RU2206804C2 - Method for adjusting controlled variable of hydraulic-motor output section in electrohydraulic servodrive - Google Patents
Method for adjusting controlled variable of hydraulic-motor output section in electrohydraulic servodrive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206804C2 RU2206804C2 RU2001120663A RU2001120663A RU2206804C2 RU 2206804 C2 RU2206804 C2 RU 2206804C2 RU 2001120663 A RU2001120663 A RU 2001120663A RU 2001120663 A RU2001120663 A RU 2001120663A RU 2206804 C2 RU2206804 C2 RU 2206804C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydraulic
- electro
- amplifier
- pressure
- hydraulic motor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229920003987 resole Polymers 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области объемного гидропривода, а именно к способам регулирования электрогидравлических следящих приводов с дроссельным управлением, и, в частности, может быть использовано в приводах станков, промышленных роботов и манипуляторов, мобильных машин, самолетов, судов, прокатных станов, механизмах качания кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок, а также в других видах агрегатов и машин всевозможного назначения, где актуальной является проблема повышения жесткости и быстродействия приводов. The invention relates to the field of hydraulic volumetric drive, and in particular to methods of regulating throttle electrohydraulic servo drives, and, in particular, can be used in machine drives, industrial robots and manipulators, mobile machines, airplanes, ships, rolling mills, swing mechanisms of machine molds continuous casting of blanks, as well as in other types of aggregates and machines of all kinds, where the urgent problem is to increase the stiffness and speed of the drives.
Известен способ регулирования контролируемого параметра, в частности, скорости движения выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода, содержащего гидродвигатель и электрогидравлический усилитель, путем изменения площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, включающий задание потребного значения скорости перемещения выходного звена гидродвигателя путем формирования электрического входного сигнала, поддержание оптимального перепада давлений на напорном рабочем окне электрогидравлического усилителя путем формирования гидромеханической обратной связи по соотношению давлений в нагруженной полости гидродвигателя и в напорной гидролинии источника рабочей жидкости, формирование электрического сигнала обратной связи, соответствующего фактическому давлению в напорной гидролинии, задание электрического сигнала, соответствующего номинальному давлению, деление его на сигнал, соответствующий фактическому давлению в напорной гидролинии, формирование электрического сигнала, равного квадратному корню из сигнала, полученного в результате деления, и последующее формирование электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя, равного произведению сигнала, полученного в результате извлечения квадратного корня, на величину электрического входного сигнала [1]. A known method of controlling a controlled parameter, in particular, the speed of the output link of the hydraulic motor of an electro-hydraulic servo drive containing a hydraulic motor and an electro-hydraulic amplifier, by changing the area of the passage section of the working window of the electro-hydraulic amplifier, including setting the desired value of the speed of the output link of the hydraulic motor by generating an electrical input signal, maintaining optimal differential pressure on the pressure working window ele of a hydro-hydraulic amplifier by forming hydromechanical feedback according to the pressure ratio in the loaded cavity of the hydraulic motor and in the pressure line of the source of the working fluid, generating an electrical feedback signal corresponding to the actual pressure in the pressure line, setting the electrical signal corresponding to the nominal pressure, dividing it by the signal corresponding to the actual pressure in the pressure hydraulic line, the formation of an electrical signal equal to the square root of s the needle obtained by division, and the subsequent formation of the electric control signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier, equal to the product of the signal obtained by extracting the square root by the value of the electric input signal [1].
При изменении встречной нагрузки на выходном звене гидродвигателя данный способ обеспечивает автоматическое изменение давления питания электрогидравлического следящего привода для поддержания оптимальных по кпд режимов работы, а именно в случае изменения встречной нагрузки и соответственно соотношения давлений в нагруженной полости гидродвигателя и в напорной гидролинии источника рабочей жидкости по сравнению с оптимальным в сторону уменьшения или увеличения использование гидромеханической обратной связи приводит соответственно к увеличению или к уменьшению площади проходного сечения рабочего окна между напорной гидролинией и сливом и к регулированию за счет этого давления в напорной гидролинии до восстановления оптимального соотношения между его значением и значением давления в нагруженной полости гидродвигателя. When changing the counter load at the output link of the hydraulic motor, this method automatically changes the supply pressure of the electro-hydraulic follower drive to maintain optimal operating modes, namely, in the case of changing the counter load and, accordingly, the pressure ratio in the loaded cavity of the hydraulic motor and in the pressure hydraulic line of the working fluid source compared with the optimum in the direction of decreasing or increasing the use of hydromechanical feedback leads accordingly but to increase or decrease the area of the passage section of the working window between the pressure hydraulic line and the drain and to regulate due to this pressure in the pressure hydraulic line until the optimal ratio between its value and the pressure value in the loaded cavity of the hydraulic motor is restored.
Для компенсации изменений расхода рабочей жидкости, поступающей через электрогидравлический усилитель к гидродвигателю, и соответственно скорости движения выходного звена гидродвигателя при работе гидропривода с переменной нагрузкой предусмотрено формирование сигнала, соответствующего номинальному давлению в напорной гидролинии, который делится на сигнал, соответствующий фактическому давлению в напорной гидролинии, формирование электрического сигнала, равного квадратному корню из сигнала, полученного в результате деления, и последующее формирование электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя, равного произведению сигнала, полученного в результате извлечения квадратного корня, на величину электрического входного сигнала. To compensate for changes in the flow rate of the working fluid flowing through the electro-hydraulic amplifier to the hydraulic motor and, accordingly, the speed of the output link of the hydraulic motor during operation of the hydraulic drive with a variable load, a signal is generated corresponding to the nominal pressure in the pressure hydraulic line, which is divided into a signal corresponding to the actual pressure in the pressure hydraulic line, the formation of an electrical signal equal to the square root of the signal obtained by division, and the subsequent formation of the electric control signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier, equal to the product of the signal obtained by extracting the square root, by the value of the electric input signal.
Если фактическое давление в напорной гидролинии отличается от номинального, то сигнал, подаваемый на вход электрогидравлического усилителя, отличается от электрического входного сигнала таким образом, что обеспечивается компенсация различия упомянутых давлений, и при прочих равных условиях рабочие окна электрогидравлического усилителя открываются на величину, необходимую для поддержания заданной скорости перемещения выходного звена гидродвигателя. If the actual pressure in the pressure hydraulic line differs from the nominal pressure, the signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier differs from the electric input signal in such a way that compensation for the difference in the mentioned pressures is provided, and ceteris paribus, the working windows of the electro-hydraulic amplifier open by the amount necessary to maintain set speed of the output link of the hydraulic motor.
В конечном итоге, благодаря известному способу в электрогидравлическом следящем приводе при работе его с переменной встречной нагрузкой должно поддерживаться оптимальное (по кпд) значение давления в напорной гидролинии при обеспечении величины контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя (в данном случае скорости его движения), зависящей только от величины электрического входного сигнала. Ultimately, thanks to the known method in an electro-hydraulic servo drive, when it is operated with a variable counter load, the optimum (in efficiency) pressure value in the pressure hydraulic line must be maintained while ensuring the value of the controlled parameter of the output link of the hydraulic motor (in this case, its speed), depending only on magnitude of the electrical input signal.
