本發(fā)明屬于流體系統(tǒng)流量脈動(dòng)半主動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于輔助泵源配置的流體脈動(dòng)抑制方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有液壓系統(tǒng)大多采用容積式泵作為液壓動(dòng)力源，容積式泵的吸排油都是基于密封容積的變化以及流體的可壓縮性原理工作，因此其吸排油過(guò)程的不均勻不可避免將產(chǎn)生流量脈動(dòng)。泵源的流量脈動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，表現(xiàn)為壓力脈動(dòng)，與管路等固體元件流固耦合產(chǎn)生較大的振動(dòng)噪聲，是液壓系統(tǒng)的主要噪聲源。

流量脈動(dòng)的抑制是液壓系統(tǒng)降噪的熱點(diǎn)問(wèn)題，目前研究主要集中在兩大方面，一種是被動(dòng)式衰減技術(shù)，一種是主動(dòng)式脈動(dòng)衰減技術(shù)。被動(dòng)式衰減技術(shù)，主要表現(xiàn)為各種各樣的脈動(dòng)衰減器。脈動(dòng)衰減器種類較多，大致可分為共振型、擴(kuò)張型、干涉型三類。脈動(dòng)衰減器在一定頻段內(nèi)具有衰減效果，但隨運(yùn)行工況的調(diào)整衰減效果將變差，且無(wú)法直接削弱系統(tǒng)的線譜特征。主動(dòng)式衰減技術(shù)，主要通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中脈動(dòng)幅值，動(dòng)態(tài)調(diào)整相應(yīng)作動(dòng)器動(dòng)作，以達(dá)到衰減脈動(dòng)幅值的目的。因流量脈動(dòng)頻率較高，相應(yīng)作動(dòng)器的頻響要求也較高，現(xiàn)有的各種閥、電機(jī)或泵都無(wú)法滿足這種高頻響需求。一種可行性做法是，采用壓電陶瓷等高頻響新材料新研作動(dòng)器，例如專利cn102506031中發(fā)明的雙邊壓電陶瓷溢流閥，巴斯大學(xué)branson等人在piezoelectricallyactuatedhydraulicvalvedesignforhighbandwithandflowperformance中提出的新型壓電陶瓷閥?；谥鲃?dòng)控制的流量脈動(dòng)衰減技術(shù)研究較多，但基于現(xiàn)有的公開資料表明，主動(dòng)控制的流量脈動(dòng)抑制措施，算法要求較高，僅能控制幾根線譜，無(wú)法在全頻段上控制流量脈動(dòng)，甚至若算法或激振點(diǎn)布置不當(dāng)效果還可能適得其反。同時(shí)因其系統(tǒng)搭建成本高，因此實(shí)際工程應(yīng)用十分有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于輔助泵源配置的流體脈動(dòng)抑制方法，旨在解決現(xiàn)有被動(dòng)式脈動(dòng)衰減，無(wú)法有效抑制線譜噪聲；主動(dòng)式衰減技術(shù)配置成本高，控制穩(wěn)定性差，難度大的缺陷。

本發(fā)明提供了一種基于輔助泵源配置的流體脈動(dòng)抑制方法，通過(guò)配置輔助泵源，并調(diào)整運(yùn)行相位差來(lái)消除流量脈動(dòng)，包括如下步驟：

(1)獲得現(xiàn)有液壓系統(tǒng)的泵源參數(shù)；所述泵源參數(shù)包括轉(zhuǎn)速、流量脈動(dòng)幅值、運(yùn)行基頻；

(2)根據(jù)所述泵源參數(shù)在所述液壓系統(tǒng)中配置輔助泵源；所述輔助泵源的流量基頻與所述液壓系統(tǒng)中主泵源的基頻相同，所述輔助泵源的流量脈動(dòng)幅值與所述主泵源的流量脈動(dòng)幅值；

(3)控制所述輔助泵源與所述主泵源同步運(yùn)行；

(4)當(dāng)所述輔助泵源和所述主泵源以相同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述主泵源的輸出流量和所述輔助泵源的輸出流量同時(shí)進(jìn)入主油路，匯合時(shí)刻主泵源處于流量脈動(dòng)的波峰和輔助泵源處于流量脈動(dòng)的波谷，兩張疊加使主油路油液流量趨于平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)消減主油路脈動(dòng)。

更進(jìn)一步地，通過(guò)使所述輔助泵源與所述主泵源的相位差錯(cuò)開1/2個(gè)流量脈動(dòng)周期來(lái)調(diào)整運(yùn)行相位差。

更進(jìn)一步地，在步驟(3)中，通過(guò)控制所述輔助泵源與所述主泵源的轉(zhuǎn)速使得主油路壓力脈動(dòng)最小來(lái)實(shí)現(xiàn)所述輔助泵源與所述主泵源同步運(yùn)行。

更進(jìn)一步地，比較所述輔助泵源與所述主泵源出口壓力脈動(dòng)曲線后找到相位相差180°的位置差，通過(guò)差動(dòng)控制所述輔助泵源與所述主泵源的轉(zhuǎn)速。

