專利名稱：基于變頻調(diào)速的電液復(fù)合控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流體壓力執(zhí)行系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電液控制系統(tǒng)由于它響應(yīng)速度快、精度高、負(fù)載大而在各個行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，電液控制系統(tǒng)就其控制方式而言可以分為兩大類即節(jié)流控制系統(tǒng)與容積式控制系統(tǒng)。
節(jié)流控制系統(tǒng)通過電液控制閥控制流向負(fù)載的流量，而泵所輸出的多余的流量則通過溢流閥回油箱，它的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，精度高，但是由于存在溢流與節(jié)流損失而效率低。而容積式控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)泵的輸出流量來滿足系統(tǒng)的要求，效率高，節(jié)能，但是響應(yīng)速度慢，僅適用于低速大功率系統(tǒng)。
采用變頻調(diào)速技術(shù)使普通交流異步電機(jī)具備了近于直流電機(jī)的性能，它以調(diào)速性能好、節(jié)能的特點(diǎn)在風(fēng)機(jī)、水泵等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它為液壓系統(tǒng)的節(jié)能與控制提供了一種新的手段，即以變頻器控制普通異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，由此帶動定量泵，通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速而使泵的輸出流量發(fā)生變化，使泵的輸出流量與系統(tǒng)要求相適應(yīng)，最大限度地減少了溢流損失，效率高、節(jié)能。由于變頻調(diào)速技術(shù)通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變泵的輸出流量，電機(jī)大部分時間的轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速，有利于降低噪聲并提高泵的使用壽命。
隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻器性能的不斷提高，它在液壓系統(tǒng)中也獲得了一定的應(yīng)用。主要有液壓泵站的控制、液壓電梯的控制、對液壓馬達(dá)的控制及注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的改造等。
雖然變頻技術(shù)有著節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但是它在液壓系統(tǒng)中并沒有得到象在風(fēng)機(jī)、水泵等領(lǐng)域上的廣泛應(yīng)用，尚局限于不經(jīng)常調(diào)節(jié)或?qū)討B(tài)要求不高的系統(tǒng)上，主要原因是由于變頻器與電機(jī)的響應(yīng)速度慢，不能滿足液壓系統(tǒng)的要求，由于電機(jī)及液壓泵的慣量較大，并且電力電子器件的過流過載能力有限，造成由變頻器控制的電機(jī)加、減速時間較長，動態(tài)響應(yīng)速度慢，不能滿足液壓系統(tǒng)的要求。因此，如何提高系統(tǒng)的快速性，這是節(jié)能的變頻技術(shù)在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用的難點(diǎn)與關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型采用一種基于變頻調(diào)速的電液復(fù)合控制裝置，由變頻器控制電機(jī)和電液控制閥對液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，而對電液控制閥的控制，對能量調(diào)節(jié)單元的控制以及對變頻器的控制是由統(tǒng)一的系統(tǒng)控制器來完成。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下基于變頻調(diào)速的電液復(fù)合控制裝置包括變頻器、電機(jī)、液壓泵、檢測反饋單元、液壓控制系統(tǒng)、能量調(diào)節(jié)單元、控制器；變頻器經(jīng)電機(jī)接液壓泵，液壓控制系統(tǒng)和能量控制單元并聯(lián)接在液壓泵的輸出口，變頻器、電機(jī)、液壓控制系統(tǒng)、能量調(diào)節(jié)單元的檢測信號分別接檢測反饋單元，檢測反饋單元的反饋信號接控制器后由控制器輸出的控制信號分別控制變頻器、液壓控制系統(tǒng)、能量調(diào)節(jié)單元。
所說的變頻器為通用變頻器，電機(jī)為普通三相異步電機(jī)或變頻電機(jī)，液壓泵為定量泵或變量泵，檢測反饋單元由通用的傳感器組成(如壓力傳感器、流量傳感器、位置傳感器等)，控制系統(tǒng)包括液壓控制閥和執(zhí)行元件，能量調(diào)節(jié)單元為蓄能器加一個高速開關(guān)閥，控制器為單片機(jī)系統(tǒng)或其他微機(jī)控制器。
