德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控差動(dòng)缸的動(dòng)態(tài)控制該文針對(duì)德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)常出現(xiàn)的超壓、氣蝕問題，提出了二位三通電磁換向閥的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制，以平衡差動(dòng)缸動(dòng)態(tài)過程中流量的不對(duì)稱，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了建模仿真，得出了系統(tǒng)在不同頻率的正弦信號(hào)和階躍信號(hào)下的位移跟蹤特性曲線以及差動(dòng)缸兩腔壓力響應(yīng)曲線，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：泵控系統(tǒng)；差動(dòng)缸；德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵；動(dòng)態(tài)補(bǔ)償中圖分類號(hào)：TH137文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：前言德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控系統(tǒng)是快速發(fā)展的電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)和靜液壓技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它具有節(jié)能環(huán)保高效的優(yōu)點(diǎn)，早已成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)[1]。差動(dòng)缸具有輸出力大、單邊滑動(dòng)密封的效率及可靠性高、占用空間小、制造簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用的線性液壓執(zhí)行器。但差動(dòng)缸由于兩腔有效面積有差，致使進(jìn)出口液壓油流量不對(duì)稱，給直接泵控差動(dòng)缸帶來問題，出現(xiàn)超壓、氣蝕等現(xiàn)象。為了抑制這種現(xiàn)象的發(fā)生，有學(xué)者提出了雙[2]泵控制差動(dòng)缸回路以及在泵控回路中采用液控單向閥補(bǔ)償控制方案[5]。前者無疑增加了系統(tǒng)成本，而后者由于采用了液控單向閥補(bǔ)償控制使系統(tǒng)控制油路復(fù)雜化。為此，發(fā)展中的德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控缸系統(tǒng)的執(zhí)行器多為雙出桿對(duì)稱液壓缸。本文針對(duì)德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控差動(dòng)缸出現(xiàn)的問題，提出了一種新的補(bǔ)償控制策略，通過一個(gè)二位三通電磁換向閥（或比例閥）來平衡差動(dòng)缸動(dòng)態(tài)過程中的流量不對(duì)稱。利用對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了建模仿真。缸便輸出位移或力，位移或力由傳感器檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為反饋電壓，并與給定的電壓信號(hào)比較得到偏差電壓信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)控制單元后傳遞給伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵輸出相應(yīng)的流量作用于差動(dòng)缸上，直至位移等于指令信號(hào)為止。充壓油箱通過兩個(gè)單向閥為系統(tǒng)補(bǔ)油，防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。為保證系統(tǒng)安全，設(shè)置了兩個(gè)溢流閥，防止系統(tǒng)過高壓力的產(chǎn)生。1-普通定量泵；2-二位三通電磁換向閥；3-普通單向閥；4-溢流閥；5-差動(dòng)缸；6-充壓油箱圖１

德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)原理圖１系統(tǒng)組成該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制單元、永磁同步交流伺服電機(jī)（PMSM調(diào)速系統(tǒng)、）普通定量泵、二位三通電磁換向閥、普通單向閥、溢流閥、差動(dòng)缸、充壓油箱、位移傳感器及壓力傳感器等元件組成，如圖1所示。工作時(shí)，指令裝置發(fā)出電壓信號(hào)作用于系統(tǒng)，差動(dòng)觹國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50775156）收稿日期：2009－03－12作者簡(jiǎn)介：李建國(guó)（1978-）男，，山西永濟(jì)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈聡?guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控技術(shù)。