更進(jìn)一步地，在步驟(3)中，通過(guò)給定所述輔助泵源與所述主泵源相同的轉(zhuǎn)速信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)所述輔助泵源與所述主泵源同步運(yùn)行。

更進(jìn)一步地，在給定所述輔助泵源與所述主泵源相同的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間，對(duì)所述輔助泵源與所述主泵源的初始相位差進(jìn)行標(biāo)定。

更進(jìn)一步地，所述標(biāo)定具體為：提取所述輔助泵源與所述主泵源出口和主油路上壓力脈動(dòng)信號(hào)，調(diào)整兩泵源相位差，當(dāng)主油路上壓力脈動(dòng)相對(duì)最小時(shí)完成標(biāo)定。

本發(fā)明中，控制對(duì)象是主油路中流量脈動(dòng)，關(guān)鍵的控制元件是配置輔助泵源，其由電機(jī)、泵、連接管路以及與主油路匯流的管路接頭組成。配置的輔助泵源與主泵源基頻必須一致，且流量脈動(dòng)幅值最好與主泵源一致，以配置相同泵源為最優(yōu)?？梢耘渲脝为?dú)的同步運(yùn)動(dòng)控制器，也可以直接引入主泵源的控制信號(hào)，控制輔助泵源，使輔助泵源與主泵源同步運(yùn)動(dòng)即可。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)本發(fā)明配置策略簡(jiǎn)單，且其脈動(dòng)抵消主要依據(jù)同轉(zhuǎn)速下的液壓泵流量脈動(dòng)基頻一致，因此其適用范圍廣，尤其適用于直驅(qū)式伺服系統(tǒng)(其依靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制液壓系統(tǒng))，可隨主泵源轉(zhuǎn)速調(diào)整同步調(diào)整次級(jí)泵源，具備一定的主動(dòng)控制特性；

(2)本發(fā)明不需要額外的設(shè)計(jì)高頻響作動(dòng)器，輔助泵源簡(jiǎn)單易于獲得，因此其系統(tǒng)簡(jiǎn)單，控制便捷；

(3)本發(fā)明充分利用了相同或同類型同轉(zhuǎn)速泵源流量脈動(dòng)的一致性，脈動(dòng)衰減效果較好，不僅可在全頻段范圍內(nèi)降低壓力脈動(dòng)，還可削弱系統(tǒng)的線譜特征；

(4)輔助泵源的選取可選用小型電動(dòng)泵，體積小，易于實(shí)用化。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的總體方法流程圖；

圖2(a)是本發(fā)明第一種實(shí)現(xiàn)方式的控制流程圖，(b)是本發(fā)明第二種實(shí)現(xiàn)方式的控制流程圖；

圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施示例，(a)是原液壓系統(tǒng)原理圖，(b)是配置輔助泵源后的液壓原理圖；

圖4是本發(fā)明衰減流量脈動(dòng)的理論原理。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明是為了克服被動(dòng)式脈動(dòng)衰減器變工況適應(yīng)性有限，主動(dòng)式脈動(dòng)衰減技術(shù)作動(dòng)器選擇有限、控制系統(tǒng)配置復(fù)雜的缺點(diǎn)，提出的可削弱液壓系統(tǒng)線譜特征，一定程度上也能適應(yīng)運(yùn)行工況變化的一種基于輔助泵源配置技術(shù)的流體脈動(dòng)抑制方法。

本發(fā)明提出了一種半主動(dòng)式的流量脈動(dòng)控制手段，提出了配置另一套次級(jí)噪聲源，即輔助泵源的措施，通過(guò)次級(jí)噪聲源的疊加干擾，消除主油路上的流量脈動(dòng)。

本發(fā)明提供了一種基于輔助泵源配置的流體脈動(dòng)抑制方法，如圖1所示，具體包括如下步驟：

步驟s1，獲取液壓系統(tǒng)泵源主要參數(shù)，包括系統(tǒng)流量、運(yùn)行范圍、泵源轉(zhuǎn)速、泵源齒數(shù)(或柱塞數(shù))、基頻等參數(shù)；

步驟s2，選取輔助泵源，輔助泵源宜選取與液壓系統(tǒng)中的主泵源完全相同，但此類做法將2倍提高系統(tǒng)輸出流量，對(duì)原液壓系統(tǒng)影響較大?？刹扇⒅鞅迷刺鎿Q為兩個(gè)1/2排量的泵源，或選取微小流量的小排量泵作為輔助泵源。參考附圖4，主泵源流量脈動(dòng)可近似認(rèn)為是一正弦曲線，主泵源流量與輔助泵源流量在主油路上匯合，為保證匯合后的流量平穩(wěn)，則選用的輔助泵源則需與主泵源流量脈動(dòng)曲線一致，相位相差180°，達(dá)到流量相互抵消的目的。若流量脈動(dòng)的幅值不同，或脈動(dòng)曲線存在一定差異則最終脈動(dòng)衰減效果將會(huì)有限。