在基于變頻調(diào)速的電液復(fù)合控制系統(tǒng)中，所涉及的控制問題主要為以下三方面，即對電液控制閥的控制、對變頻器的控制、對能量調(diào)節(jié)單元的控制，首先作如下假設(shè)1)由控制器根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，計算得到當(dāng)前液壓系統(tǒng)所需的流量為Q；2)變頻器運(yùn)行的最高頻率為Fmax，此時對應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為nmax，泵輸出的流量為Qmax；3)檢測得到泵的輸出流量為Qf；4)電液控制閥的最大控制電流為Imax，對應(yīng)輸出的最大流量為Qmax，其電流死區(qū)為Id。
5)能量調(diào)節(jié)單元中的壓力為Pc，而系統(tǒng)的壓力為Ps。
6)根據(jù)不同的壓力情況，變頻器的最低運(yùn)行頻率為Fmin(P)。
則對變頻器的控制為 其中F為變頻器所應(yīng)輸出的頻率；Ff=QQmaxFmax]]>為根據(jù)流量計算出的變頻器所應(yīng)輸出的頻率；
對電液控制閥的控制為 其中I為電液控制閥的輸入電流；對能量調(diào)節(jié)單元的控制為 所以，它是一個電液復(fù)合控制系統(tǒng)，包含了兩個意義上的復(fù)合控制1)變頻器對電機(jī)的控制與電液控制閥對液壓系統(tǒng)的控制相復(fù)合；2)變頻器控制的液壓泵所形成的容積式控制與電液控制閥的節(jié)流式控制相復(fù)合。
它具有以下優(yōu)點(diǎn)1)節(jié)能。利用變頻器改變泵的轉(zhuǎn)速，使泵的輸出流量與系統(tǒng)要求相適應(yīng)，最大限度地減少了溢流損失，效率高、節(jié)能。它與采用變量泵的控制系統(tǒng)相比較，具有更大的節(jié)能潛力。因?yàn)樽兞勘迷诳蛰d時電機(jī)仍維持著較高的轉(zhuǎn)速，損耗較大，且變量泵的變量機(jī)構(gòu)也要消耗一部分能量。而變頻器此時可以讓電機(jī)完全停止，使能量損耗達(dá)到最低。同時，由于對變頻器的控制與對電液控制閥的控制是由同一個控制器完成，可以使得泵的流量在不大于系統(tǒng)所需流量時，可以使系統(tǒng)中的電液比例閥工作在最大閥口開度，從而大大減小閥的節(jié)流損失。
2)響應(yīng)速度快。在液壓系統(tǒng)中保留電液控制閥并增加能量調(diào)節(jié)單元，可以大大加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。因?yàn)橛捎陔姍C(jī)及液壓泵的慣量較大，并且電力電子器件的過流過載能力有限，造成由變頻器控制的電機(jī)加、減速時間較長，動態(tài)響應(yīng)低，不能滿足液壓系統(tǒng)具有較高響應(yīng)速度的要求。通過在液壓系統(tǒng)中保留電液控制閥，可以當(dāng)系統(tǒng)需要減速時，利用它的快速響應(yīng)性能，使系統(tǒng)迅速減速，達(dá)到要求。而在系統(tǒng)需要加速時，由能量調(diào)節(jié)單元提供加速流量，以滿足系統(tǒng)的要求，從而加快系統(tǒng)的響應(yīng)。在系統(tǒng)減速時，多余的能量通過能量調(diào)節(jié)單元回收。
3)利于降低噪聲及延長泵的壽命。因?yàn)殡姍C(jī)與泵在大部分時間工作在較低的轉(zhuǎn)速，可以降低系統(tǒng)的噪聲并延長泵的壽命。
4)利于實(shí)現(xiàn)泵的軟起動及軟停止。利用變頻器可以使泵以預(yù)先設(shè)定的曲線平穩(wěn)起動及停止，減小泵起動及停止時所產(chǎn)生的振動與沖擊。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，變頻器1經(jīng)電機(jī)2接液壓泵3，液壓控制系統(tǒng)5和能量控制單元6并聯(lián)接在液壓泵3的輸出口，變頻器1、電機(jī)2、液壓控制系統(tǒng)5、能量調(diào)節(jié)單元6的檢測信號分別接檢測反饋單元4，檢測反饋單元4的反饋信號接控制器7后由控制器7輸出的控制信號分別控制變頻器1、液壓控制系統(tǒng)5、能量調(diào)節(jié)單元6。
1)液壓控制系統(tǒng)是閥控系統(tǒng)，依靠液壓控制閥(電液比例閥等)來控制系統(tǒng)的速度及壓力；2)液壓泵為普通的液壓泵，可以是定量泵，也可以是變量泵，如齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等；3)電機(jī)為普通三相異步電動機(jī)或變頻電機(jī)，由變頻器驅(qū)動控制，變頻器為通用變頻器；4)液壓系統(tǒng)中有一能量調(diào)節(jié)單元，設(shè)置在液壓泵的出口處，它在系統(tǒng)需要加速時釋放能量，而在合適時吸收能量；5)檢測反饋單元根據(jù)需要對系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵量如系統(tǒng)流量、關(guān)鍵點(diǎn)壓力、泵輸出流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速等進(jìn)行檢測反饋；6)整個系統(tǒng)必須由一個統(tǒng)一的控制器完成控制，它接收指令信號及各個檢測反饋信號，根據(jù)控制算法對變頻器、能量調(diào)節(jié)單元、液壓控制系統(tǒng)分別施加合適的控制，以達(dá)到整體最優(yōu)的控制目的。