Однако если фактическое давление в напорной гидролинии привода меньше номинального, то сигнал, подаваемый на вход электрогидравлического усилителя, превышает входной электрический сигнал, в тем большей степени, чем меньше фактическое давление в напорной гидролинии (определяемое текущим значением нагрузки на выходном звене гидродвигателя), и соответственно рабочие окна электрогидравлического усилителя должны открываться на большую величину. Поскольку физически возможность увеличения площади проходных сечений рабочих окон электрогидравлического усилителя ограничена некоторым значением, то при фиксированном значении электрического входного сигнала и уменьшении нагрузки и соответственно давления в напорной гидролинии привода ниже некоторого порогового уровня (этот уровень тем выше, чем больше входной электрический сигнал) дальнейшее увеличение площади проходных сечений рабочих окон электрогидравлического усилителя становится невозможным, а в результате не обеспечивается пропорциональность скорости движения выходного звена гидродвигателя величине входного сигнала. Таким образом, известный способ при малых значениях нагрузки не обеспечивает инвариантность величины контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя к величине нагрузки, что является его недостатком. However, if the actual pressure in the pressure line of the drive is less than the nominal, then the signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier exceeds the input electric signal, the more the lower the actual pressure in the pressure line of the hydraulic line (determined by the current value of the load on the output link of the hydraulic motor), and accordingly the working windows of the electro-hydraulic amplifier should open a large amount. Since physically the possibility of increasing the cross-sectional area of the working windows of the electro-hydraulic amplifier is limited by a certain value, then with a fixed value of the electric input signal and a decrease in the load and, accordingly, the pressure in the pressure line of the drive below a certain threshold level (this level is higher, the higher the input electric signal), further increase the area of the passage sections of the working windows of the electro-hydraulic amplifier becomes impossible, and as a result, does not provide The proportionality of the speed of the output link of the hydraulic motor to the value of the input signal is given. Thus, the known method at low load values does not ensure the invariance of the magnitude of the controlled parameter of the output link of the hydraulic motor to the magnitude of the load, which is its disadvantage.
Использование гидромеханической обратной связи по соотношению давлений в нагруженной полости гидродвигателя и в напорной гидролинии источника рабочей жидкости приводит (в силу инертности подвижных элементов гидромеханической обратной связи) к снижению быстродействия привода и увеличению динамических погрешностей в отработке электрического входного сигнала. The use of hydromechanical feedback on the ratio of pressures in the loaded cavity of the hydraulic motor and in the pressure line of the source of the working fluid leads (due to the inertness of the moving elements of the hydromechanical feedback) to reduce the speed of the drive and increase the dynamic errors in the development of the electrical input signal.
Согласно анализируемому способу фактическое значение текущей скорости движения выходного звена гидродвигателя не контролируется и не используется при формировании электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя. Отсутствие обратной связи по текущему значению контролируемого параметра не ограничивает величину несоответствия контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя (в рассматриваемом случае скорости его движения) величине входного управляющего сигнала, что снижает точность работы электрогидравлического следящего привода. According to the analyzed method, the actual value of the current speed of the output link of the hydraulic motor is not controlled and is not used in the formation of the electrical control signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier. The lack of feedback on the current value of the monitored parameter does not limit the magnitude of the discrepancy between the monitored parameter of the output link of the hydraulic motor (in this case, its speed) to the value of the input control signal, which reduces the accuracy of the electro-hydraulic servo drive.
Известный способ применим только для регулирования одного контролируемого параметра: скорости движения выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода, - то есть обладает ограниченными технологическими возможностями. The known method is applicable only to regulate one controlled parameter: the speed of the output link of the hydraulic motor of the electro-hydraulic servo drive, that is, it has limited technological capabilities.
Конструкция большинства электрогидравлических усилителей такова, что площадь проходных сечений их рабочих окон является нелинейной функцией величины электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя (например, из-за исполнения золотниковой пары с положительным перекрытием, из-за выполнения рабочих окон профилированными). При использовании в гидроприводе таких электрогидравлических усилителей рассматриваемый способ ни при каких условиях не обеспечивает компенсацию влияния изменений нагрузки и соответственно давления в напорной гидролинии привода на величину скорости движения выходного звена гидропривода, что сужает область применения способа или делает его менее эффективным. The design of most electro-hydraulic amplifiers is such that the cross-sectional area of their working windows is a non-linear function of the magnitude of the electric control signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier (for example, due to the execution of the spool pair with positive overlap, due to the execution of the working windows profiled). When such electro-hydraulic amplifiers are used in a hydraulic drive, the method under consideration does not under any circumstances compensate for the effect of load changes and, accordingly, pressure in the pressure line of the drive on the speed of the output link of the hydraulic drive, which narrows the scope of the method or makes it less effective.
Кроме того, даже при работе гидропривода на установившихся режимах соответствие скорости движения выходного звена гидродвигателя входному электрическому сигналу при реализации рассматриваемого способа возможно только при условии отсутствия утечек и перетечек рабочей жидкости на участке между электрогидравлическим усилителем и гидродвигателем (например, через зазоры в паре золотник - гильза электрогидравлического усилителя, через подвижное уплотнение между напорной и сливной полостями гидродвигателя и т.п.). При работе гидропривода на неустановившихся режимах, связанных с изменением управляющего сигнала или внешней нагрузки, появляется дополнительная погрешность в величине скорости движения выходного звена гидродвигателя, обусловленная сжимаемостью рабочей жидкости в полостях гидродвигателя и соединенных с ними гидролиниях и податливостью стенок каналов, в которые жидкость заключена. Указанная погрешность так же, как и погрешность, связанная с утечками и перетечками рабочей жидкости, согласно известному способу регулирования скорости движения выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода никак не компенсируется. В результате известный способ не обеспечивает достаточные статическую и динамическую жесткости электрогидравлического следящего привода, следствием чего являются пониженные быстродействие гидропривода и полоса пропускания частот. In addition, even when the hydraulic drive is operating in steady-state conditions, the correspondence of the speed of the output motor link to the input electric signal when implementing the method in question is possible only if there are no leaks and overflows of the working fluid in the area between the electro-hydraulic amplifier and the hydraulic motor (for example, through gaps in the spool-sleeve pair electro-hydraulic amplifier, through a movable seal between the pressure and drain cavities of the hydraulic motor, etc.). When the hydraulic drive operates in transient modes associated with a change in the control signal or external load, an additional error appears in the value of the speed of the output link of the hydraulic motor, due to the compressibility of the working fluid in the cavities of the hydraulic motor and the hydraulic lines connected to them and the flexibility of the walls of the channels in which the fluid is enclosed. The specified error as well as the error associated with leaks and overflows of the working fluid, according to the known method of controlling the speed of the output link of the hydraulic motor of the electro-hydraulic servo drive is not compensated. As a result, the known method does not provide sufficient static and dynamic stiffness of the electro-hydraulic servo drive, resulting in reduced hydraulic drive speed and frequency bandwidth.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является взятый в качестве прототипа способ регулирования контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода, содержащего гидродвигатель и электрогидравлический усилитель, путем изменения площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, включающий задание потребного значения контролируемого параметра путем формирования электрического входного сигнала fупр, формирование электрического сигнала обратной связи по давлению в полостях гидродвигателя и в напорной и сливной гидролиниях привода и последующее формирование на основе потребного значения контролируемого параметра и сигнала обратной связи электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя. При этом электрический сигнал обратной связи по давлению в полостях гидродвигателя и в напорной и сливной гидролиниях формируют следующим образом. Сначала формируют сигнал, пропорциональный разности текущих значений давления питания p0 и перепада давлений Δp в полостях гидродвигателя: (р0-Δр). Затем осуществляют задание электрического сигнала коррекции, пропорционального требуемой эталонной разности указанных величин: (р0-Δp)э, - деление его на сигнал, пропорциональный фактической разности давлений: (р0-Δр)э/(р0-Δр), - после чего осуществляют формирование электрического сигнала, равного квадратному корню от сигнала, полученного путем деления: [(p0-Δp)э/(р0-Δp)]1/2. Формирование электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя, осуществляют путем перемножения сигнала обратной связи по давлению в полостях гидродвигателя и в напорной и сливной гидролиниях (представляющего результат извлечения квадратного корня) на величину электрического входного сигнала: [(p0-Δp)э/(p0-Δp)]1/2•fупр. Контролируемым параметром является скорость движения выходного звена гидродвигателя [2].Closest to the claimed technical solution is a method of regulating a controlled parameter of an output element of an electric motor of an electro-hydraulic servo drive, comprising a hydraulic motor and an electro-hydraulic amplifier, by changing a passage area of a working window of an electro-hydraulic amplifier, including setting a desired value of a controlled parameter by generating an electrical input signal f simp, forming an electric return signal second communication hydraulic pressure in cavities in the pressure and return hydraulic lines and the actuator on the basis of the subsequent formation of the required values of the controlled parameter and the feedback signal of the electric control signal supplied to the input of an electrohydraulic amplifier. In this case, the electrical pressure feedback signal in the cavities of the hydraulic motor and in the pressure and drain hydraulic lines is formed as follows. First, a signal is generated proportional to the difference between the current values of the supply pressure p 0 and the differential pressure Δp in the hydraulic motor cavities: (p 0 -Δp). Then, an electrical correction signal is set, proportional to the required reference difference of the indicated values: (p 0 -Δp) e , - dividing it by a signal proportional to the actual pressure difference: (p 0 -Δp) e / (p 0 -Δp), - after which carry out the formation of an electrical signal equal to the square root of the signal obtained by dividing: [(p 0 -Δp) e / (p 0 -Δp)] 1/2 . The formation of the electrical control signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier is carried out by multiplying the feedback signal for pressure in the cavities of the hydraulic motor and in the discharge and drain lines (representing the square root extraction result) by the value of the electric input signal: [(p 0 -Δp) e / (p 0 -Δp)] 1/2 • f exercise The controlled parameter is the speed of the output link of the hydraulic motor [2].
