液力平衡式伺服控制變量液壓泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，它包括：斜盤變量泵體、液力平衡機(jī)構(gòu)、伺服變量機(jī)構(gòu)和閉環(huán)控制器四大部分。斜盤變量泵體構(gòu)成基體部分實(shí)現(xiàn)泵送功能；斜盤傾角決定了泵的排量，變量機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)由電控比例閥控制的活塞缸分別連接斜盤兩端，構(gòu)成斜盤液力平衡機(jī)構(gòu)；閉環(huán)控制器采集傳感器的信號(hào)，根據(jù)內(nèi)部閉環(huán)PID算法適應(yīng)相應(yīng)工況控制液壓泵完成所需的變量泵送功能。由于斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)中的摩擦力和粘性阻力被液力預(yù)先平衡掉，變量機(jī)構(gòu)帶動(dòng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)的力大大減小，泵變量動(dòng)作靈敏，響應(yīng)迅速；又由于采用了傳感反饋和閉環(huán)控制器，使得泵的控制精度高，并可實(shí)現(xiàn)壓力、流量、功率等多種變量控制方式。
【專利說明】 液力平衡式伺服控制變量液壓泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流體傳動(dòng)中變量泵及其控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，其通過液力平衡斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的摩擦力和粘性阻力，由閉環(huán)控制器控制伺服電機(jī)完成泵的變量控制功能。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳感檢測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，流體傳動(dòng)領(lǐng)域從基礎(chǔ)元件到整機(jī)系統(tǒng)都朝著自動(dòng)化、數(shù)字化和集成化控制方向飛速發(fā)展。泵作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，對(duì)系統(tǒng)性能起著舉足輕重的作用，因此各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ谧兞恳簤罕玫目刂菩阅芤笤絹碓礁?。帶有液力平衡功能和閉環(huán)控制器的由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行變量控制的液壓泵具有變量靈活、響應(yīng)迅速，控制精度高，便于與計(jì)算機(jī)接口等特點(diǎn)，符合應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ψ兞勘眯阅艿囊?，并體現(xiàn)了流體傳動(dòng)領(lǐng)域向數(shù)字化、自動(dòng)化方向發(fā)展的大趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為提高傳統(tǒng)變量液壓泵的控制精度和靈活性以及集成化控制性能，本發(fā)明提供了一種液力反饋式伺服控制變量液壓泵，采用比例閥控活塞缸構(gòu)成液力平衡機(jī)構(gòu)，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)，采用閉環(huán)控制器進(jìn)行變量控制，具有變量靈活，響應(yīng)迅速,控制精度高，便于與計(jì)算機(jī)接口等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，包括斜盤，第一活塞缸，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，編碼器，伺服電機(jī)，第一壓力傳感器，斜盤變量泵體，第二壓力傳感器，第二活塞缸，第一電控比例閥，第二電控比例閥，第三壓力傳感器，閉環(huán)控制器；斜盤變量泵體構(gòu)成基體部分，其余機(jī)構(gòu)都安裝配合于其中，實(shí)現(xiàn)泵送功能；液力平衡機(jī)構(gòu)包括第一活塞缸、第二活塞缸和第一電控比例閥、第二電控比例閥，第一活塞缸和第二活塞缸分別連接斜盤的兩端，第一活塞缸的控制腔與第一電控比例閥相連，第二活塞缸的控制腔與第二電控比例閥相連；伺服變量機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一端連接斜盤，一端通過聯(lián)軸器連接伺服電機(jī)；閉環(huán)控制器采集端連接第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器和編碼器，閉環(huán)控制器輸出端連接第一電控比例閥、第一電控比例閥的控制端和伺服電機(jī)的控制端；第一壓力傳感器測(cè)量第一活塞缸的壓力，第二壓力傳感器測(cè)量第二活塞缸的壓力，第三壓力傳感器測(cè)量泵出口的壓力。
[0005]進(jìn)一步地，第一活塞缸、第二活塞缸、第一電控比例閥和第二電控比例閥構(gòu)成液力平衡機(jī)構(gòu)；斜盤的兩端與第一活塞缸和第二活塞缸相連，第一活塞缸和第二活塞缸分別由第一電控比例閥和第二電控比例閥控制，第一電控比例閥和第二電控比例閥由閉環(huán)控制器控制。
