实现液压缸活塞杆伸出和缩回时的不平衡流量的补油和泄油，对液压缸的控制具体为：

活塞杆快速伸出：伺服电机带动双向泵正转，油箱的油液流过第二单向阀，由第二油路进入双向泵的吸油腔，再由第一油路进入液压缸的无杆腔，此时差动卸荷阀一侧得电，油口P到油口A接通，有杆腔排出的油经第一单向阀和差动卸荷阀直接向液压缸无杆腔补充油量,形成差动回路，由所述两路向无杆腔的进油实现活塞杆的快速伸出；

活塞杆慢速伸出:伺服电机带动双向泵正转，差动卸荷阀不得电，保持中位机能闭锁，油口全部关闭，在双向泵的液压能下，油箱中的油液经第二单向阀与液压缸有杆腔排出的油液一起由第二油路流入双向泵的吸油腔，双向泵的排油腔输出油液到液压缸无杆腔，活塞杆伸出；

活塞杆退回：伺服电机带动双向泵反转，在双向泵的液压能下，液压缸无杆腔的油液经第一油路流向双向泵的吸油腔，再由第二油路流入液压缸有杆腔，此时差动卸荷阀一侧得电，油口P到油口B接通，无杆腔的一部分油液同时由差动卸荷阀泄流到油箱。