一種變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于液壓動(dòng)力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓傳動(dòng)與控制的核心問題是對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度的控制，執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度控制的本質(zhì)則是對(duì)動(dòng)力源流量的控制。將永磁同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能、調(diào)速性能好與齒輪油栗不能調(diào)速但可靠性好的技術(shù)特點(diǎn)相結(jié)合，提出了一種節(jié)能型變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源，也就是通過永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)齒輪栗，達(dá)到調(diào)節(jié)栗的輸出流量。這種形式具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、調(diào)速范圍寬、節(jié)能低噪、容易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制等優(yōu)點(diǎn)，因此在液壓電梯、注塑機(jī)、盾構(gòu)系統(tǒng)及大功率、大慣性工況下呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前大部分變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力系統(tǒng)均采用基于速度大閉環(huán)的反饋補(bǔ)償控制，但由于液壓動(dòng)力系統(tǒng)環(huán)節(jié)多、具有非線性，各種傳感器檢測(cè)元件都有一定的滯后性，所以速度大閉環(huán)反饋控制最大的問題是控制時(shí)出現(xiàn)滯后、不及時(shí)及響應(yīng)速度較慢的問題，但現(xiàn)有技術(shù)不能很好的解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有控制方法的缺點(diǎn)，提供了一種變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠有效解決控制過程中出現(xiàn)的滯后、不及時(shí)及響應(yīng)速度較慢問題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制系統(tǒng)包括預(yù)設(shè)流量輸入端、減法器、PID控制器、加法器、伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、齒輪栗、馬達(dá)、輸入前饋控制器、以及用于檢測(cè)齒輪栗出油口流量信息的流量傳感器；
[0006]所述伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出端與電機(jī)的控制端相連接，電機(jī)的輸出軸與齒輪栗的驅(qū)動(dòng)軸相連接，油箱的出油口與齒輪栗的入油口相連通，齒輪栗的出油口與馬達(dá)的入油口相連通，馬達(dá)的出油口與油箱的入油口相連通，預(yù)設(shè)流量輸入端及流量傳感器的輸出端與減法器的輸入端相連接，減法器的輸出端與PID控制器的輸入端相連接，輸入前饋控制器的輸入端與預(yù)設(shè)流量輸入端相連接，輸入前饋控制器的輸出端及PID控制器的輸出端與加法器的輸入端相連接，加法器的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入端相連接。
[0007]所述電機(jī)為永磁電機(jī)。
[0008]本發(fā)明所述的變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制方法包括以下步驟:
[0009]I)流量傳感器實(shí)時(shí)采集齒輪栗出油口處的流量信息Qp，并將齒輪栗出油口處的流量信息Qp轉(zhuǎn)發(fā)至減法器中，減法器通過預(yù)設(shè)流量輸入端輸出的預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值Q J咸去當(dāng)前齒輪栗出油口處的流量值Qp，得系統(tǒng)流量偏差，并將所述系統(tǒng)流量偏差轉(zhuǎn)發(fā)至PID控制器中，PID控制器根據(jù)所述系統(tǒng)流量偏差進(jìn)行PID運(yùn)算并產(chǎn)生PID控制量，并將所述的PID控制量轉(zhuǎn)發(fā)至加法器中，輸入前饋控制器根據(jù)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值Qr生成控制量，并將所述控制量輸入至加法器中，加法器將控制量與所述PID控制量進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至伺服驅(qū)動(dòng)器中；
