一种双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双联轴向柱塞泵，尤其涉及一种双联轴向变量柱塞泵的数字控制 系统。
【背景技术】
[0002] 双联式轴向柱塞泵主要用于多执行机构复合动作的场合，例如工业生产线，挖掘 机、装载机等工程机械上常常会用到，通过合理配置两个泵的工作状态，可以实现对能量的 最优化利用。如图1所示，现有的双联轴向柱塞泵包括泵体1、配油盘2、缸体3、设置在缸体 3内的柱塞4、安装于柱塞4端部的滑靴5、回程盘6、泵壳7、传动轴8和变量控制装置9,缸 体3安装在传动轴的端部，传动轴8的端部通过钢球固定在回程盘6的中心线上，变量控制 装置9包括变量头11、止推板12、变量轴13和调节螺杆14,轴向柱塞泵上还设置有过渡机 16,过渡机16的一段与法兰盘15固定连接，一端连接有直线步进电机18,直线步进电机18 的主轴和锥销17固定连接，锥销17的另一端与调节螺杆14连接，直线步进电机18按照前 馈控制器19的指令工作，转动调节螺杆14,使与调节螺杆14相连接的变量轴13下移或上 移，从而改变变量头11的斜盘倾角，达到改变泵油量大小的目的，输入数字脉冲流量与泵 输出流量成正比关系。
[0003] 轴向变量柱塞泵的控制方式主要有压力切断控制、功率控制、排量控制和负载敏 感控制四种，这些控制方式都是基于排量调节，只不过输入信号与反馈信号取得参数不同 而已，通常经过这四种控制方式的组合，可以实现复杂的输出特性，泵的排量调节，大多通 过变量活塞的位置控制系统实现，而实现对变量活塞的位置控制元件包括电液伺服阀、机 液伺服阀以及近些年迅猛发展的数字阀控制系统。在众多的轴向柱塞泵的数字控制研宄 中，大都以简单的增量式数字控制为主，或者是将高速开关阀作为先导级应用。流体脉宽调 制控制系统是一类非线性控制系统，因此，探讨液压设备在外接工作油路油压突然大幅改 变时，利用智能控制算法得到符合预期的轴向柱塞泵的功率或流量特性曲线成为轴向柱塞 泵数字控制方向亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决上述技术问题，提供了一种双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统。
[0005] 本发明所采用的技术方案为：
[0006] 一种双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统，包括数字信号处理系统、变频器、柱塞 泵阀芯位移传感器、柱塞泵阀芯压力传感器、档位开关、异步电机、步进电机以及用于驱动 步进电机的驱动模块，数字信号处理系统包括模糊控制器，模糊控制器与变频器相连，柱塞 泵阀芯位移、压力传感器均将采集到的信号传递至模糊控制器，模糊控制器根据接收到的 信号对变频器发出控制指令，变频器用于控制异步电机，驱动模块包括前馈控制器，前馈控 制器接收柱塞泵阀芯位移传感器和柱塞泵阀芯压力传感器的传感信号并根据该传感信号 驱动步进电机动作，异步电机用于正常工作状态下对变量控制装置的变量头进行驱动，步 进电机用于在阀芯压力出现波动时对变量控制装置的变量头进行驱动。
[0007]所述双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统有两种工作模式，分别为恒流量工作模 式和恒功率工作模式；在恒流量工作模式下，数字控制系统上电，由档位开关给定流量Qth， 模糊控制器采集柱塞泵阀芯压力反馈信号和阀芯位移X v，通过阀芯位移-流量输出传递函 数：
[0008]
【主权项】
1. 一种双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统，其特征在于：包括数字信号处理系统、 变频器、柱塞泵阀芯位移传感器、柱塞泵阀芯压力传感器、档位开关、异步电机、步进电机以 及用于驱动步进电机的驱动模块，数字信号处理系统包括模糊控制器，模糊控制器与变频 器相连，柱塞泵阀芯位移、压力传感器均将采集到的信号传递至模糊控制器，模糊控制器根 据接收到的信号对变频器发出控制指令，变频器用于控制异步电机，驱动模块包括前馈控 制器，前馈控制器接收柱塞泵阀芯位移传感器和柱塞泵阀芯压力传感器的传感信号并根据 该传感信号驱动步进电机动作，异步电机用于正常工作状态下对变量控制装置的变量头进 行驱动，步进电机用于在阀芯压力出现波动时对变量控制装置的变量头进行驱动。
