基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法
阅读说明：本技术 基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法 (Multi-axis energy regulation and control method based on electro-hydraulic servo pump control multi-axis energy regulation and control system ) 是由 陈革新 陆建新 杨明昆 张天贵 刘会龙 闫桂山 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法,其包括：S1、搭建电液伺服泵控单元；S2、搭建电液伺服泵控多轴能量调控系统；S3、对电液伺服泵控单元进行工况分析；S4、对电液伺服泵控多轴能量调控系统进行能量调控和能量回馈,根据控制伺服驱动器调节伺服电机输出的转速转矩,通过位移传感器和压力传感器分别采集的力和位移的数据,检测每个电液伺服泵控单元的伺服电机所处的工况,以及伺服电机产生的总能量与消耗的总能量的关系。本发明将电液伺服泵控多轴能量调控系统与共直流母线技术有效的结合,提升了整个系统的能量利用率。(The invention provides a multi-axis energy regulation and control method based on an electro-hydraulic servo pump control multi-axis energy regulation and control system, which comprises the following steps: s1, building an electro-hydraulic servo pump control unit; s2, building an electro-hydraulic servo pump control multi-axis energy regulation and control system; s3, analyzing the working condition of the electro-hydraulic servo pump control unit; s4, carrying out energy regulation and control and energy feedback on the electro-hydraulic servo pump control multi-shaft energy regulation and control system, regulating the rotating speed and torque output by the servo motor according to the control servo driver, and detecting the working condition of the servo motor of each electro-hydraulic servo pump control unit and the relation between the total energy generated by the servo motor and the total energy consumed by the servo motor through the force and displacement data respectively collected by the displacement sensor and the pressure sensor. The invention effectively combines the electro-hydraulic servo pump control multi-axis energy regulation and control system with the common direct current bus technology, and improves the energy utilization rate of the whole system.)
技术领域
本发明涉及电液伺服泵控多轴能量调控系统领域，特别涉及一种基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法。
背景技术
电液伺服系统包含两种控制形式，一种是电液伺服泵控多轴能量调控系统，另一种是电液伺服阀控系统。电液伺服泵控多轴能量调控系统具体构型由伺服电机、定量泵、功能阀、补油蓄能器、液压缸和控制器、驱动器等组成，目前也已经在液压系统中开始推广应用，其集成度较高，设备占地空间小，管路也有效的节约布置空间，可靠性和安全性均高于现有的阀控系统，能从以上方面有效的解决阀控液压系统的缺陷。