[0010]2)伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)步驟1)得到的相加運(yùn)算的結(jié)果控制電機(jī)工作，電機(jī)的輸出軸帶動(dòng)齒輪栗工作，齒輪栗輸出液壓油驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]本發(fā)明所述的變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源流量控制系統(tǒng)及方法在工作時(shí)，通過流量傳感器檢測(cè)齒輪栗出油口處的流量信息，所述流量信息與預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值相減后再進(jìn)行PID控制得到PID控制量，預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值經(jīng)輸入前饋控制器生成控制量，PID控制量再與控制量進(jìn)行相加，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)相加的結(jié)果控制電機(jī)，電機(jī)再通過齒輪栗控制馬達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的控制，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，便于實(shí)施。本發(fā)明提出流量輸入前饋及反饋相結(jié)合，形成流量輸入前饋-反饋的復(fù)合補(bǔ)償主動(dòng)控制策略，從而解決控制過程中出現(xiàn)的滯后、不及時(shí)及響應(yīng)速度較慢問題，同時(shí)與PID控制器相結(jié)合消除液壓動(dòng)力源流量的穩(wěn)態(tài)誤差，提尚控制精度。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為反饋控制流量階躍響應(yīng)的示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明中輸入前饋-反饋復(fù)合控制流量階躍響應(yīng)的示意圖；
[0016]圖4為反饋控制流量的斜坡響應(yīng)的示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明中輸入前饋-反饋復(fù)合控制流量斜坡響應(yīng)的示意圖；
[0018]圖6為反饋控制流量的正弦響應(yīng)的示意圖；
[0019]圖7為本發(fā)明中輸入前饋-反饋復(fù)合控制流量正弦響應(yīng)的示意圖。
[0020]其中，1為減法器、2為PID控制器、3為加法器、4為伺服驅(qū)動(dòng)器、5為電機(jī)、6為齒輪栗、7為馬達(dá)、8為流量傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0022]參考圖1，變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制系統(tǒng)包括預(yù)設(shè)流量輸入端、減法器1、PID控制器2、加法器3、伺服驅(qū)動(dòng)器4、電機(jī)5、齒輪栗6、馬達(dá)7、輸入前饋控制器9以及用于檢測(cè)齒輪栗6出油口流量信息的流量傳感器8 ;伺服驅(qū)動(dòng)器4的輸出端與電機(jī)5的控制端相連接，電機(jī)5的輸出軸與齒輪栗6的驅(qū)動(dòng)軸相連接，油箱的出油口與齒輪栗6的入油口相連通，齒輪栗6的出油口與馬達(dá)7的入油口相連通，馬達(dá)7的出油口與油箱的入油口相連通，預(yù)設(shè)流量輸入端及流量傳感器8的輸出端與減法器1的輸入端相連接，減法器1的輸出端與PID控制器2的輸入端相連接，輸入前饋控制器9的輸入端與預(yù)設(shè)流量輸入端相連接，輸入前饋控制器9的輸出端及PID控制器2的輸出端與加法器3的輸入端相連接，加法器3的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器4的輸入端相連接。
[0023]本發(fā)明所述的變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制方法包括以下步驟:
[0024]1)流量傳感器8實(shí)時(shí)采集齒輪栗6出油口處的流量信息Qp，并將齒輪栗6出油口處的流量信息Qp轉(zhuǎn)發(fā)至減法器1中，減法器1通過預(yù)設(shè)流量輸入端輸出的預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值QJ咸去當(dāng)前齒輪栗6出油口處的流量值Qp，得系統(tǒng)流量偏差，并將所述系統(tǒng)流量偏差轉(zhuǎn)發(fā)至PID控制器2中，PID控制器2根據(jù)所述系統(tǒng)流量偏差進(jìn)行PID運(yùn)算并產(chǎn)生PID控制量，并將所述的PID控制量轉(zhuǎn)發(fā)至加法器3中，輸入前饋控制器9根據(jù)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值Qr生成控制量，并將所述控制量輸入至加法器3中，加法器3將控制量與所述PID控制量進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至伺服驅(qū)動(dòng)器4中，其中，輸入前饋控制器9對(duì)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值Q1Ji行比例放縮得控制量；
[0025]2)伺服驅(qū)動(dòng)器4根據(jù)步驟I)得到的相加運(yùn)算的結(jié)果控制電機(jī)5工作，電機(jī)5的輸出軸帶動(dòng)齒輪栗6工作，齒輪栗6輸出液壓油驅(qū)動(dòng)馬達(dá)7工作。
