一种泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统的制作方法

本发明涉及电液伺服机构控制，尤其涉及一种泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统。

背景技术：

1、伺服机构用于推动喷管偏转，控制发动机推力矢量，实现飞行器姿态控制。电液伺服机构通过电机旋转，带动液压泵转动建立液压能源，通过油路推动液压活塞运动，伺服阀控制液压油路的开通与关闭，使液压活塞的受控移动，从而控制伺服机构输出位移的运动方向。电液伺服机构具有输出力矩大，位移刚度高等优点，在大中型飞行器获得广泛应用。但是，为保持高动态输出能力，液压能源需始终保持高压状态，电液伺服机构存在发热严重、效率较低等缺点；同时，伺服阀电流敏感度高，传统模拟控制系统参数整定困难，数字控制系统控制精度较低。

2、传统的阀控恒压变量泵电液伺服机构，电机以给定速度恒定旋转，不能根据功率输出要求主动调节，存在热损耗高、效率低的缺点；为提高系统效率，又保证高动态输出能力，工程上存在增加蓄能器方案，即电机也较低速度旋转，降低液压建压大小，从而减低热损耗，蓄能器平时保持蓄能状态，当需要高效率输出时，由蓄能器输出一部分能量，从而保证高动态输出力，但是由于蓄能器容量一定，存在连续高动态输出性能下降问题；传统伺服阀通过模拟电路进行单独控制，不能实现复杂的控制算法，受限于模拟器件的温漂特性及可取参数，控制器整定困难。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在公开了一种泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统。解决电液伺服机构效率低、连续高动态输出能力不足、控制参数整定困难、控制精度不高的问题。

2、本发明公开了一种泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，包括：泵阀联合控制模块、液压泵电机调速模块和伺服阀控制模块；

3、泵阀联合控制模块，用于接收电液伺服机构的位移指令和位移反馈输入，进行液压泵和伺服阀的联合控制，生成伺服阀控制量和液压泵控制量分别输出到伺服阀控制模块和液压泵电机调速模块；

4、液压泵电机调速模块，用于接收伺服阀控制模块生成的液压泵控制量，在功率放大后驱动液压泵的电机旋转控制液压泵压强；

5、伺服阀控制模块，用于接收伺服阀控制模块生成的伺服阀控制量，通过数模转换和比例反馈模拟控制对电流进行放大驱动伺服阀线圈，控制伺服阀开口大小及方向。

6、进一步地，液压泵和伺服阀的联合控制中，根据位移指令和位移反馈，并结合液压泵控制量进行伺服阀控制计算，生成伺服阀控制量；所述伺服阀控制量又结合位移指令和位移反馈进行液压泵控制计算，生成液压泵控制量。

7、进一步地，所述泵阀联合控制模块包括控制量输入模块，伺服阀控制量计算模块、液压泵控制量计算模块和控制量限幅输出模块；

8、所述位控制量输入模块，用于将接收的电液伺服机构的位移指令和位移反馈，分别输出到伺服阀控制量计算模块和液压泵控制量计算模块；

9、所述伺服阀控制量计算模块，用于根据接收的位移指令和位移反馈以及液压泵控制量计算模块输出的液压泵控制量，计算伺服阀控制量；

10、所述液压泵控制量计算模块，用于根据接收的位移指令和位移反馈以及伺服阀控制量计算模块输出的伺服阀控制量，计算液压泵控制量；

11、所述控制量限幅输出模块，用于分别对伺服阀控制量计算模块输出的伺服阀控制量和液压泵控制量计算模块输出的液压泵控制量进行值域限幅后，分别输出到伺服阀控制模块和液压泵电机调速模块。

12、进一步地，所述第一计算模块，用于根据输入的位移指令r和位移反馈d，执行运算et＝r-d，输出位移跟踪误差et；

13、所述第二计算模块，用于根据输入的液压泵控制量umotor和液压泵最小控制量ulow执行运算输出泵阀联合调整系数kadj；

14、所述第三计算模块，用于根据输入的泵阀联合调整系数kadj、位移跟踪误差et和位移指令r执行运算uvalve＝kadj(kpet+kivet+kdet'+kvr′+kar″)输出伺服阀控制量uvalve；其中，kp、ki、kd、kv、ka为控制系数。

15、进一步地，所述液压泵控制量计算模块包括第四计算模块和第五计算模块；

16、所述第四计算模块，用于根据输入的位移指令r和位移反馈d，执行运算et＝r-d，输出位移跟踪误差et；

17、所述第五计算模块，用于根据输入的位移跟踪误差et、伺服阀控制量uvalve、液压泵最小控制量ulow和液压泵控制系数km执行运算umotor＝ulow+|uvalvekmet|。

18、进一步地，所述控制量限幅输出模块包括第一归一化模块和第二归一化模块；

19、所述第一归一化模块，用于对伺服阀控制量进行归一化，将伺服阀控制量限幅值为[-1,1]，并将归一化后的伺服阀控制量以数字量的形式输出；

20、所述第二归一化模块，用于对液压泵控制量进行归一化；将液压泵控制量限幅值为[ulow，1]，并将归一化后的液压泵控制量以数字量的形式输出；ulow为液压泵最小控制量。