[0006]進(jìn)一步地，伺服電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成變量機(jī)構(gòu)；斜盤的一端連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)帶動(dòng)，斜盤由伺服電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；伺服電機(jī)由閉環(huán)控制器控制。
[0007]進(jìn)一步地，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可為蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置或滾珠絲杠傳動(dòng)裝置。[0008]進(jìn)一步地，閉環(huán)控制器是一種基于單片機(jī)的控制卡，可采集壓力傳感器和編碼器數(shù)據(jù)，經(jīng)過閉環(huán)PID算法之后控制伺服電機(jī)完成泵變量控制功能。
[0009]本發(fā)明專利的有益效果是:
1、液力平衡機(jī)構(gòu)使得斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需外力小、響應(yīng)迅速，動(dòng)作靈敏；
2、伺服電機(jī)用作變量斜盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制精度高；
3、編碼器測(cè)得伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)，控制器可據(jù)此計(jì)算得出泵的實(shí)時(shí)排量；
4、閉環(huán)控制器使得泵的變量方式靈活，控制精度高，且便于與計(jì)算機(jī)接口；
5、可在低壓或者小流量工況下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的壓力流量匹配，可借此減少液壓系統(tǒng)的能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明液力平衡式伺服控制變量液壓泵的原理圖。
[0011]圖中:1、斜盤,2、第一活塞缸,3、傳動(dòng)機(jī)構(gòu),4、編碼器,5、伺服電機(jī),6、第一壓力傳感器，7、斜盤變量泵體，8、第二壓力傳感器，9、第二活塞缸，10、第一電控比例閥，11、第二電控比例閥，12、第三壓力傳感器，13、閉環(huán)控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0013]如附圖所示，本發(fā)明包括:包括斜盤1，第一活塞缸2，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3，編碼器4，伺服電機(jī)5，第一壓力傳感器6，斜盤變量泵體7，第二壓力傳感器8，第二活塞缸9，第一電控比例閥10，第二電控比例閥11，第三壓力傳感器12，閉環(huán)控制器13 ;斜盤變量泵體7作為基體，完成泵送功能，其他機(jī)構(gòu)都安裝配合于其中；泵的排量由斜盤I傾角決定，斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)由伺服變量機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，變量機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)5和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3構(gòu)成，伺服電機(jī)5可正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度可由閉環(huán)控制器13控制，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3將伺服電機(jī)5的角位移轉(zhuǎn)換成直線位移驅(qū)動(dòng)斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)；斜盤I兩端分別連接第一活塞缸2和第二活塞缸4，第一活塞缸2和第二活塞缸4的力差值既可以平衡斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)過程中遇到的摩擦力和粘性阻力，還可以為變量機(jī)構(gòu)提供輔助力，從而變量機(jī)構(gòu)可以用較小的力帶動(dòng)斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)，而斜盤I轉(zhuǎn)動(dòng)的響應(yīng)速度也更快；第一活塞缸2和第二活塞缸9分別受第一電控比例閥10和第二電控比例閥11控制，第一電控比例閥10和第二電控比例閥11根據(jù)閉環(huán)控制器13的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制進(jìn)入第一活塞缸2和第二活塞缸9的流量；第一電控比例閥10和第二電控比例閥11的響應(yīng)速度很快并且控制精度很高，結(jié)合閉環(huán)控制器13的傳感反饋信號(hào)和閉環(huán)PID算法，可以精確地控制第一活塞缸2和第二活塞缸9給到斜盤I兩端的力差值；第一壓力傳感器6和第二壓力傳感器8分別采集第一活塞缸2和第二活塞缸9的力，第三壓力傳感器12采集泵出口的壓力，上述三個(gè)壓力信號(hào)反饋給閉環(huán)控制器13，編碼器4測(cè)得伺服電機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)并反饋給閉環(huán)控制器13，閉環(huán)控制器13根據(jù)編碼器4的信號(hào)計(jì)算出泵的輸出流量；閉環(huán)控制器13將壓力和流量的實(shí)時(shí)值與預(yù)設(shè)值比較，得到的差值進(jìn)入閉環(huán)PID算法，進(jìn)而輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制伺服電機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)以完成相應(yīng)工況下所需的變量功能。