[0026]由圖2可知，單純的反饋控制流量的階躍響應(yīng)時(shí)間為10s，由于流量傳感器8及液壓系統(tǒng)本身造成的信號(hào)滯后時(shí)間為2s，所以跟蹤目標(biāo)階躍流量信號(hào)總的時(shí)間滯后為12s ;由圖3知，本發(fā)明的跟蹤目標(biāo)階躍流量信號(hào)總的時(shí)間滯后為7.5s，相比反饋控制滯后時(shí)間12s縮短了 4.5s。由圖4可知實(shí)際流量的響應(yīng)要比目標(biāo)流量滯后4s ;由圖5可知，本發(fā)明實(shí)際流量的響應(yīng)比目標(biāo)流量滯后2.5s，相比反饋控制流量響應(yīng)的滯后時(shí)間可縮短1.5s ;由圖6可知，單純的反饋控制實(shí)際流量信號(hào)響應(yīng)不僅時(shí)間上滯后目標(biāo)流量4.5s，而且流量信號(hào)幅值的動(dòng)態(tài)偏差可達(dá)70%，控制效果不理想。由圖7可知，本發(fā)明的實(shí)際流量信號(hào)響應(yīng)時(shí)間滯后目標(biāo)流量2.5s，比反饋控制滯后時(shí)間要縮短2s ;流量信號(hào)幅值的動(dòng)態(tài)偏差為25%，相比反饋控制動(dòng)態(tài)偏差降低了 45 %，控制效果得到了大幅提升。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，包括預(yù)設(shè)流量輸入端、減法器(1)、PID控制器(2)、加法器(3)、伺服驅(qū)動(dòng)器(4)、電機(jī)(5)、齒輪栗(6)、馬達(dá)(7)、輸入前饋控制器(9)、以及用于檢測(cè)齒輪栗(6)出油口流量信息的流量傳感器⑶； 所述伺服驅(qū)動(dòng)器⑷的輸出端與電機(jī)(5)的控制端相連接，電機(jī)(5)的輸出軸與齒輪栗(6)的驅(qū)動(dòng)軸相連接，油箱的出油口與齒輪栗(6)的入油口相連通，齒輪栗(6)的出油口與馬達(dá)(7)的入油口相連通，馬達(dá)(7)的出油口與油箱的入油口相連通，預(yù)設(shè)流量輸入端及流量傳感器(8)的輸出端與減法器(1)的輸入端相連接，減法器(1)的輸出端與PID控制器(2)的輸入端相連接，預(yù)設(shè)流量輸入端與輸入前饋控制器(9)的輸入端相連接，輸入前饋控制器(9)的輸出端及PID控制器⑵的輸出端與加法器(3)的輸入端相連接，加法器(3)的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器⑷的輸入端相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)(5)為永磁電機(jī)。3.一種變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制方法，基于權(quán)利要求1所述的變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源流量控制系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟: 1)流量傳感器(8)實(shí)時(shí)采集齒輪栗￠)出油口處的流量信息Qp，并將齒輪栗￠)出油口處的流量信息Qp轉(zhuǎn)發(fā)至減法器(1)中，減法器(1)通過預(yù)設(shè)流量輸入端輸出的預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值仏減去當(dāng)前齒輪栗(6)出油口處的流量值Qp，得系統(tǒng)流量偏差，并將所述系統(tǒng)流量偏差轉(zhuǎn)發(fā)至PID控制器(2)中，PID控制器(2)根據(jù)所述系統(tǒng)流量偏差進(jìn)行PID運(yùn)算并產(chǎn)生PID控制量，并將所述的PID控制量轉(zhuǎn)發(fā)至加法器(3)中，輸入前饋控制器(9)根據(jù)所述預(yù)設(shè)目標(biāo)流量值A(chǔ)生成控制量，并將所述控制量輸入至加法器⑶中，加法器⑶將控制量與所述PID控制量進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)至伺服驅(qū)動(dòng)器(4)中； 2)伺服驅(qū)動(dòng)器(4)根據(jù)步驟1)得到的相加運(yùn)算的結(jié)果控制電機(jī)(5)工作，電機(jī)(5)的輸出軸帶動(dòng)齒輪栗(6)工作，齒輪栗(6)輸出液壓油驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(7)工作。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變轉(zhuǎn)速液壓動(dòng)力源的復(fù)合補(bǔ)償控制系統(tǒng)及方法，包括預(yù)設(shè)流量輸入端、減法器、PID控制器、加法器、伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、齒輪泵、馬達(dá)、以及用于檢測(cè)齒輪泵出油口流量信息的流量傳感器。本發(fā)明能夠有效解決控制過程中出現(xiàn)的滯后、不及時(shí)及響應(yīng)速度較慢問題。
【IPC分類】F15B21/02
【公開號(hào)】CN105422550
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510908739
【發(fā)明人】馬玉
【申請(qǐng)人】西安建筑科技大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月9日