Согласно данному способу расход рабочей жидкости через рабочее окно электрогидравлического усилителя, а следовательно, и фактическая скорость движения выходного звена гидродвигателя задаются сигналом fупр, определяющим площадь проходного сечения рабочих окон электрогидравлического усилителя, необходимую для обеспечения движения выходного звена гидродвигателя с потребной скоростью при разности значений давления питания р0 и перепада давлений Δp в полостях гидродвигателя, равной эталонной величине (р0-Δp)э, и сигналом обратной связи [(p0-Δp)э/(p0-Δp)]1/2, предназначенным для обеспечения инвариантности скорости движения выходного звена гидропривода к изменениям давления питания р0 и перепада давлений Δp в полостях гидродвигателя (давления нагрузки).According to this method, the flow rate of the working fluid through the working window of the electro-hydraulic amplifier, and therefore the actual speed of the output link of the hydraulic motor, is set by the signal f control determining the area of the passage section of the working windows of the electro-hydraulic amplifier necessary to ensure the movement of the output link of the hydraulic motor with the required speed at a pressure difference power supply p 0 and pressure difference Δp in the cavities of the hydraulic motor equal to the reference value (p 0 -Δp) e , and the feedback signal zi [(p 0 -Δp) e / (p 0 -Δp)] 1/2 , designed to ensure the invariance of the speed of the output link of the hydraulic drive to changes in the supply pressure p 0 and the pressure drop Δp in the cavities of the hydraulic motor (load pressure).
При этом фактическое значение текущей скорости движения выходного звена гидродвигателя не контролируется и не используется при формировании электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя. Отсутствие обратной связи по текущему значению контролируемого параметра не ограничивает величину несоответствия контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя (в рассматриваемом случае скорости его движения) величине входного управляющего сигнала, что снижает точность работы электрогидравлического следящего привода. Moreover, the actual value of the current speed of the output link of the hydraulic motor is not controlled and is not used in the formation of the electrical control signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier. The lack of feedback on the current value of the monitored parameter does not limit the magnitude of the discrepancy between the monitored parameter of the output link of the hydraulic motor (in this case, its speed) to the value of the input control signal, which reduces the accuracy of the electro-hydraulic servo drive.
Известный способ применим только для регулирования одного контролируемого параметра: скорости движения выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода, - то есть обладает ограниченными технологическими возможностями. The known method is applicable only to regulate one controlled parameter: the speed of the output link of the hydraulic motor of the electro-hydraulic servo drive, that is, it has limited technological capabilities.
Конструкция большинства электрогидравлических усилителей такова, что площадь проходных сечений их рабочих окон является нелинейной функцией величины электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя (например, из-за исполнения золотниковой пары с положительным перекрытием, из-за выполнения рабочих окон профилированными). При использовании в гидроприводе таких электрогидравлических усилителей рассматриваемый способ ни при каких условиях не обеспечивает компенсацию влияния изменений давления питания р0 и перепада давлений Δр в полостях гидродвигателя на величину скорости движения выходного звена гидропривода, что сужает область применения способа или делает его менее эффективным.The design of most electro-hydraulic amplifiers is such that the cross-sectional area of their working windows is a non-linear function of the magnitude of the electric control signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier (for example, due to the execution of a spool pair with positive overlap, due to the execution of the working windows profiled). When using such electro-hydraulic amplifiers in a hydraulic actuator, the method under consideration does not under any circumstances compensate for the effect of changes in the supply pressure p 0 and differential pressure Δp in the hydraulic motor cavities on the value of the speed of the output link of the hydraulic actuator, which narrows the scope of the method or makes it less effective.
Скорость движения выходного звена гидродвигателя однозначно определяется расходом рабочей жидкости, прошедшей через рабочее окно электрогидравлического усилителя, лишь при условии, что на участке между электрогидравлическим усилителем и гидродвигателем отсутствуют утечки и перетечки рабочей жидкости (например, через зазоры в паре золотник - гильза электрогидравлического усилителя, через подвижное уплотнение между напорной и сливной полостями гидродвигателя и т.п.), рабочая жидкость несжимаема, а стенки каналов и полостей, в которые она заключена, являются абсолютно жесткими. В действительности рабочая жидкость, которая прошла из напорной гидролинии через рабочее окно электрогидравлического усилителя, идет не только на заполнение пространства в напорной полости гидродвигателя, освобождающегося вследствие перемещения его выходного звена, но и на заполнение пространства, появляющегося вследствие сжимаемости самой жидкости и податливости стенок каналов и полостей, в которые она заключена (величина расхода жидкости, связанного с упругими деформациями жидкости и каналов, пропорциональна скорости изменения давления), а также уходит через зазоры в паре золотник - гильза электрогидравлического усилителя в сливную гидролинию и перетекает через подвижное уплотнение между напорной и сливной полостями гидродвигателя в сливную полость последнего (величина расхода утечек и перетечек рабочей жидкости пропорциональна перепадам давления). В результате этого при работе гидропривода появляется дополнительная погрешность в обеспечении требуемой величины скорости движения выходного звена гидродвигателя, зависящая от текущих значений давления в полостях гидродвигателя и скорости изменения давления в нагруженной полости гидродвигателя. Указанная погрешность может достигать значительной величины и согласно известному способу регулирования скорости движения выходного звена гидродвигателя никак не компенсируется. Таким образом, одним из основных недостатков известного способа является то, что он не обеспечивает достаточные статическую и динамическую жесткости электрогидравлического следящего привода, следствием чего являются пониженные быстродействие гидропривода и полоса пропускания частот. The speed of the output link of the hydraulic motor is uniquely determined by the flow rate of the working fluid passing through the working window of the electro-hydraulic amplifier, only if there are no leaks and overflows of the working fluid in the section between the electro-hydraulic amplifier and the hydraulic motor (for example, through the gaps in the spool-sleeve of the electro-hydraulic amplifier pair, through movable seal between the pressure and drain cavities of the hydraulic motor, etc.), the working fluid is incompressible, and the walls of the channels and cavities into which on lies, it is absolutely rigid. In fact, the working fluid that passed from the pressure line through the working window of the electro-hydraulic amplifier is used not only to fill the space in the pressure cavity of the hydraulic motor released due to the movement of its output link, but also to fill the space that appears due to the compressibility of the liquid itself and ductility of the channel walls and cavities in which it is enclosed (the amount of fluid flow associated with the elastic deformations of the fluid and the channels is proportional to the rate of change d pressure), and also passes through gaps in a pair of slide valve - the sleeve of an electro-hydraulic amplifier into a drain hydraulic line and flows through a movable seal between the pressure and drain cavities of the hydraulic motor into the drain cavity of the latter (the amount of leakage and leakage of the working fluid is proportional to pressure drops). As a result of this, when the hydraulic drive is operating, an additional error appears in providing the required speed of the output link of the hydraulic motor, depending on the current pressure values in the hydraulic motor cavities and the rate of pressure change in the loaded hydraulic motor cavity. The specified error can reach a significant value and according to the known method of controlling the speed of the output link of the hydraulic motor is not compensated. Thus, one of the main disadvantages of this method is that it does not provide sufficient static and dynamic stiffness of the electro-hydraulic servo drive, which results in reduced hydraulic drive speed and frequency bandwidth.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание способа регулирования контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода, обеспечивающего улучшение статических и динамических характеристик электрогидравлического следящего привода, а именно повышение жесткости привода и расширение тем самым его полосы пропускания частот и увеличение быстродействия. The technical problem solved by the invention is the creation of a method for controlling a controlled parameter of the output motor link of an electro-hydraulic servo drive, which improves the static and dynamic characteristics of an electro-hydraulic servo drive, namely, increasing the stiffness of the drive and thereby expanding its frequency bandwidth and increasing speed.