如圖2所示，是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理圖，利用蓄能器6.1加一個高速開關(guān)閥6.2構(gòu)成能量調(diào)節(jié)單元6。壓力傳感器8、10分別檢測泵出口與蓄能器的壓力，液壓泵3是一個定量泵，由普通三相異步電機(jī)2控制。而電機(jī)2則由變頻器1控制。安全閥9限制整個系統(tǒng)的最高工作壓力。液壓控制系統(tǒng)5為一個閥控制系統(tǒng)，它包含液壓控制閥(電液比例閥等)及執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))。檢測反饋單元4將液壓控制系統(tǒng)5的系統(tǒng)輸出流量、壓力、以及液壓缸(或液壓馬達(dá))的運(yùn)動速度、變頻器的輸出頻率、當(dāng)前頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測之后送給控制器7(可為單片機(jī)系統(tǒng)或其他微機(jī)控制器)。而控制器7則根據(jù)檢測反饋單元4的反饋信號及當(dāng)前系統(tǒng)的要求依據(jù)前面所述的控制規(guī)律來對變頻器1、高速開關(guān)閥6.2、液壓控制系統(tǒng)5進(jìn)行聯(lián)合控制，使之滿足系統(tǒng)的要求。當(dāng)需要能量調(diào)節(jié)釋放能量時，高速開關(guān)閥6.2打開，蓄能器6.1中的壓力油補(bǔ)充到系統(tǒng)中，滿足系統(tǒng)加速時的要求。當(dāng)系統(tǒng)處于減速狀態(tài)且可以外部壓力大于蓄能器6.1內(nèi)部壓力時，高速開關(guān)閥6.2打開，系統(tǒng)中的多余的壓力油補(bǔ)充進(jìn)蓄能器6.1，進(jìn)行能量儲備，以備系統(tǒng)加速時的需要。而在其他情況下，則關(guān)閉高速開關(guān)閥6.2，使能量調(diào)節(jié)單元與系統(tǒng)隔離。整個系統(tǒng)既節(jié)能，又有較快的動態(tài)響應(yīng)速度。
權(quán)利要求1.基于變頻調(diào)速的電液復(fù)合控制裝置，其特征在于它包括變頻器(1)、電機(jī)(2)、液壓泵(3)、檢測反饋單元(4)、液壓控制系統(tǒng)(5)、能量調(diào)節(jié)單元(6)、控制器(7)；變頻器(1)經(jīng)電機(jī)(2)接液壓泵(3)，液壓控制系統(tǒng)(5)和能量控制單元(6)并聯(lián)接在液壓泵(3)的輸出口，變頻器(1)、電機(jī)(2)、液壓控制系統(tǒng)(5)、能量調(diào)節(jié)單元(6)的檢測信號分別接檢測反饋單元(4)，檢測反饋單元(4)的反饋信號接控制器(7)后，由控制器(7)輸出的控制信號分別控制變頻器(1)、液壓控制系統(tǒng)(5)、能量調(diào)節(jié)單元(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變頻調(diào)速的電液復(fù)合控制裝置，其特征在于所說的變頻器(1)為通用變頻器，電機(jī)(2)為普通三相異步電機(jī)或變頻電機(jī)，液壓泵(3)為定量泵或變量泵，檢測反饋單元(4)由通用的傳感器組成，控制系統(tǒng)(5)包括液壓控制閥和執(zhí)行元件，能量調(diào)節(jié)單元(6)為蓄能器加一個高速開關(guān)閥，控制器(7)為單片機(jī)系統(tǒng)或其他微機(jī)控制器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于變頻調(diào)速的電液復(fù)合控制裝置。它包括變頻器、電機(jī)、液壓泵、檢測反饋單元、液壓控制系統(tǒng)、能量調(diào)節(jié)單元、控制器。由變頻器控制電機(jī)和電液控制閥對液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，而對電液控制閥，對能量調(diào)節(jié)單元以及對變頻器控制是由統(tǒng)一的控制器來完成。本實(shí)用新型利用變頻器改變泵的轉(zhuǎn)速，使泵的輸出流量與系統(tǒng)要求相適應(yīng)，最大限度地減少了溢流損失，效率高、節(jié)能；在液壓控制系統(tǒng)中保留液壓控制閥并增加能量調(diào)節(jié)單元，同時以統(tǒng)一的控制器來完成控制，可以大大提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
文檔編號G05D16/00GK2555528SQ0226572
公開日2003年6月11日 申請日期2002年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月23日
發(fā)明者金波, 顧臨怡 申請人:浙江大學(xué)