一種變轉速液壓動力源的復合補償控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于液壓動力系統控制技術領域，涉及一種變轉速液壓動力源的復合補償控制系統。
【背景技術】
[0002]液壓傳動與控制的核心問題是對執行機構速度的控制，執行機構速度控制的本質則是對動力源流量的控制。將永磁同步電動機節能、調速性能好與齒輪油栗不能調速但可靠性好的技術特點相結合，提出了一種節能型變轉速液壓動力源，也就是通過永磁同步電機變頻調速驅動齒輪栗，達到調節栗的輸出流量。這種形式具有結構簡單、可靠性高、調速范圍寬、節能低噪、容易實現閉環控制等優點，因此在液壓電梯、注塑機、盾構系統及大功率、大慣性工況下呈現廣闊的應用前景。
[0003]目前大部分變轉速液壓動力系統均采用基于速度大閉環的反饋補償控制，但由于液壓動力系統環節多、具有非線性，各種傳感器檢測元件都有一定的滯后性，所以速度大閉環反饋控制最大的問題是控制時出現滯后、不及時及響應速度較慢的問題，但現有技術不能很好的解決上述問題。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種變轉速液壓動力源的復合補償控制系統，該系統能夠有效解決控制過程中出現的滯后、不及時及響應速度較慢問題。
[0005]為達到上述目的，本實用新型所述的變轉速液壓動力源的復合補償控制系統包括預設流量輸入端、減法器、PID控制器、加法器、伺服驅動器、電機、齒輪栗、馬達、輸入前饋控制器、以及用于檢測齒輪栗出油口流量信息的流量傳感器；
[0006]所述伺服驅動器的輸出端與電機的控制端相連接，電機的輸出軸與齒輪栗的驅動軸相連接，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的入油口相連通，馬達的出油口與油箱的入油口相連通，預設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設流量輸入端相連接，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動器的輸入端相連接。
[0007]所述電機為永磁電機。
[0008]本實用新型具有以下有益效果:
[0009]本實用新型所述的變轉速液壓動力源流量控制系統在工作時，通過流量傳感器檢測齒輪栗出油口處的流量信息，所述流量信息與預設目標流量值相減后再進行PID控制得到PID控制量，預設目標流量值經輸入前饋控制器生成控制量，PID控制量再與控制量進行相加，伺服驅動器根據相加的結果控制電機，電機再通過齒輪栗控制馬達，從而實現對轉速液壓動力源的控制，結構簡單，操作方便，便于實施。本實用新型提出流量輸入前饋及反饋相結合，形成流量輸入前饋-反饋的復合補償主動控制策略，從而解決控制過程中出現的滯后、不及時及響應速度較慢問題，同時與PID控制器相結合消除液壓動力源流量的穩態誤差，提尚控制精度。
【附圖說明】
[00?0]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0011 ]圖2為反饋控制流量階躍響應的示意圖；
[0012]圖3為本實用新型中輸入前饋-反饋復合控制流量階躍響應的示意圖；
[0013]圖4為反饋控制流量的斜坡響應的示意圖；
[0014]圖5為本實用新型中輸入前饋-反饋復合控制流量斜坡響應的示意圖；
[00?5]圖6為反饋控制流量的正弦響應的示意圖；
[0016]圖7為本實用新型中輸入前饋-反饋復合控制流量正弦響應的示意圖。
[0017]其中，I為減法器、2為PID控制器、3為加法器、4為伺服驅動器、5為電機、6為齒輪栗、7為馬達、8為流量傳感器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述:
[0019]參考圖1，本實用新型所述的變轉速液壓動力源的復合補償控制系統包括預設流量輸入端、減法器1、PID控制器2、加法器3、伺服驅動器4、電機5、齒輪栗6、馬達7、輸入前饋控制器9以及用于檢測齒輪栗6出油口流量信息的流量傳感器8;伺服驅動器4的輸出端與電機5的控制端相連接，電機5的輸出軸與齒輪栗6的驅動軸相連接，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7的入油口相連通，馬達7的出油口與油箱的入油口相連通，預設流量輸入端及流量傳感器8的輸出端與減法器I的輸入端相連接，減法器I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的輸入端與預設流量輸入端相連接，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的輸出端與伺服驅動器4的輸入端相連接。
[0020]本實用新型的具體操作過程為:
[0021 ] I)流量傳感器8實時采集齒輪栗6出油口處的流量信息仏，并將齒輪栗6出油口處的流量信息Qp轉發至減法器I中，減法器I通過預設流量輸入端輸出的預設目標流量值Qr減去當前齒輪栗6出油口處的流量值Qp，得系統流量偏差，并將所述系統流量偏差轉發至PID控制器2中，PID控制器2根據所述系統流量偏差進行PID運算并產生PID控制量，并將所述的PID控制量轉發至加法器3中，輸入前饋控制器9根據所述預設目標流量值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控制量進行加法運算，并將加法運算的結果轉發至伺服驅動器4中，輸入前饋控制器9對所述預設目標流量值Qr進行比例放縮生成控制量；
[0022]2)伺服驅動器4根據步驟I)得到的相加運算的結果控制電機5工作，電機5的輸出軸帶動齒輪栗6工作，齒輪栗6輸出液壓油驅動馬達7工作。
[0023]由圖2可知，單純的反饋控制流量的階躍響應時間為10s，由于流量傳感器8及液壓系統本身造成的信號滯后時間為2s，所以跟蹤目標階躍流量信號總的時間滯后為12s;由圖3知，本實用新型的跟蹤目標階躍流量信號總的時間滯后為7.5s，相比反饋控制滯后時間12s縮短了4.5s。由圖4可知實際流量的響應要比目標流量滯后4s;由圖5可知，本實用新型實際流量的響應比目標流量滯后2.5s，相比反饋控制流量響應的滯后時間可縮短1.5s;由圖6可知，單純的反饋控制實際流量信號響應不僅時間上滯后目標流量4.5s，而且流量信號幅值的動態偏差可達70%，控制效果不理想。由圖7可知，本實用新型的實際流量信號響應時間滯后目標流量2.5s，比反饋控制滯后時間要縮短2s;流量信號幅值的動態偏差為25%，相比反饋控制動態偏差降低了45%，控制效果得到了大幅提升。
【主權項】
1.一種變轉速液壓動力源的復合補償控制系統，其特征在于，包括預設流量輸入端、減法器(1)、PID控制器(2)、加法器(3)、伺服驅動器(4)、電機(5)、齒輪栗(6)、馬達(7)、輸入前饋控制器(9)、以及用于檢測齒輪栗(6)出油口流量信息的流量傳感器(8); 所述伺服驅動器(4)的輸出端與電機(5)的控制端相連接，電機(5)的輸出軸與齒輪栗(6)的驅動軸相連接，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(7)的入油口相連通，馬達(7)的出油口與油箱的入油口相連通，預設流量輸入端及流量傳感器(8)的輸出端與減法器(I)的輸入端相連接，減法器(I)的輸出端與PID控制器(2)的輸入端相連接，預設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(2)的輸出端與加法器(3)的輸入端相連接，加法器(3)的輸出端與伺服驅動器(4)的輸入端相連接。2.根據權利要求1所述的變轉速液壓動力源的復合補償控制系統，其特征在于，所述電機(5)為永磁電機。
【專利摘要】本實用新型公開了一種變轉速液壓動力源的復合補償控制系統，包括預設流量輸入端、減法器、PID控制器、加法器、伺服驅動器、電機、齒輪泵、馬達、以及用于檢測齒輪泵出油口流量信息的流量傳感器。本實用新型能夠有效解決控制過程中出現的滯后、不及時及響應速度較慢問題。
【IPC分類】F15B21/02
【公開號】CN205225941
【申請號】CN201521020292
【發明人】馬玉
【申請人】西安建筑科技大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月9日