电液伺服阀控系统其原理是通过控制伺服阀的开口大小来控制液压缸的位置和压力，该技术虽然具有良好的位置控制精度，但由于系统构型复杂(包含液压油源、管路系统、控制阀组和伺服油缸)，导致设备集成度低、装机成本高，加之液压油源的恒压运转与管路、阀口的节流损失，导致系统能源的浪费；此外，由于伺服阀抗污染能力差，对油液清洁度等级要求高(NAS3～5级)，为保障系统可靠运行，系统需要设置精密过滤装置，提高装机成本，同时对设备维护也提出了苛刻的要求。
电液伺服泵控多轴能量调控系统是使用伺服电机控制，但在实际工况下整个系统中通常不仅只有伺服电机在独立工作，存在多个伺服电机协同工作的情况。并且目前电液伺服泵控多轴能量调控系统的能量多数通过制动电阻消耗掉，还有一部分通过热能的形式消耗。
本发明公开的是一种电液伺服泵控多轴能量调控系统多轴能量调控与能量回馈的方法，系统中包含多个伺服电机、逆变器、共直流母线、整流回馈单元与电网，各个伺服电机分别与逆变器相连，逆变器与共直流母线相连接，共直流母线与整流回馈单元相连接，整流回馈单元连接电网，当系统工作在供电状态时，伺服电机通过直流母线从电网中获取电能，当系统工作在馈电状态时，能量通过直流母线及回馈单元直接回馈给电网。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法，利用共直流母线技术进行多轴能量调控和能量回馈，由逆变器发起电机制动的能量回收，电机制动产生的能量由逆变器回收通过共直流母线传输给整流回馈单元最终回馈电网，从而提高能量传递效率，以达到电液伺服泵控多轴能量调控系统节能的目的。
本发明提供了一种基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法，具体实施步骤如下：
S1、搭建电液伺服泵控单元：
S11、将伺服电机的输入端通过电缆和电网的第一端相连，将伺服电机的输出端通过联轴器和双向高压泵的无油口一侧相连；
S12、将补油蓄能器和双向高压泵的泄油腔分别与第一单向阀和第二单向阀的进油口相连；
S13、将第一单向阀和第二单向阀分别和双出杆液压缸的第一腔和第二腔连接；
S14、将第一安全溢流阀的第一端和第二安全溢流阀的第二端分别与双出杆液压缸的第一腔和第二腔连接，同时将第一安全溢流阀的第二端和第二安全溢流阀的第一端分别与对应的油路连接；
S15、将第一压力传感器和第二压力传感器分别和双出杆液压缸的第一腔和第二腔连接；
S16、将位移传感器和双出杆液压缸的第一腔的缸杆连接；
S2、搭建电液伺服泵控多轴能量调控系统：
S21、将整流回馈单元的第一端和电网的第二端连接，将整流回馈单元的第二端和共直流母线的第一端连接；
S22、将直流母线的第二端和逆变器的第一端连接，将逆变器的第二端和电液伺服泵控单元连接；
S3、对电液伺服泵控单元进行工况分析：
S31、根据双出杆液压缸上压力传感器和位移传感器分别得到位移和压力的方向，判断此时电液伺服泵控单元的工况；
S311、将位移传感器采集的数据进行微分处理得到双出杆液压缸的位移方向；
S312、根据第一压力传感器和第二压力传感器采集的数据得到双出杆液压缸的压力方向；
S32、当位移方向和压力的方向相同时，电液伺服泵控单元压力和位移方向属于第二四象限，此时电液伺服泵控单元的伺服电机为发电机工况；
S33、当位移方向与压力的方向相反时，电液伺服泵控单元压力和位移方向属于第一三象限，此时电液伺服泵控单元的伺服电机为电动机工况；
S4、对电液伺服泵控多轴能量调控系统进行能量调控和能量回馈，将电液伺服泵控多轴能量调控系统分为个电动机工况下的电液伺服泵控单元和个发电机工况下的电液伺服泵控单元，n为电液伺服泵控单元的数量，表示对括号内数值小数点后舍去进行取整，表示对括号内数值小数点后进位进行取整：
S41、根据控制伺服驱动器调节伺服电机输出转速转矩，通过位移传感器和压力传感器分别采集的力和位移的数据，检测步骤S2搭建的电液伺服泵控多轴能量调控系统中每个电液伺服泵控单元的伺服电机所处的工况；
S42、根据步骤S41得到伺服电机的转速和转矩，利用功率公式求出每个电液伺服泵控单元中伺服电机的功率；
S43、对个电动机工况下的电液伺服泵控单元和个发电机工况下的电液伺服泵控单元分别求和得出∑P电动机和∑P发电机，同时判断此时伺服电机所产生的总能量∑P发电机与伺服电机消耗的总能量∑P电动机的关系：
S431、若∑P发电机＞∑P电动机，此时电液伺服泵控多轴能量调控系统所处的工作模式为馈电模式，通过直流母线将产生的多余的电能回馈至电网中；
S432、若∑P发电机＝∑P电动机，此时电液伺服泵控多轴能量调控系统为稳态模式；
S433、若∑P发电机＜∑P电动机，此时电液伺服泵控多轴能量调控系统所处的工作模式为供电模式，通过电网对电液伺服泵控多轴能量调控系统进行供电。
可优选的是，在步骤S12中，所述第一单向阀和所述第二单向阀并联连接。
可优选的是，所述步骤S311具体包括以下步骤：
S3111、若采集的数据经过微分处理为正值，表示双出杆液压缸为伸出状态，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元位移方向属于第一二象限；