2. 根据权利要求1所述的一种双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统，其特征在于：所 述双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统有两种工作模式，分别为恒流量工作模式和恒功率 工作模式；在恒流量工作模式下，数字控制系统上电，由档位开关给定流量Q th，模糊控制器 采集柱塞泵阀芯压力反馈信号和阀芯位移Xv，通过阀芯位移-流量输出传递函数：
算出实际流量值QP，其中，Kf是泵的排量梯度，Kf= 0. 6m2 ? min/r，n为电机的公称转 速，wh为液压系统的固有频率，G h为液压系统阻尼比，Kq为流量增益，s是传递函数中复变 量的数学表示方法，A h是柱塞泵活塞杆侧面的受压面积，根据计算得出的实际流量值Q P，计 算出Qth和Q P之间的误差E和误差变化率EC，其中，误差E是指在相邻的两个采样时刻，实 际流量值Qp的变化量，误差变化率EC是指在相邻的两个采样时刻误差E的变化量，也就是 实际流量值Q p对时间的二次微分，将计算得出的误差E和误差变化率EC输入模糊控制器， 模糊控制器通过自适应模糊PID算法，输出异步电机变频驱动信号至变频器，并由变频器 控制异步电机转动，改变异步电机转速从而改变柱塞泵流量，直至实际流量达到柱塞泵所 需的理论流量值，在恒流量工作模式下，步进电机及前馈控制器均不工作；在恒功率工作模 式下，数字控制系统上电，由档位开关给定功率N，模糊控制器采集柱塞泵阀芯压力反馈信 号P和阀芯位移X v，通过阀芯位移-流量输出传递函数：
算出实际流量值QP，通过公式Qth= N/P计算出理论流量Qth，再计算出Qth和Qp之间的误 差E和误差变化率EC，将计算得出的误差E和误差变化率EC输入模糊控制器，模糊控制器 通过自适应模糊PID算法，输出异步电机变频驱动信号至变频器，并由变频器控制异步电 机转动，异步电机带动柱塞泵的调节螺杆转动，使与调节螺杆相连接的变量轴下移或上移， 从而改变变量头的斜盘倾角，进而改变泵油量，直到实际流量达到柱塞泵所需的理论值。
3. 根据权利要求2所述的一种双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统，其特征在于：在 所述恒功率工作模式下，当柱塞泵阀芯压力传感器检测到阀芯压力出现波动时，前馈控制 器接收柱塞泵阀芯压力传感器的传感信号，并驱动步进电机动作，步进电机驱动柱塞泵的 调节螺杆转动，使与调节螺杆相连接的变量轴下移或上移，从而改变变量头的斜盘倾角，进 而改变泵油量。
【专利摘要】本发明公开了一种双联轴向变量柱塞泵的数字控制系统，包括数字信号处理系统、变频器、柱塞泵阀芯位移传感器、柱塞泵阀芯压力传感器、档位开关、异步电机、步进电机以及驱动模块，数字信号处理系统包括模糊控制器，模糊控制器与变频器相连，柱塞泵阀芯位移、压力传感器均将采集到的信号传递至模糊控制器，模糊控制器根据接收到的信号对变频器发出控制指令，变频器用于控制异步电机，驱动模块包括前馈控制器，前馈控制器驱动步进电机动作，异步电机用于正常工作状态下对变量控制装置的变量头进行驱动，步进电机用于在阀芯压力出现波动时对变量头进行驱动。本发明提高了柱塞泵对外界阶跃型突变负载的适应能力，减少了机械损耗，延长了设备的寿命。
【IPC分类】F04B1-26
【公开号】CN104819115
【申请号】CN201510164042
【发明人】刘斌斌, 曾庆良, 李玉霞, 王成龙, 仉毅, 张鑫, 刘继龙, 顾强, 王新超, 王天超
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月8日