Для решения поставленной задачи в известном способе регулирования контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода, содержащего гидродвигатель и электрогидравлический усилитель, путем изменения площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, включающем задание потребного значения контролируемого параметра путем формирования электрического входного сигнала, формирование электрического сигнала обратной связи по давлению в полостях гидродвигателя и в напорной и сливной гидролиниях привода и последующее формирование на основе потребного значения контролируемого параметра и сигнала обратной связи электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя, согласно изобретению дополнительно формируют электрический сигнал обратной связи по текущему значению контролируемого параметра, на основе сигналов обратной связи вычисляют величину потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, затем формируют электрический управляющий сигнал, соответствующий на основе экспериментальных данных величине потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, при этом величину упомянутой площади проходного сечения определяют с учетом утечек и перетечек рабочей жидкости, а также сжимаемости жидкости и податливости стенок каналов. To solve the problem in a known method of controlling a controlled parameter of the output motor link of an electro-hydraulic servo drive containing a hydraulic motor and an electro-hydraulic amplifier, by changing the area of the passage section of the working window of the electro-hydraulic amplifier, which includes setting the required value of the controlled parameter by generating an electrical input signal, generating an electrical feedback signal by pressure in hydraulic motor cavities and in upstream and downstream drive hydraulic lines and the subsequent formation on the basis of the required value of the controlled parameter and the feedback signal of the electric control signal supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier, according to the invention, an electric feedback signal is additionally generated from the current value of the controlled parameter, based on the feedback signals, the required value is calculated at the current time, the area of the passage section of the working window of the electro-hydraulic amplifier, s the formed electric control signal corresponding to the experimental data the value of required at the current time passage section area of the working window electrohydraulic amplifier, wherein the size of said flow area determined in consideration leakages and leakages of the working fluid, and fluid compressibility and compliance of the channel walls.
Дополнительное формирование электрического сигнала обратной связи по текущему значению контролируемого параметра, вычисление на основе потребного значения контролируемого параметра и сигналов обратной связи по давлению и по текущему значению контролируемого параметра величины потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя с учетом утечек и перетечек рабочей жидкости, а также сжимаемости жидкости и податливости стенок каналов создает предпосылки для выявления величины электрического управляющего сигнала, который необходимо подать на вход электрогидравлического усилителя для обеспечения значения контролируемого параметра, соответствующего электрическому входному сигналу. Использование сигнала обратной связи по текущему значению контролируемого параметра, кроме того, позволяет применять предлагаемый способ как для регулирования скорости движения, так и координаты выходного звена гидродвигателя, то есть расширяет область применения способа. Additional generation of an electrical feedback signal from the current value of the monitored parameter, calculation based on the required value of the monitored parameter and feedback signals from the pressure and from the current value of the controlled parameter, the amount of the area of the passage section of the working window of the electro-hydraulic amplifier that is currently needed, taking into account leaks and leakages of the working fluid, as well as compressibility of the fluid and ductility of the walls of the channels creates the prerequisites for identifying the values s of the electrical control signal, which must be supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier to ensure the value of the monitored parameter corresponding to the electrical input signal. The use of a feedback signal for the current value of the monitored parameter, in addition, allows the proposed method to be applied both to control the speed of movement and the coordinates of the output link of the hydraulic motor, that is, it expands the scope of the method.
Формирование электрического управляющего сигнала (подаваемого на вход электрогидравлического усилителя), соответствующего на основе экспериментальных данных величине потребной в текущий момент времени площади проходного сечения электрогидравлического усилителя, обеспечивает независимость скорости движения выходного звена гидродвигателя от изменений давлений в напорной и сливной гидролиниях и от величины и скорости изменения давлений в полостях гидродвигателя. The formation of an electric control signal (supplied to the input of the electro-hydraulic amplifier), which, based on experimental data, corresponds to the current area of the electro-hydraulic amplifier through passage section, ensures the speed of the output link of the hydraulic motor is independent of pressure changes in the pressure and drain hydraulic lines and the magnitude and speed of change pressure in the cavities of the hydraulic motor.
Величину потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя в общем случае определяют в соответствии с выражениями:
при хупр>0
где Sp.o.A1= [AAхрассогл+kут.A(pA-pсл)+kперет(pA-pB)+VA/EadpA/dt] /{ μ[2/ρ(pп-pA)]1/2}; (2)
при xупр<0
где Sp.o.A2= K[AВxрассогл-kут.B(pB-pсл)-kперет(pB-pA)-VB/EВdpB/dt] /{ μ[2/ρ(pп-pB)]1/2}; (4)
при хупр=0
Ар.о.А=0, (5)
где хупр - исходный управляющий сигнал;
Ар.о.А - вычисленное значение величины потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, через которое канал А электрогидравлического усилителя сообщается с напорной (при положительном значении Ар.о.А) или сливной (при отрицательном значении Ар.о.А) гидролиниями привода;
Sр.о.А1, Sр.о.А2 - варианты потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, через которое канал А электрогидравлического усилителя сообщается с напорной или сливной гидролиниями привода;
АА, АВ - характерные размеры гидродвигателя (эффективная площадь поршня для гидроцилиндра; характерный объем для гидромотора) со стороны его рабочих полостей, подсоединенных к каналам электрогидравлического усилителя соответственно А и В;
храссогл - сигнал рассогласования;
Kут.А, Kут.B - коэффициенты утечек рабочей жидкости для участков электрогидравлического следящего привода, подсоединенных к каналам электрогидравлического усилителя соответственно А и В;
Kперет - коэффициент перетечек рабочей жидкости между полостями гидродвигателя (каналами А и В электрогидравлического усилителя);
VA, VB - текущие значения объемов рабочей жидкости в гидролиниях и полостях гидродвигателя, подсоединенных к каналам электрогидравлического усилителя соответственно А и В;
EA, EB - приведенные модули объемной упругости участков электрогидравлического следящего привода, подсоединенных к каналам электрогидравлического усилителя соответственно А и В;
μ - коэффициент расхода рабочего окна электрогидравлического усилителя;
ρ - плотность рабочей жидкости;
pп, pcл - значения давления рабочей жидкости соответственно в напорном и сливном каналах электрогидравлического усилителя;
рA, рB - значения давления рабочей жидкости в каналах соответственно А и В электрогидравлического усилителя;
K - отношение площади Aр.о.A проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, через которое канал А усилителя сообщается со сливной гидролинией привода, к площади Aр.о.B проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, через которое при этом его канал В сообщается с напорной гидролинией привода (K=Aр.о.A/Aр.о.В; K>0);
t - время.The value of the area of the passage section of the working window of the electro-hydraulic amplifier, required at the current time, is generally determined in accordance with the expressions:
for x control > 0
where S poA1 = [A A x + k rassogl ut.A (p A -p cl) + k Peret (p A -p B) + V A / E a dp A / dt] / {μ [ 2 / ρ ( p n -p A )] 1/2 }; (2)
at x control <0
where S poA2 = K [A x B rassogl ut.B -k (p B -p cl) -k Peret (p B -p A) -V B / E The dp B / dt] / {μ [ 2 / ρ (p n -p B )] 1/2 }; (4)
at x control = 0
A r.o.A = 0, (5)
where x control - the original control signal;
A r.o.A is the calculated value of the area of the passage section of the working window of the electro-hydraulic amplifier, at which time the channel A of the electro-hydraulic amplifier is in communication with the pressure head (with a positive value of A r.o.A ) or discharge (with a negative value of A) r.o.A ) drive lines;
S r.o.A1 , S r.o.A2 - variants of the area of the passage section of the working window of the electro-hydraulic amplifier required at the current time, through which the channel A of the electro-hydraulic amplifier communicates with the pressure or drain hydraulic lines of the drive;
A A , A B are the characteristic dimensions of the hydraulic motor (effective piston area for the hydraulic cylinder; characteristic volume for the hydraulic motor) from its working cavities connected to the channels of the electro-hydraulic amplifier, respectively, A and B;
x resol - the error signal;
K ut.A , K ut.B - leakage coefficients of the working fluid for sections of the electro-hydraulic servo drive connected to the channels of the electro-hydraulic amplifier, respectively, A and B;
K peret - coefficient of fluid flow between the cavities of the hydraulic motor (channels A and B of the electro-hydraulic amplifier);
V A , V B - current values of the volumes of the working fluid in the hydraulic lines and cavities of the hydraulic motor connected to the channels of the electro-hydraulic amplifier, respectively, A and B;
E A , E B - reduced moduli of bulk elasticity of sections of electro-hydraulic servo drive connected to the channels of the electro-hydraulic amplifier, respectively, A and B;
μ is the flow coefficient of the working window of the electro-hydraulic amplifier;
ρ is the density of the working fluid;
p p , p SL - pressure values of the working fluid, respectively, in the pressure and drain channels of the electro-hydraulic amplifier;
p A , p B - pressure values of the working fluid in the channels, respectively, A and B of the electro-hydraulic amplifier;
K is the ratio of the area A r.p.O. of the bore of the working window of the electro-hydraulic amplifier through which the channel A of the amplifier is connected to the drain hydraulic line of the drive, to the area A r.b. B of the bore of the working window of the electro-hydraulic amplifier through which its channel communicates with the pressure head hydraulic line of the drive (K = A r.o.A / A r.o.V ; K>0);
t is time.