[0014]本發(fā)明的工作過程如下:根據(jù)實(shí)際工況，由主機(jī)系統(tǒng)或者外部控制器經(jīng)過CAN總線給閉環(huán)控制器13設(shè)置泵的工作參數(shù)如壓力、流量、功率等，或者使用閉環(huán)控制器13的內(nèi)部默認(rèn)值；以恒流量變量為例，泵啟動(dòng)之后，閉環(huán)控制器13輸出控制信號(hào)給第一電控比例閥10和第二電控比例閥11使得第一活塞缸2和第二活塞缸9給到斜盤的力差值與摩擦力和粘性阻力平衡，這個(gè)過程中閉環(huán)控制器13不斷根據(jù)預(yù)設(shè)值比較第一壓力傳感器6和第二壓力傳感器8的數(shù)值，并調(diào)整驅(qū)動(dòng)第一電控比例閥10和第二電控比例閥11的信號(hào)，直到力差值與預(yù)設(shè)阻力值相等為止；閉環(huán)控制器13采集編碼器4所得角度信號(hào)
并根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，其特征在于:包括斜盤(I)、第一活塞缸(2)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)、編碼器(4)、伺服電機(jī)(5)、第一壓力傳感器(6)、斜盤變量泵體(7)、第二壓力傳感器(8)、第二活塞缸(9)、第一電控比例閥(10)、第二電控比例閥(11)、第三壓力傳感器(12)、閉環(huán)控制器(13)等；斜盤變量泵體(7)構(gòu)成基體部分，其余機(jī)構(gòu)都安裝配合于其中，實(shí)現(xiàn)泵送功能；第一活塞缸(2)和第二活塞缸(9)分別連接斜盤(I)的兩端，第一活塞缸(2)的控制腔與第一電控比例閥(10 )相連，第二活塞缸(9 )的控制腔與第二電控比例閥(11)相連；伺服變量機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)(5)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3) —端連接斜盤(I), 一端通過聯(lián)軸器連接伺服電機(jī)(5);閉環(huán)控制器(13)采集端連接第一壓力傳感器(6)、第二壓力傳感器(8)、第三壓力傳感器(12)和編碼器(4)，閉環(huán)控制器(13)輸出端連接第一電控比例閥(10)、第一電控比例閥(11)的控制端和伺服電機(jī)(5)的控制端；第一壓力傳感器(6)測(cè)量第一活塞缸(2)的壓力，第二壓力傳感器(8)測(cè)量第二活塞缸(9)的壓力，第三壓力傳感器(12)測(cè)量泵出口的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，其特征在于:第一活塞缸(2)、第二活塞缸(9)、第一電控比例閥(10)和第二電控比例閥(11)構(gòu)成液力平衡機(jī)構(gòu)；斜盤(I)的兩端與第一活塞缸(2)和第二活塞缸(9)相連,第一活塞缸(2)和第二活塞缸(9)分別由第一電控比例閥(10 )和第二電控比例閥(11)控制，第一電控比例閥(10 )和第二電控比例閥(11)由閉環(huán)控制器(13)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，其特征在于:伺服電機(jī)(5 )和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 )構(gòu)成變量機(jī)構(gòu)；斜盤(I)的一端連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 ),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 )由伺服電機(jī)(5 )帶動(dòng)，斜盤(I)由伺服電機(jī)(5 )通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 )驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；伺服電機(jī)(5 )由閉環(huán)控制器(13)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種變量機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)可為蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置或滾珠絲杠傳動(dòng)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液力平衡式伺服控制變量液壓泵，閉環(huán)控制器(13)是一種基于單片機(jī)的控制卡，可采集壓力傳感器和編碼器數(shù)據(jù)，經(jīng)過閉環(huán)PID算法之后控制伺服電機(jī)(5)完成泵變量控制功能。
【文檔編號(hào)】F04B49/06GK103775321SQ201410031915
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】張斌, 鄧乾坤, 楊華勇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)