步驟s3，配置同步運(yùn)行控制器，本系統(tǒng)的關(guān)鍵就是保證輔助泵源與主泵源的同步運(yùn)行。如圖2，可以添加同步運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，如圖2(a)所示，同步運(yùn)動(dòng)控制器需要引入兩泵源的轉(zhuǎn)速信號(hào)，出口流量脈動(dòng)信號(hào)，比較后作為反饋值輸入同步運(yùn)動(dòng)控制器。同步運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)嵌自適應(yīng)控制算法，控制對(duì)象為泵源轉(zhuǎn)速，控制目標(biāo)為使主油路壓力脈動(dòng)最小，具體來(lái)說(shuō)即比較兩泵源出口壓力脈動(dòng)曲線后找到相位相差180°的位置差，通過(guò)差動(dòng)控制兩泵源轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。同步運(yùn)動(dòng)控制器輸出兩泵源的轉(zhuǎn)速差值傳遞至系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器結(jié)合位置控制指令信號(hào)和轉(zhuǎn)速差值信號(hào)分別給定兩泵源轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)工作。如圖2(b)所示，也可直接通過(guò)系統(tǒng)控制器給定泵源相同的轉(zhuǎn)速信號(hào)直接開環(huán)控制，但開環(huán)控制需要首先手動(dòng)標(biāo)定兩泵源初始相位差。標(biāo)定方法為，提取兩泵源出口和主油路上壓力脈動(dòng)信號(hào)，手動(dòng)調(diào)整兩泵源相位差，當(dāng)主油路上壓力脈動(dòng)相對(duì)最小時(shí)，標(biāo)定完成，完成后將此時(shí)的位置置零，作為兩泵源初始運(yùn)動(dòng)點(diǎn)。任一時(shí)刻由電機(jī)的系統(tǒng)控制器直接給的相同控制信號(hào)即可，也可直接提取主泵源的控制指令信號(hào)，同步控制輔助泵源，同步控制必須保證沒(méi)有時(shí)延。

步驟s4，輔助泵源和主泵源以相同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)主泵源輸出流量和輔助泵源流量同時(shí)進(jìn)入主油路，匯合時(shí)刻主泵源處于流量脈動(dòng)的波峰和輔助泵源處于流量脈動(dòng)的波谷，兩張疊加使主油路油液流量趨于平穩(wěn)，如圖4所示。

為了更進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于輔助泵源配置的流體脈動(dòng)抑制方法，下面結(jié)合附圖3(a)、圖3(b)和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明如下：

如圖3(a)所示，其為一套基本的直驅(qū)式伺服系統(tǒng)。伺服電機(jī)控制器1控制伺服電機(jī)2運(yùn)轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)2帶動(dòng)液壓泵3運(yùn)行，伺服電機(jī)2的轉(zhuǎn)速、方向變化導(dǎo)致進(jìn)入液壓缸6的液壓油流量、方向變化，從而帶動(dòng)液壓缸6按指令動(dòng)作。同時(shí)，位移傳感器7測(cè)量液壓缸6的位移，其反饋信號(hào)8與輸入指令信號(hào)9同時(shí)輸入伺服電機(jī)控制器1，作為控制伺服電機(jī)2運(yùn)行的決策依據(jù)。4.1和4.2為單向閥，配合蓄能器5可對(duì)閉式回路進(jìn)行補(bǔ)油。

本發(fā)明實(shí)施例提供的基于輔助泵源配置技術(shù)的流體脈動(dòng)抑制方法，具體步驟如下：

步驟s1，識(shí)別圖3(a)系統(tǒng)中液壓泵相關(guān)參數(shù)，例如其為7柱塞，排量為d的柱塞泵，常用運(yùn)行工況為伺服電機(jī)1200rpm，流量脈動(dòng)幅值為a。

步驟s2，選取合適的輔助泵源包括電機(jī)13、泵15，最優(yōu)輔助泵源方案為選取7柱塞，常用工況為1200rpm，流量脈動(dòng)幅值也為a的柱塞泵，其排量可以不為d。另一種方案是將主泵源替換為兩個(gè)相同的d/2排量的柱塞泵。輔助泵源兩端各有一個(gè)電磁閥14.1/14.2，通過(guò)電磁閥的開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)輔助泵的投入運(yùn)行和撤離。

步驟s3，配置同步運(yùn)動(dòng)控制器11。本實(shí)施方法采用閉環(huán)控制，在主泵源出口安裝水聽器17.3和17.4，輔助泵源出口安裝水聽器17.1和17.2，主油路匯流后安裝水聽器17.5和17.6，將所有水聽器監(jiān)測(cè)的壓力脈動(dòng)信號(hào)16反饋引入同步運(yùn)動(dòng)控制器11中，其以17.5和17.6壓力脈動(dòng)信號(hào)最小為控制目的，通過(guò)自適應(yīng)算法輸出使主油路脈動(dòng)最小的兩泵源轉(zhuǎn)速差，同時(shí)比較系統(tǒng)位置反饋和控制指令輸入信號(hào)，得出兩泵源的轉(zhuǎn)速控制指令值，將轉(zhuǎn)速信號(hào)分別傳遞給伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器12/1，控制兩泵源運(yùn)轉(zhuǎn)。

步驟s4，兩泵源輸出的流量在主油路匯合，波峰和波谷疊加動(dòng)態(tài)消減主油路脈動(dòng)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。