В случае работы гидропривода с постоянной по направлению нагрузкой, воспринимаемой рабочей жидкостью, находящейся в полости гидродвигателя, соединенной с каналом А электрогидравлического усилителя, величину потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя предпочтительно определяют с использованием выражения:
Sp.o.A2=[AAхрассогл+kут.A(pA-pcл)+kперет(pA-pB)+VA/EAdpA/dt]/{ μ[2/ρ(pA-pсл)]1/2}. (6)
При использовании в качестве контролируемого параметра координаты z выходного звена гидродвигателя, входящего в состав электрогидравлического следящего привода, величины хупр и храссогл определяют в соответствии с выражениями:
хупр=zзад-z; (7)
храссогл=kV(zзад-z), (8)
где z - текущая координата выходного звена гидродвигателя, отсчитываемая от положения выходного звена, при котором объем рабочей полости гидродвигателя, подсоединенной к каналу А электрогидравлического усилителя, минимален;
zзaд - текущее заданное значение координаты z выходного звена гидродвигателя (входной сигнал);
kv - коэффициент усиления.In the case of operation of the hydraulic actuator with a constant load in the direction, perceived by the working fluid located in the cavity of the hydraulic motor connected to the channel A of the electro-hydraulic amplifier, the size of the current cross-sectional area of the working window of the electro-hydraulic amplifier is preferably determined using the expression:
S poA2 = [A A x distribution + k ut. A (p A -p c ) + k pere (p A -p B ) + V A / E A dp A / dt] / {μ [2 / ρ (p A -p sl )] 1/2 }. (6)
When using the z coordinate of the output link of the hydraulic motor, which is part of the electro-hydraulic servo drive, as a controlled parameter, the values of x control and x resolution are determined in accordance with the expressions:
x control = z ass -z; (7)
x resolution = k V (z ass -z), (8)
where z is the current coordinate of the output link of the hydraulic motor, counted from the position of the output link, at which the volume of the working cavity of the hydraulic motor connected to channel A of the electro-hydraulic amplifier is minimal;
z back - the current set value of the coordinate z of the output link of the hydraulic motor (input signal);
k v is the gain.
При использовании в качестве контролируемого параметра скорости движения v выходного звена гидродвигателя величины xупр и xрассогл определяют в соответствии с выражениями:
xупр=vзад; (9)
xрассогл=kynpvзaд-kocv, (10)
где v- текущая скорость движения выходного звена гидродвигателя (v= dz/dt);
vзад - текущее заданное значение скорости движения v выходного звена гидродвигателя (входной сигнал);
kупр, kос - коэффициенты усиления.When using as a controlled parameter the speed v of the output link of the hydraulic motor, the values of x control and x deviation are determined in accordance with the expressions:
x control = v back ; (9)
x resolution = k ynp v back -k oc v, (10)
where v is the current speed of the output link of the hydraulic motor (v = dz / dt);
v ass - the current set value of the speed v of the output link of the hydraulic motor (input signal);
k CPR , k OS - gain.
Оптимальным является следующее соотношение между коэффициентами kупр и kос
kупр=1+kос. (11)
При использовании в качестве гидродвигателя гидроцилиндра или поворотного гидродвигателя текущие значения объемов рабочей жидкости в гидролиниях и полостях гидродвигателя, подсоединенных к каналам электрогидравлического усилителя соответственно А и В, определяются в соответствии с выражениями:
VA=VA0+AAz; (12)
VB=VB0+AB(H-z), (13)
где VA0, VB0 - минимальные значения объемов рабочей жидкости в гидролиниях и полостях гидродвигателя, подсоединенных к каналам электрогидравлического усилителя соответственно А и В (при соответствующих крайних положениях выходного звена гидродвигателя);
H - полный ход выходного звена гидродвигателя.Optimum is the following relationship between the coefficients k control and k OS
Ctrl k = 1 + k axes. (eleven)
When using a hydraulic cylinder or a rotary hydraulic motor as a hydraulic motor, the current values of the working fluid volumes in the hydraulic lines and hydraulic motor cavities connected to the channels of the electro-hydraulic amplifier, respectively, A and B, are determined in accordance with the expressions:
V A = V A0 + A A z; (12)
V B = V B0 + A B (Hz), (13)
where V A0 , V B0 are the minimum values of the volumes of the working fluid in the hydraulic lines and cavities of the hydraulic motor connected to the channels of the electro-hydraulic amplifier, respectively, A and B (at the corresponding extreme positions of the output link of the hydraulic motor);
H - full stroke of the output link of the hydraulic motor.
Для подтверждения сказанного выше о достоинствах предлагаемого способа регулирования контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода и доказательства решения при его применении поставленной технической задачи рассмотрим, например, случай, когда: xупр>0.To confirm what has been said above about the advantages of the proposed method for regulating the controlled parameter of the output link of the hydraulic motor of the electro-hydraulic follower drive and proving the solution when applying the formulated technical problem, consider, for example, the case when: x control > 0.
При этом канал А электрогидравлического усилителя сообщается с напорной гидролинией привода через открытое рабочее окно, потребная площадь Ар.о.А проходного сечения которого имеет значение, определяемое выражениями (1) и (2) (понятие каналов А и В усилителя условно: любой из рабочих каналов усилителя, предназначенных для соединения с полостями гидродвигателя, может считаться каналом А или В, тогда другой соответственно считается каналом В или А).In this case, channel A of the electro-hydraulic amplifier communicates with the pressure line of the drive through an open working window, the required area A of the r.o.A of the flow area of which has the value defined by expressions (1) and (2) (the concept of channels A and B of the amplifier is arbitrary: any the working channels of the amplifier, designed to be connected to the cavities of the hydraulic motor, can be considered channel A or B, then the other, respectively, is considered channel B or A).