S3112、若采集的数据经过微分处理为负值，表示双出杆液压缸为缩回状态，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元位移方向属于第三四象限。
可优选的是，所述步骤S312具体包括以下步骤：
S3121、当第一压力传感器为高压，第二压力传感器为低压时，此时双出杆液压缸压力的方向为从双出杆液压缸的第二腔朝向第一腔，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元压力方向属于第一四象限；
S3122、当第一压力传感器为低压，第二压力传感器为高压时，此时双出杆液压缸压力的方向为从双出杆液压缸的第一腔朝向第二腔，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元压力方向属于第二三象限。
可优选的是，在步骤S42中，所述功率公式的具体表达式为：
其中，P代表功率(W)，n代表伺服电机的转速(r/min)，T代表伺服电机的扭矩(N.m)。
可优选的是，所述电液伺服泵控多轴能量调控系统由多个电液伺服泵控单元组成，其包括伺服电机、逆变器、直流母线、整流回馈单元和电网。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明能够对电液伺服泵控多轴能量调控系统多轴状态下的能量进行调控。
2、本发明能够将电液伺服泵控多轴能量调控系统的能量进行回收，有效的减少了系统的能量浪费。
3、本发明能够将电液伺服泵控多轴能量调控系统与共直流母线技术有效的结合，提升了整个系统的能量利用率。
4、本发明有利于推广将共直流母线技术应用在电液伺服泵控多轴能量调控系统中的工程应用。
附图说明
图1是本发明基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法中电液伺服泵控多轴能量调控系统原理及不同工况下的能量流动图；
图2是本发明基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法的直流母线应用原理图；
图3是本发明基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法的四象限工作原理图；
图4是本发明基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法中能量调控的流程框图；
图5是本发明基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法的流程图。
附图标记：
伺服电机1，双向高压泵2，第一单向阀31，第二单向阀32，补油蓄能器4，第一安全溢流阀51，第二安全溢流阀52，双出杆液压缸6，第一压力传感器71，第二压力传感器72，位移传感器8。
具体实施方式
为详尽本发明之技术内容、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
如图1所示，本发明的电液伺服泵控多轴能量调控系统原理及伺服电机1在不同工况下的能量流动是这样实现的：
电网为伺服电机1供电，伺服电机1通过联轴器与双向液压泵2进行连接，作为电液伺服泵控多轴能量调控系统的动力源，为电液伺服泵控多轴能量调控系统提供所需要的压力与流量；补油蓄能器4连接在双向液压泵2的低压侧进行补油，从而补偿电液伺服泵控多轴能量调控系统的泄露；第一单向阀31和第二单向阀32分别与双出杆液压缸6的两腔相连起单向导通的作用；第一安全溢流阀51和第二安全溢流阀52分别与双出杆液压缸6的两腔相连，当电液伺服泵控多轴能量调控系统正常运行出现异常高压时，将电液伺服泵控多轴能量调控系统压力稳定在安全范围内。伺服电机1处于发电机工况时，电液伺服泵控多轴能量调控系统能量转化为机械能-液压能-机械能-电能，伺服电机1处于电动机工况时，电液伺服泵控多轴能量调控系统能量转化为电能-机械能-液压能-机械能。
在本发明的一个优选实施方式中，本发明的基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法，如图5所示，包括如下步骤：
S1、如图1所示，搭建电液伺服泵控单元。
S11、将伺服电机1的输入端通过电缆和电网的第一端相连，将伺服电机1的输出端通过联轴器和双向高压泵2的无油口一侧相连。
S12、将补油蓄能器4和双向高压泵2的泄油腔分别与第一单向阀31和第二单向阀32的进油口相连。
S13、将第一单向阀31和第二单向阀32分别和双出杆液压缸6的第一腔和第二腔连接。
S14、将第一安全溢流阀51的第一端和第二安全溢流阀52的第二端分别与双出杆液压缸6的第一腔和第二腔连接，同时将第一安全溢流阀51的第二端和第二安全溢流阀52的第一端分别与对应的油路连接。
S15、将第一压力传感器71和第二压力传感器72分别和双出杆液压缸6的第一腔和第二腔连接。
S16、将位移传感器8和双出杆液压缸6的第一腔的缸杆连接。