21、进一步地，液压泵最小控制量ulow取值为使液压泵稳定建压且满足伺服机构静态保持能力的电机最低转速对应的控制量，液压泵最大控制量为液压油路可承受的最大压力及高动态输出需要的电机最高转速对应的控制量。

22、进一步地，所述伺服阀控制模块包括数模转换器和模拟控制电路；

23、所述数模转换器，用于将数字量形式输入的伺服阀控制量进行数模转换得到模拟量的伺服阀控制量；

24、所述模拟控制电路，用于对模拟量的伺服阀控制量进行比例反馈放大后，输出到伺服阀线圈负载控制伺服阀开口大小及方向。

25、进一步地，所述模拟控制电路包括前向电阻r1、基极电阻r2、限流电阻r3、反馈电阻r4、采样电阻r5、求和运放n1、npn三极管v1、pnp三极管v2、续流二极管d1、d2及伺服阀线圈负载coil；

26、其中，前向电阻r1连接在数模转换器的输出端和求和运放n1的反相输入端；运放n1的同相输入端连接公共地agnd，输出端连接基极电阻r2的一端；基极电阻r2的另一端分别连接三极管v1和三极管v2的基极；三极管v1和v2的发射极连接在一起，三极管v1的集电极连接正电源vcc，三极管v2的集电极连接负电源vss；三极管v1和v2的发射极的连接端与限流电阻r3的一端连接；限流电阻r3的另一端通过串联的伺服阀线圈负载coil、采样电阻r5连接公共地agnd；反馈电阻r4的一端与服阀线圈负载coil和采样电阻r5的连接端连接，另一端与运放n1的反相输入端连接。

27、进一步地，所述模拟控制电路的负反馈比例系数为r4/(r1*r5)。

28、本发明可实现以下有益效果之一：

29、本发明公开的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，解决电液伺服机构效率低、连续高动态输出能力不足、控制参数整定困难、控制精度不高的问题。通过调整电机转速，按需控制液压建压大小，从而在保证高动态输出能力的同时，提高伺服机构效率；通过比例反馈模拟控制电路，在保持控制高精度的同时，提高了控制算法的灵活性，降低了控制参数整定难度；泵阀联合控制，实现高效率高动态高精度的电液伺服机构控制。

技术特征：

1.一种泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，包括：泵阀联合控制模块、液压泵电机调速模块和伺服阀控制模块；

2.根据权利要求1所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，液压泵和伺服阀的联合控制中，根据位移指令和位移反馈，并结合液压泵控制量进行伺服阀控制计算，生成伺服阀控制量；所述伺服阀控制量又结合位移指令和位移反馈进行液压泵控制计算，生成液压泵控制量。

3.根据权利要求2所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，所述泵阀联合控制模块包括控制量输入模块，伺服阀控制量计算模块、液压泵控制量计算模块和控制量限幅输出模块；

4.根据权利要求3所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，所述第一计算模块，用于根据输入的位移指令r和位移反馈d，执行运算et＝r-d，输出位移跟踪误差et；

5.根据权利要求3所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，所述液压泵控制量计算模块包括第四计算模块和第五计算模块；

6.根据权利要求3-5任一项所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，所述控制量限幅输出模块包括第一归一化模块和第二归一化模块；

7.根据权利要求6所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，液压泵最小控制量ulow取值为使液压泵稳定建压且满足伺服机构静态保持能力的电机最低转速对应的控制量，液压泵最大控制量为液压油路可承受的最大压力及高动态输出需要的电机最高转速对应的控制量。

8.根据权利要求1所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，所述伺服阀控制模块包括数模转换器和模拟控制电路；

9.根据权利要求8所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，所述模拟控制电路包括前向电阻r1、基极电阻r2、限流电阻r3、反馈电阻r4、采样电阻r5、求和运放n1、npn三极管v1、pnp三极管v2、续流二极管d1、d2及伺服阀线圈负载coil；

10.根据权利要求9所述的泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，其特征在于，所述模拟控制电路的负反馈比例系数为r4/(r1*r5)。

技术总结
本发明涉及一种泵阀联合控制的电液伺服机构控制系统，包括：泵阀联合控制模块、液压泵电机调速模块和伺服阀控制模块；泵阀联合控制模块，用于接收电液伺服机构的位移指令和位移反馈输入，进行液压泵和伺服阀的联合控制，生成伺服阀控制量和液压泵控制量分别输出到伺服阀控制模块和液压泵电机调速模块；液压泵电机调速模块，用于接收伺服阀控制模块生成的液压泵控制量，在功率放大后驱动液压泵的电机旋转控制液压泵压强；伺服阀控制模块，用于接收伺服阀控制模块生成的伺服阀控制量，通过数模转换和比例反馈模拟控制对电流进行放大驱动伺服阀线圈，控制伺服阀开口大小及方向。本发明实现了高效率高动态高精度的电液伺服机构控制。

技术研发人员：刘超,魏厚震,张学磊,王凯,寇成浩,刘冠达,唐旭东
受保护的技术使用者：北京机械设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23