Расход QA рабочей жидкости через рассматриваемое рабочее окно составляет
QA=μAр.о.А[2/ρ(pп-рA)]1/2. (14)
С учетом утечек и перетечек рабочей жидкости, а также сжимаемости жидкости и податливости стенок каналов и полостей, в которых она заключена, в соответствии с уравнением неразрывности скорость v движения выходного звена гидродвигателя (положительное значение скорости соответствует соединению канала А электрогидравлического усилителя с напорной гидролинией привода) связана с расходом QA, поступающим из напорной линии гидропривода в канал А электрогидравлического усилителя, следующим образом:
QA=AAv+kут.A(pA-pсл)+kперет(pA-pB)+VA/ЕAdpA/dt. (15)
После подстановки в уравнение (15) выражения расхода QA из соотношения (14) с учетом выражений (1) и (2) (для случая Sр.о.A1>0) получаем
v=xрассогл. (16)
В случае, когда xупр < 0 - канал В электрогидравлического усилителя сообщается с напорной гидролинией привода через открытое рабочее окно, потребная площадь Ар.о.в проходного сечения которого связана с площадью Ар.о.А проходного сечения рабочего окна, через которое при этом канал А электрогидравлического усилителя сообщается со сливной линией гидропривода, соотношением
Ар.о.в=Ар.о.А/K. (17)
Расход рабочей жидкости QB, поступающей в канал В электрогидравлического усилителя из напорной линии гидропривода, составляет
QB=μAр.o.в[2/ρ(pп-pв)]1/2. (18)
При этом в соответствии с уравнением неразрывности
Qв=AВv-kут.B(pB-pcл)-kперет(pв-pA)-VB/EвdpB/dt. (19)
На основании соотношений (18), (19), (17), (3) и (4) (для случая Sp.o.A2<0), получаем
v=хрaссогл. (20)
Очевидно, что выражения (16) и (20) совпадают. Как следует из указанных выражений, при реализации предлагаемого способа регулирования контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя скорость перемещения выходного звена гидродвигателя при движении его в любом направлении (в пределах погрешности проведенных математических выкладок, связанной с переменностью в процессе работы гидропривода целого ряда его характеристик, в частности коэффициентов утечек и перетечек рабочей жидкости, приведенного модуля упругости и т.п.) оказывается инвариантной к величине нагрузки на выходном звене гидродвигателя (в пределах рабочего диапазона) и к характеру изменения нагрузки, колебаниям давления в напорном и сливном каналах электрогидравлического усилителя, а зависит лишь от величины сигнала рассогласования - храссогл.The flow rate Q A of the working fluid through the working window in question is
Q A = μA r.o.A [2 / ρ (p n -p A )] 1/2 . (14)
Taking into account leaks and overflows of the working fluid, as well as compressibility of the fluid and ductility of the walls of the channels and cavities in which it is enclosed, in accordance with the continuity equation, the speed v of the output link of the hydraulic motor (a positive value of the speed corresponds to the connection of channel A of the electro-hydraulic amplifier with the pressure line of the drive) associated with the flow rate Q A coming from the pressure line of the hydraulic actuator to channel A of the electro-hydraulic amplifier, as follows:
Q A = A A v + k ut.A (p A -p cl) + k Peret (p A -p B) + V A / E A dp A / dt. (fifteen)
After substituting the flow rate expressions Q A into equation (15) from relation (14), taking into account expressions (1) and (2) (for the case S r.o.A1 > 0), we obtain
v = x disag . (16)
In the case where x CPR <0, the channel B of the electro-hydraulic amplifier communicates with the pressure line of the drive through an open working window, the required area A r.o. of the through section of which is connected with the area A r.o.A of the through section of the working window, through which the channel A of the electro-hydraulic amplifier is in communication with the drain line of the hydraulic actuator, the ratio
A r.o.v = A r.o.A / K. (17)
The flow rate of the working fluid Q B entering the channel B of the electro-hydraulic amplifier from the pressure line of the hydraulic actuator is
Q B = μA r.o.v [2 / ρ (p n -p c )] 1/2 . (18)
Moreover, in accordance with the continuity equation
Q in = A In vk ut. B (p B -p c ) -k peret (p in -p A ) -V B / E in dp B / dt. (19)
Based on relations (18), (19), (17), (3) and (4) (for the case S poA2 <0), we obtain
v = x rassogl. (20)
Obviously, expressions (16) and (20) coincide. As follows from the above expressions, when implementing the proposed method for controlling the controlled parameter of the hydraulic motor output link, the speed of the hydraulic motor output link moving when moving in any direction (within the error of the mathematical calculations associated with the variability during operation of the hydraulic drive of a number of its characteristics, in particular the coefficients leaks and leakages of the working fluid, reduced modulus of elasticity, etc.) is invariant to the value of the load at the outlet the bottom link of the hydraulic motor (within the operating range) and to the nature of the load change, pressure fluctuations in the pressure and drain channels of the electro-hydraulic amplifier, but depends only on the size of the error signal - x resolution .
При хупр= 0, а также в случаях, когда хупр>0, но Sp.o.А1≤0, или хупр<0, но Sр.о.A1≥0 (то есть при управляющем сигнале, равном нулю, а также при управляющем сигнале, не равном нулю, но физическом несоответствии знака величины Sp.o.A1 знаку управляющего сигнала) площадь Ap.o.A принимает нулевое значение, что соответствует запиранию полостей гидродвигателя и приводит или к снижению скорости движения выходного звена гидродвигателя до нуля, то есть его остановке (при хупр=0), или к стабилизации переходных процессов в гидроприводе (при хупр≠0).If Ctrl x = 0, and also when Ctrl x> 0, but S poA1 ≤0, or Ctrl x <0, but S r.o.A1 ≥0 (i.e. when the control signal is zero, and when the control signal is not equal to zero, but the sign of the quantity S poA1 does not correspond to the sign of the control signal), the area A poA takes a value of zero, which corresponds to locking the hydraulic motor cavities and leads to a decrease in the speed of the output link of the hydraulic motor to zero, i.e., to its stop (when x CPR = 0), or to stabilize transients in the hydraulic drive (with x CPR ≠ 0).
В случае работы гидропривода с постоянной по направлению нагрузкой, воспринимаемой рабочей жидкостью, находящейся в полости гидродвигателя, соединенной с каналом А электрогидравлического усилителя (понятие каналов А и В усилителя условно), величину потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя предпочтительнее определять в зависимости от величины и характера изменения давления в нагруженной полости гидродвигателя, то есть в полости, соединенной с каналом А, вне зависимости от знака управляющего сигнала, используя для определения величины Sp.o.А2 выражение (6) вместо применимого при любом направлении действия нагрузки выражения (4). Дело в том, что в более нагруженной полости гидродвигателя и соединенных в ней гидролиниях в меньшей степени проявляется влияние содержащегося в рабочей жидкости газа на текущее значение ее модуля упругости, вследствие чего при изменении условий работы привода погрешность в вычислении потребного в текущий момент времени значения площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя уменьшается, что способствует повышению жесткости электрогидравлического привода. Выражение (20) при использовании выражения (6) остается справедливым.In the case of operation of the hydraulic actuator with a constant load in the direction, perceived by the working fluid located in the cavity of the hydraulic motor connected to the channel A of the electro-hydraulic amplifier (the concept of channels A and B of the amplifier is arbitrary), it is preferable to determine the size of the passage area at the current time of the working window of the electro-hydraulic amplifier depending on the magnitude and nature of the pressure change in the loaded cavity of the hydraulic motor, that is, in the cavity connected to channel A, regardless distance from the sign of the control signal, using expression (6) to determine S poА2 instead of expression (4) applicable for any direction of load action. The fact is that in a more loaded cavity of the hydraulic motor and the hydraulic lines connected to it, the effect of the gas contained in the working fluid on the current value of its elastic modulus is less manifested, as a result of which, when the operating conditions of the drive change, the error in calculating the area of passage required at the current time the cross section of the working window of the electro-hydraulic amplifier is reduced, which increases the rigidity of the electro-hydraulic drive. Expression (20) when using expression (6) remains valid.
В зависимости от характера контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя исходный сигнал управления хупр и сигнал рассогласования храссогл определяются по-разному.Depending on the nature of the controlled parameter of the output link of the hydraulic motor, the initial control signal x control and the mismatch signal x deviation are determined differently.