S2、如图2所示，搭建电液伺服泵控多轴能量调控系统。
S21、将整流回馈单元的第一端和电网的第二端连接，将整流回馈单元的第二端和共直流母线的第一端连接。
S22、将直流母线的第二端和逆变器的第一端连接，将逆变器的第二端和电液伺服泵控单元连接。
具体而言，在电液伺服泵控多轴能量调控系统中存在多个伺服电机1的工况，但并不是所有的伺服电机1都处于供电状态，有的伺服电机1处于发电机工况产生大量的再生电能；逆变器起到将再生电能逆变回馈电网的功能；直流母线将电能回收；整流回馈单元可以把电源电压整流为恒定可控的直流电源，也能将能量回馈给电网。电液伺服泵控多轴能量调控系统利用直流母线实现能量调控和能量回馈。
S3、对电液伺服泵控单元进行工况分析。
S31、根据双出杆液压缸6上压力传感器和位移传感器8分别得到位移和压力的方向，判断此时电液伺服泵控单元的工况。
S311、将位移传感器8采集的数据进行微分处理得到双出杆液压缸6的位移方向。
S312、根据第一压力传感器71和第二压力传感器72采集的数据得到双出杆液压缸6的压力方向。
S32、当位移方向和压力的方向相同时，电液伺服泵控单元压力和位移方向属于第二四象限，此时电液伺服泵控单元的伺服电机1为发电机工况。
S33、当位移方向与压力的方向相反时，电液伺服泵控单元压力和位移方向属于第一三象限，此时电液伺服泵控单元的伺服电机1为电动机工况。
S4、根据图4对电液伺服泵控多轴能量调控系统进行能量调控和能量回馈，
小数点后进位进行取整。
S41、根据控制伺服驱动器调节伺服电机1输出转速转矩，通过位移传感器8和压力传感器分别采集的力和位移的数据，检测步骤S2搭建的电液伺服泵控多轴能量调控系统中每个电液伺服泵控单元的伺服电机1所处的工况。
S42、根据步骤S41得到伺服电机1的转速和转矩，利用功率公式求出每个电液伺服泵控单元中伺服电机1的功率，功率公式的具体表达式为：
其中，P代表功率(W)，n代表伺服电机的转速(r/min)，T代表伺服电机的扭矩(N.m)。
S43、对个电动机工况下的电液伺服泵控单元和个发电机工况下的电液伺服泵控单元分别求和得出∑P电动机和∑P发电机，同时判断此时伺服电机1所产生的总能量∑P发电机与伺服电机1消耗的总能量∑P电动机的关系。
S431、若∑P发电机＞∑P电动机，电液伺服泵控多轴能量调控系统中的伺服电机1所产生的电能大于的伺服电机1所消耗的电能，发电大于耗电，此时电液伺服泵控多轴能量调控系统所处的工作模式进入馈电模式，通过直流母线将产生的多余的电能回馈至电网中。
S432、若∑P发电机＝∑P电动机，电液伺服泵控多轴能量调控系统中的伺服电机所产生的电能等于的伺服电机所消耗的电能，发电等于耗电，此时电液伺服泵控多轴能量调控系统中能量可实现自给自足，直流母线在此时不起作用，电液伺服泵控多轴能量调控系统为稳态模式。
S433、若∑P发电机＜∑P电动机，电液伺服泵控多轴能量调控系统中的伺服电机所产生的电能小于的伺服电机所消耗的电能，发电小于耗电，此时电液伺服泵控多轴能量调控系统所处的工作模式进入供电模式，通过电网对电液伺服泵控多轴能量调控系统进行供电。
具体而言，在步骤S12中，第一单向阀31和第二单向阀32并联连接。
利用图3所示的四象限法来判断电液伺服泵控单元是处于发电机状态还是电动机状态，然后求和进行比较判断出系统工作模式，具体工作原理为：横轴为双出杆液压缸6的载荷力，纵轴为双出杆液压缸6的速度。在第一和第三象限中，速度的方向与压力的方向相反，这意味着电液伺服泵控多轴能量调控系统工作在供电模式，此时处于供电状态即此时系统中电动机工况消耗的能量多于发电机工况产生的能量，从电网供电需要消耗能量；在第二和第四象限，速度的方向与压力的方向相同，电液伺服泵控多轴能量调控系统工作在馈电模式状态下，此时处于馈电状态即此时系统中电动机工况消耗的能量少于发电机工况产生的能量，发生能量再生并回馈到电网中去。其中，根据压力传感器和位移传感器8的数值变化情况来判断，如果某一时刻的数值显示与上一阶段相比是增加的则证明此时双出杆液压缸6处于伸出状态或压力增大状态，反之则缩回和压力减小。
进一步的，步骤S311判断双出杆液压缸6的位移方向的方法包括：
S3111、若采集的数据经过微分处理为正值，表示双出杆液压缸6为伸出状态，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元位移方向属于第一二象限；
S3112、若采集的数据经过微分处理为负值，表示双出杆液压缸6为缩回状态，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元位移方向属于第三四象限。
进一步的，步骤S312判断双出杆液压缸的压力方向的方法包括：
S3121、当第一压力传感器71为高压，第二压力传感器72为低压时，此时双出杆液压缸6压力的方向为从双出杆液压缸6的第二腔朝向第一腔，即此时第一腔处于相对更低压的状态；电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元压力方向属于第一四象限；