另外，設(shè)置了二位三通電磁換向閥，通過檢測(cè)位移偏差電壓來控制電磁換向閥。當(dāng)活塞桿伸出時(shí)，位移偏差電壓為正值，右位電磁鐵通電，差動(dòng)缸有桿腔與充壓油箱接通，直至位移偏差電壓為零，右位電磁鐵斷電，彈簧對(duì)中使閥芯回到中位，差動(dòng)缸兩腔壓力保持穩(wěn)定；當(dāng)活塞桿縮回時(shí)，位移偏差電壓為負(fù)值，左位電磁鐵通電，差動(dòng)缸無桿腔與充壓油箱接通，直至位移偏差電壓為零，左位電磁鐵斷電，彈簧對(duì)中使閥芯回到中位，差動(dòng)缸兩腔壓力保持穩(wěn)定。從而在控制背壓的過程中，補(bǔ)償了差動(dòng)缸流量的不對(duì)稱，避免了超壓現(xiàn)象的發(fā)生。２系統(tǒng)模型永磁同步交流伺服電機(jī)（ＰＭＳＭ仿真模型）PMSM定子由三相空間上相差120°的對(duì)稱繞組和鐵心構(gòu)成，且電樞繞組通常為星形連接，轉(zhuǎn)子采用永磁體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、功率高等特點(diǎn)。

德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)仿真模型t／ｓ式中,id、為定子電流軸分量；d、q為定子電*分iquuLLψ量；d、q為定子繞組軸電感；f為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈；為定子電阻；這轉(zhuǎn)子電角速度；m為轉(zhuǎn)Rωω子角速度；為磁極對(duì)數(shù)；為摩擦系數(shù)；e為電機(jī)pBT電磁轉(zhuǎn)矩；為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。JT根據(jù)數(shù)學(xué)模型利用MATLAB/Simulink建立PMSM的仿真模型，如圖2所示。（ａ位移跟蹤特性曲線）p/MPat／ｓ（ｂ壓力響應(yīng)曲線）圖４頻率１Ｈｚ的正弦信號(hào)響應(yīng)仿真結(jié)果x/m圖２德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)仿真模型t／ｓ（ａ位移跟蹤特性曲線）２．２系統(tǒng)仿真模型首先，PMSM采用電流、速度雙閉環(huán)調(diào)速方案，兩環(huán)均采用PI控制加前饋補(bǔ)償?shù)姆绞絒3]，利用Simulink建立了PMSM調(diào)速系統(tǒng)子模型。其次，根據(jù)系統(tǒng)原理圖，利用Simscape模塊庫中液壓組件，建立了液壓子系統(tǒng)模型。整個(gè)系統(tǒng)采用PID控制。zui后，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊在Simulink環(huán)境中將子系統(tǒng)模型連接。整個(gè)系統(tǒng)仿真模型如圖3所示。p/MPat／ｓ（ｂ壓力響應(yīng)曲線）圖５頻率２Ｈｚ的正弦信號(hào)響應(yīng)２系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真的目的是測(cè)試其動(dòng)態(tài)特性及其穩(wěn)態(tài)精度，以及差動(dòng)缸兩腔是否發(fā)生超壓、氣蝕現(xiàn)象，所以作了不同頻率下幅值為0.08m正弦信號(hào)響應(yīng)分析，如圖4、5、6所示分別是輸入1Hz、Hz、Hz頻率圖圖23的正弦信號(hào)跟蹤特性曲線和兩腔壓力響應(yīng)曲線。x/mt／ｓ（ａ位移跟蹤特性曲線）2009年7月李建國(guó)等：德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控差動(dòng)缸的動(dòng)態(tài)控制*7p/MPa果，從圖中得知，響應(yīng)上升時(shí)間約為0.07s,超調(diào)量小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間約在0.1s，從壓力響應(yīng)曲線得知，無超壓、氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，其階躍性能良好。t／ｓ５結(jié)論采用二位三通電磁換向閥（或比例閥動(dòng)態(tài)補(bǔ)償）控制策略可以使系統(tǒng)得到有效控制，并且系統(tǒng)油路和控制結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)是通過MATLAB7.6/Simulink-Simscape軟件在Simulink環(huán)境下的建模仿真，整個(gè)過程方便快捷，降低了實(shí)際系統(tǒng)的研究成本，其仿真結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)德國(guó)博士力士樂boschrexroth電液泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)具有一定的理論參考價(jià)值。