При использовании в качестве контролируемого параметра координаты z выходного звена гидродвигателя исходный сигнал управления хупр и сигнал рассогласования храссогл вычисляются по выражениям соответственно (7) и (8). В соответствии с выражением (8) сигнал рассогласования, а согласно выражению (20) и текущая скорость движения v выходного звена гидродвигателя прямо пропорциональны отклонению текущего значения координаты z от его заданного значения zзaд.When using the z coordinate of the output link of the hydraulic motor as a controlled parameter, the initial control signal x control and the mismatch signal x deviation are calculated using expressions (7) and (8), respectively. According to expression (8), the mismatch signal, and according to expression (20), and the current speed v of the output link of the hydraulic motor are directly proportional to the deviation of the current value of the coordinate z from its predetermined value z back .
При использовании в качестве контролируемого скорости движения v выходного звена гидродвигателя сигнал управления хупр и сигнал рассогласования xрассогл вычисляются по выражениям соответственно (9) и (10). Для указанного случая на основании выражений (20) и (10) имеем:
v=kупрvзад/(1+koc), (21)
то есть текущая скорость движения v выходного звена гидродвигателя прямо пропорциональна текущему заданному значению vзaд скорости движения (входному сигналу).When using the output link of the hydraulic motor as a controlled speed v, the control signal x control and the error signal x deviation are calculated using expressions (9) and (10), respectively. For this case, on the basis of expressions (20) and (10) we have:
v = k control v ass / (1 + k oc ), (21)
that is, the current speed v of the output link of the hydraulic motor is directly proportional to the current set value v in front of the speed of the movement (input signal).
Соотношение между коэффициентами kупр и kос, представленное в виде выражения (11), является оптимальным, поскольку при этом обеспечивается полное соответствие между текущим значением скорости движения v выходного звена гидродвигателя и ее текущим заданным значением vзад. При выполнении соотношения (11), исходя из выражения (21), получаем
v=vзaд. (22)
При использовании в качестве гидродвигателя гидроцилиндра или поворотного гидродвигателя текущие значения объемов VA и VB рабочей жидкости в гидролиниях и полостях гидродвигателя, подсоединенных к каналам электрогидравлического усилителя соответственно А и В, определяют с учетом текущей координаты z выходного звена гидродвигателя в соответствии с выражениями (12), (13). Это уменьшает погрешность в вычислении потребного в текущий момент времени значения площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, что способствует повышению жесткости электрогидравлического привода.The ratio between the coefficients k control and k os , presented in the form of expression (11), is optimal, since this ensures full correspondence between the current value of the speed of movement v of the output link of the hydraulic motor and its current set value v ass . When relation (11) is fulfilled, starting from expression (21), we obtain
v = v back (22)
When using a hydraulic cylinder or a rotary hydraulic motor as a hydraulic motor, the current values of the volumes V A and V B of the working fluid in the hydraulic lines and cavities of the hydraulic motor connected to the channels of the electro-hydraulic amplifier, respectively, A and B, are determined taking into account the current coordinate z of the output link of the hydraulic motor in accordance with expressions (12 ), (thirteen). This reduces the error in calculating the current cross section required area of the working window of the electro-hydraulic amplifier, which helps to increase the stiffness of the electro-hydraulic drive.
В связи со снижением влияния утечек и перетечек рабочей жидкости, сжимаемости рабочей жидкости и податливости стенок гидравлических каналов на скорость движения выходного звена гидродвигателя рассматриваемый способ регулирования контролируемого параметра электрогидравлического следящего привода по сравнению с известным при прочих равных условиях обеспечивает улучшение статических и динамических характеристик электрогидравлического следящего привода, а именно повышение жесткости привода и расширение тем самым его полосы пропускания частот и увеличение быстродействия. Due to the reduced influence of leaks and flows of the working fluid, the compressibility of the working fluid and the flexibility of the walls of the hydraulic channels on the speed of the output link of the hydraulic motor, the considered method of regulating the controlled parameter of the electro-hydraulic follower drive in comparison with the known ceteris paribus improves the static and dynamic characteristics of the electro-hydraulic follower drive namely, increasing the stiffness of the drive and thereby expanding its bandwidth Frequency kanye and increase in speed.
На чертеже изображена схема электрогидравлического следящего привода для осуществления способа регулирования контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода. The drawing shows a diagram of an electro-hydraulic servo drive for implementing a method of regulating a controlled parameter of the output link of a hydraulic motor of an electro-hydraulic servo drive.
Электрогидравлический следящий привод содержит задатчик 1 контролируемого параметра, гидродвигатель 2, рабочие полости которого подключены к рабочим (исполнительным) каналам А и В электрогидравлического усилителя 3, соединенного своим напорным каналом Р с напорной гидролинией 4 и сливным каналом Т со сливной гидролинией 5 привода, систему формирования сигнала обратной связи, выполненную в виде датчика 6 контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя 2, датчика 7 давления в канале А электрогидравлического усилителя 3, датчика 8 давления в канале В электрогидравлического усилителя 3, датчика 9 давления в напорном канале Р электрогидравлического усилителя 3, датчика 10 давления в сливном канале Т электрогидравлического усилителя 3. Выходы датчиков 6, 7, 8, 9, 10 и выход задатчика 1 контролируемого параметра подключены к входам блока 11 вычисления потребного значения площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя 3. В свою очередь, выход блока 11 подключен к входу блока 12 формирования электрического управляющего сигнала, выход которого, в свою очередь, подключен через электронный усилитель 13 к управляющему входу электрогидравлического усилителя 3. Блоки 11, 12 и 13 в совокупности образуют блок коррекции 14. При мощности электрического сигнала на выходе блока 12 формирования электрического управляющего сигнала, достаточной для управления электрогидравлическим усилителем 3, электронный усилитель 13 в составе блока коррекции 14 может отсутствовать. The electro-hydraulic follow-up drive contains a control unit 1 of a controlled parameter, a hydraulic motor 2, the working cavities of which are connected to the working (executive) channels A and B of the electro-hydraulic amplifier 3, connected by its pressure channel P to the pressure hydraulic line 4 and the drain channel T with a drain hydraulic line 5 of the drive, the formation system feedback signal, made in the form of a sensor 6 of a controlled parameter of the output link of the hydraulic motor 2, a pressure sensor 7 in the channel A of the electro-hydraulic amplifier 3, a sensor 8 d pressure in channel B of the electro-hydraulic amplifier 3, pressure sensor 9 in the pressure channel P of the electro-hydraulic amplifier 3, pressure sensor 10 in the drain channel T of the electro-hydraulic amplifier 3. The outputs of the sensors 6, 7, 8, 9, 10 and the output of the setpoint 1 of the controlled parameter are connected to the inputs unit 11 calculating the required value of the passage area of the working window of the electro-hydraulic amplifier 3. In turn, the output of block 11 is connected to the input of block 12 of the formation of the electric control signal, the output of which, in turn The cable is connected through an electronic amplifier 13 to the control input of the electro-hydraulic amplifier 3. Blocks 11, 12 and 13 together form a correction unit 14. When the electric signal power at the output of the electric control signal generating unit 12 is sufficient to control the electro-hydraulic amplifier 3, the electronic amplifier 13 as part of the correction unit 14 may be absent.
Регулирование контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя 2 электрогидравлического следящего привода осуществляется следующим способом. The regulation of the controlled parameter of the output link of the hydraulic motor 2 of the electro-hydraulic servo drive is carried out in the following way.