S3122、当第一压力传感器71为低压，第二压力传感器72为高压时，此时双出杆液压缸6压力的方向为双出杆液压缸6的第一腔朝向第二腔，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元压力方向属于第二三象限。
电液伺服泵控多轴能量调控系统由多个电液伺服泵控单元组成，根据实际工况决定。其包括伺服电机1、逆变器、直流母线、整流回馈单元和电网。各个伺服电机1的驱动器分别与逆变器相连，逆变器与直流母线相连接，直流母线与整流回馈单元相连接，整流回馈单元连接电网，当电液伺服泵控多轴能量调控系统工作在供电状态时，逆变器从直流母线上获取电能，当电液伺服泵控多轴能量调控系统工作在馈电状态时，能量通过直流母线及回馈单元直接回馈给电网，通过对电液伺服泵控多轴能量调控系统的能量调控与回馈有效的减少了能量损失。
以下结合实施例对本发明一种基于电液伺服泵控多轴能量调控系统的多轴能量调控方法做进一步描述：
S1、如图1所示，搭建电液伺服泵控单元。
S11、将伺服电机1的输入端通过电缆和电网的第一端相连，将伺服电机1的输出端通过联轴器和双向高压泵2的无油口一侧相连。
S12、将补油蓄能器4和双向高压泵2的泄油腔分别与第一单向阀31和第二单向阀32的进油口相连。
S13、将第一单向阀31和第二单向阀32分别和双出杆液压缸6的第一腔和第二腔连接。
S14、将第一安全溢流阀51的第一端和第二安全溢流阀52的第二端分别与双出杆液压缸6的第一腔和第二腔连接，同时将第一安全溢流阀51的第二端和第二安全溢流阀52的第一端分别与对应的油路连接。
S15、将第一压力传感器71和第二压力传感器72分别和双出杆液压缸6的第一腔和第二腔连接。
S16、将位移传感器8和双出杆液压缸6的第一腔的缸杆连接。
S2、如图2所示，搭建具有5个电液伺服泵控单元的电液伺服泵控多轴能量调控系统。
S21、将整流回馈单元的第一端和电网的第二端连接，将整流回馈单元的第二端和共直流母线的第一端连接。
S22、将直流母线的第二端和5个逆变器的第一端分别连接，将5个逆变器的第二端分别和5个电液伺服泵控单元连接。
S3、对电液伺服泵控单元进行工况分析。
S31、根据双出杆液压缸6上第一压力传感器71、第二压力传感器72和位移传感器8分别得到位移和压力的方向，判断此时电液伺服泵控单元的工况。
S311、将位移传感器8采集的数据整合后分别进行微分处理得到双出杆液压缸6的位移方向。
S3111、若采集的数据经过微分处理为正值，双出杆液压缸6为伸出状态，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元位移方向属于第一象限；
S3112、若采集的数据经过微分处理为负值，双出杆液压缸6为缩回状态，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元位移方向属于第三象限。
S312、根据第一压力传感器71和第二压力传感器72采集的数据得到双出杆液压缸6的压力方向。
S3121、当第一压力传感器71为高压，第二压力传感器72为低压时，此时双出杆液压缸6压力的方向为双出杆液压缸6的第二腔朝向第一腔，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元压力方向属于第一象限；
S3122、当第一压力传感器71为低压，第二压力传感器72为高压时，此时双出杆液压缸6压力的方向为双出杆液压缸6的第一腔朝向第二腔，电液伺服泵控多轴能量调控系统的单元压力方向属于第二象限。
S32、当位移方向和压力的方向相同时，电液伺服泵控单元压力和位移方向属于第二象限，此时电液伺服泵控单元的伺服电机1为发电机工况。
S33、当位移方向与压力的方向相反时，电液伺服泵控单元压力和位移方向属于第一象限，此时电液伺服泵控单元的伺服电机1为电动机工况。
S4、根据图4对电液伺服泵控多轴能量调控系统进行能量调控和能量回馈，电液伺服泵控多轴能量调控系统工况包含3个电动机工况下的电液伺服泵控单元和2个发电机工况下的电液伺服泵控单元。
S41、根据控制伺服驱动器调节伺服电机1输出转速转矩，通过位移传感器8和压力传感器分别采集的力和位移的数据，利用功率公式求出每个电液伺服泵控单元中伺服电机1的功率，功率公式的具体表达式为：
其中，P代表功率(W)，n代表伺服电机的转速(r/min)，T代表伺服电机的扭矩(N.m)。
S42、对3个电动机工况下的电液伺服泵控单元和2个发电机工况下的电液伺服泵控单元分别求和得出∑P电动机和∑P发电机，同时判断此时伺服电机1所产生的总能量∑P发电机与伺服电机1消耗的总能量∑P电动机的关系。
S43、根据步骤S42得∑P发电机＞∑P电动机，表示电液伺服泵控多轴能量调控系统中2个伺服电机1所产生的电能大于3个伺服电机1所消耗的电能，发电大于耗电，此时电液伺服泵控多轴能量调控系统所处的工作模式进入馈电模式，通过直流母线将产生的多余的电能回馈至电网中。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种油罐及汽车