На вход блока коррекции 14 (блока 11 вычисления потребного значения площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя 3) постоянно поступают электрический входной сигнал от задатчика 1 контролируемого параметра, сигнал обратной связи по текущему значению контролируемого параметра (скорости движения или координате выходного звена гидродвигателя 2) от датчика 6 контролируемого параметра, сигналы обратной связи по давлению в рабочих А и В, напорном Р и сливном Т каналах электрогидравлического усилителя 3 от датчиков давления соответственно 7, 8, 9 и 10. На основе перечисленных сигналов в блоке 11 в соответствии с выражениями (1)-(13) с учетом утечек и перетечек рабочей жидкости, а также сжимаемости жидкости и податливости стенок каналов производится вычисление потребной в текущий момент времени величины площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя 3. Полученное значение площади передается в блок 12 формирования электрического управляющего сигнала. В блоке 12 формируется электрический управляющий сигнал, соответствующий на основе экспериментальных данных величине потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя 3, который через электронный усилитель 13 поступает на управляющий вход электрогидравлического усилителя 3. При этом площадь проходного сечения рабочих окон электрогидравлического усилителя 3 изменяется таким образом, что скорость перемещения выходного звена гидродвигателя при движении его в любом направлении (в пределах погрешности проведенных вычислений, связанной с переменностью в процессе работы гидропривода целого ряда его характеристик, в частности, коэффициентов утечек и перетечек рабочей жидкости, приведенного модуля упругости и т.п.) оказывается инвариантной к величине нагрузки на выходном звене гидродвигателя (в пределах рабочего диапазона) и к характеру изменения нагрузки, колебаниям давления в напорном и сливном каналах электрогидравлического усилителя, а зависит лишь от величины сигнала рассогласования xрaссогл.The input of the correction unit 14 (block 11 for calculating the required value of the passage area of the working window of the electro-hydraulic amplifier 3) constantly receives an electrical input signal from the setpoint 1 of the controlled parameter, a feedback signal from the current value of the controlled parameter (speed or coordinate of the output link of the hydraulic motor 2) from sensor 6 of a controlled parameter, feedback signals for pressure in the working A and B, pressure R and drain T channels of the electro-hydraulic amplifier 3 from the sensors pressure, respectively, 7, 8, 9 and 10. Based on the listed signals in block 11 in accordance with expressions (1) - (13), taking into account leaks and overflows of the working fluid, as well as compressibility of the fluid and ductility of the walls of the channels, the current requirement is calculated the time of the area of the passage section of the working window of the electro-hydraulic amplifier 3. The obtained area value is transmitted to the electric control signal generating unit 12. In block 12, an electric control signal is generated, which, based on experimental data, corresponds to the current square area of the working section of the working window of the electro-hydraulic amplifier 3, which, through the electronic amplifier 13, is fed to the control input of the working of the electro-hydraulic amplifier 3. At the same time, the working area of the working windows of the electro-hydraulic amplifier 3 changes so that the speed of the output link of the hydraulic motor when it moves in any direction (within the error of the calculations associated with the variability in the process of operation of the hydraulic actuator of a number of its characteristics, in particular, leakage and leakage coefficients of the working fluid, reduced elastic modulus, etc.) it turns out to be invariant to the magnitude of the load on the output link of the hydraulic motor (within operating range) and the nature of the load change, pressure fluctuations in the pressure and discharge channels of the electro-hydraulic amplifier, but depends only on the value of the mismatch signal x distribution .
Применение заявляемого способа в электрогидравлических следящих приводах с дроссельным управлением станков, промышленных роботов и манипуляторов, самолетов, судов, прокатных станов, мобильных и других машин позволяет повысить жесткость приводов (с соответствующими расширением полосы пропускания частот и увеличением быстродействия) и тем самым повысить эффективность их использования. The use of the proposed method in electro-hydraulic tracking drives with throttle control of machines, industrial robots and manipulators, airplanes, ships, rolling mills, mobile and other machines can increase the stiffness of the drives (with the corresponding expansion of the frequency bandwidth and increase speed) and thereby increase the efficiency of their use .
Литературные источники
1. Гидравлический следящий привод. Авторское свидетельство СССР 1135929, MKИ6 F 15 В 9/03. Заявлено 17.10.83. Опубликовано 23.01.85.Literary sources
1. Hydraulic servo drive. USSR copyright certificate 1135929, MKI 6 F 15 V 9/03. Declared 10/17/83. Posted on 1/23/.85.
2. Гидропривод дроссельного регулирования. Авторское свидетельство СССР 1225932, МКИ6 F 15 В 9/03. Заявлено 02.04.84. Опубликовано 23.04.86.2. Hydraulic throttle control. USSR author's certificate 1225932, MKI 6 F 15 V 9/03. Declared 04/02/84. Posted on 04/23/86.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001120663A RU2206804C2 (en) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | Method for adjusting controlled variable of hydraulic-motor output section in electrohydraulic servodrive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001120663A RU2206804C2 (en) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | Method for adjusting controlled variable of hydraulic-motor output section in electrohydraulic servodrive |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001120663A RU2001120663A (en) | 2003-04-10 |
| RU2206804C2 true RU2206804C2 (en) | 2003-06-20 |
Family
ID=29210096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001120663A RU2206804C2 (en) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | Method for adjusting controlled variable of hydraulic-motor output section in electrohydraulic servodrive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2206804C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2503858C1 (en) * | 2012-09-11 | 2014-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Техтрансстрой" (ООО "Техтрансстрой") | Control method of speed of positive-displacement hydraulic drive with combined frequency-throttle control system at start-up under load |
| RU2671928C1 (en) * | 2017-12-18 | 2018-11-07 | Валерий Владимирович Бодров | Method of controlling electrohydraulic shaker servo drive |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2726350A1 (en) * | 1976-06-10 | 1977-12-22 | Nisshin Sangyo Co | HYDRAULIC SERVOMECHANISM |
| US5218990A (en) * | 1990-12-11 | 1993-06-15 | Mannesmann Rexroth Gmbh | Multiway valve with piston slide valve |
-
2001
- 2001-07-23 RU RU2001120663A patent/RU2206804C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2726350A1 (en) * | 1976-06-10 | 1977-12-22 | Nisshin Sangyo Co | HYDRAULIC SERVOMECHANISM |
| US5218990A (en) * | 1990-12-11 | 1993-06-15 | Mannesmann Rexroth Gmbh | Multiway valve with piston slide valve |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2503858C1 (en) * | 2012-09-11 | 2014-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Техтрансстрой" (ООО "Техтрансстрой") | Control method of speed of positive-displacement hydraulic drive with combined frequency-throttle control system at start-up under load |
| RU2671928C1 (en) * | 2017-12-18 | 2018-11-07 | Валерий Владимирович Бодров | Method of controlling electrohydraulic shaker servo drive |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5829335A (en) | Control for hydraulic drive or actuator | |
| US8146481B2 (en) | Actuator, actuator control method, and actuator control program | |
| CN107023536A (en) | Engineering machinery hydraulic cylinder dynamic performance integrated test platform | |
| CN101842760B (en) | Control device with linear unit for position control of hydraulic cylinder units | |
| KR950019129A (en) | Engine-pump control device and method of hydraulic construction machine | |
| JPH01140038A (en) | Measured value processing system | |
| CN114967466A (en) | Electro-hydraulic servo system preset performance output feedback control method based on interference compensation and all-state constraint | |
| US9523365B2 (en) | Decoupling of controlled variables in a fluid conveying system with dead time | |
| RU2206804C2 (en) | Method for adjusting controlled variable of hydraulic-motor output section in electrohydraulic servodrive | |
| KR19980081408A (en) | Control device of swash plate type variable capacity pump | |
| RU2671928C1 (en) | Method of controlling electrohydraulic shaker servo drive | |
| US20090304523A1 (en) | Regulator device and method for operating a regulator device | |
| Alimhillaj et al. | Proposal of innovative fluid dynamic nonlinear servovalve synthetic models | |
| CN109139616B (en) | Symmetrical Control Method of Asymmetrical Hydraulic System Based on Output Feedback | |
| Kim et al. | A suboptimal controller design method for the energy efficiency of a load-sensing hydraulic servo system | |
| US20070065531A1 (en) | Apparatus for regulating an injection moulding machine | |
| US20240227269A9 (en) | Hydraulic device and method for regulating a hydraulic device | |
| CN114755921B (en) | A disturbance compensation control method for underwater electro-hydrostatic actuator | |
| CN111781836B (en) | An adaptive asymptotic control method for hydraulic pressure preset performance | |
| JPH03303A (en) | Method and apparatus for compensating pressure fluid characteristic of servo valve in electrohydraulic servo device | |
| Bowns et al. | The digital computation of pressures in hydraulic pipes with small volume using an iterative technique | |
| JP2930847B2 (en) | Hydraulic drive for construction machinery | |
| RU2722767C1 (en) | Hydraulic drive with throttling control | |
| CN1018378B (en) | Combined decompressing and speed-regulating valve by hydroelectric proportion | |
| Martin | Flow saturated step response of a hydraulic servo |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100724 |