德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸的動態(tài)控制該文針對德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸系統(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態(tài)補償控制，以平衡差動缸動態(tài)過程中流量的不對稱，設(shè)計了控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行了建模仿真，得出了系統(tǒng)在不同頻率的正弦信號和階躍信號下的位移跟蹤特性曲線以及差動缸兩腔壓力響應(yīng)曲線，并對仿真結(jié)果進行了分析。關(guān)鍵詞：泵控系統(tǒng)；差動缸；德國博士力士樂boschrexroth電液泵；動態(tài)補償中圖分類號：TH137文獻標(biāo)識碼：前言德國博士力士樂boschrexroth電液泵控系統(tǒng)是快速發(fā)展的電動機調(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，早已成為各國研究的熱點[1]。差動缸具有輸出力大、單邊滑動密封的效率及可靠性高、占用空間小、制造簡單、成本低等優(yōu)點，成為應(yīng)用的線性液壓執(zhí)行器。但差動缸由于兩腔有效面積有差，致使進出口液壓油流量不對稱，給直接泵控差動缸帶來問題，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]泵控制差動缸回路以及在泵控回路中采用液控單向閥補償控制方案[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償控制使系統(tǒng)控制油路復(fù)雜化。為此，發(fā)展中的德國博士力士樂boschrexroth電液泵控缸系統(tǒng)的執(zhí)行器多為雙出桿對稱液壓缸。本文針對德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸出現(xiàn)的問題，提出了一種新的補償控制策略，通過一個二位三通電磁換向閥（或比例閥）來平衡差動缸動態(tài)過程中的流量不對稱。利用對該系統(tǒng)進行了建模仿真。缸便輸出位移或力，位移或力由傳感器檢測并轉(zhuǎn)換為反饋電壓，并與給定的電壓信號比較得到偏差電壓信號經(jīng)計算機控制單元后傳遞給伺服電機調(diào)速系統(tǒng)，伺服電機驅(qū)動定量泵輸出相應(yīng)的流量作用于差動缸上，直至位移等于指令信號為止。充壓油箱通過兩個單向閥為系統(tǒng)補油，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-差動缸；6-充壓油箱圖１

德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸系統(tǒng)原理圖１系統(tǒng)組成該系統(tǒng)由計算機控制單元、永磁同步交流伺服電機（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，指令裝置發(fā)出電壓信號作用于系統(tǒng)，差動觹國家自然科學(xué)基金資助項目（50775156）收稿日期：2009－03－12作者簡介：李建國（1978-）男，，山西永濟人，碩士研究生，主要研究方向為德國博士力士樂boschrexroth電液泵控技術(shù)。另外，設(shè)置了二位三通電磁換向閥，通過檢測位移偏差電壓來控制電磁換向閥。當(dāng)活塞桿伸出時，位移偏差電壓為正值，右位電磁鐵通電，差動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，彈簧對中使閥芯回到中位，差動缸兩腔壓力保持穩(wěn)定；當(dāng)活塞桿縮回時，位移偏差電壓為負(fù)值，左位電磁鐵通電，差動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，彈簧對中使閥芯回到中位，差動缸兩腔壓力保持穩(wěn)定。從而在控制背壓的過程中，補償了差動缸流量的不對稱，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（ＰＭＳＭ仿真模型）PMSM定子由三相空間上相差120°的對稱繞組和鐵心構(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)簡單、體積小、重量輕、損耗小、功率高等特點。

德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸系統(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；為磁極對數(shù)；為摩擦系數(shù)；e為電機pBT電磁轉(zhuǎn)矩；為轉(zhuǎn)動慣量；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的正弦信號響應(yīng)仿真結(jié)果x/m圖２德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸系統(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。整個系統(tǒng)采用PID控制。zui后，通過信號轉(zhuǎn)換模塊在Simulink環(huán)境中將子系統(tǒng)模型連接。整個系統(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的正弦信號響應(yīng)２系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真的目的是測試其動態(tài)特性及其穩(wěn)態(tài)精度，以及差動缸兩腔是否發(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月李建國等：德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸的動態(tài)控制*7p/MPa果，從圖中得知，響應(yīng)上升時間約為0.07s,超調(diào)量小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間約在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（或比例閥動態(tài)補償）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，整個過程方便快捷，降低了實際系統(tǒng)的研究成本，其仿真結(jié)果對設(shè)計德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸系統(tǒng)具有一定的理論參考價值。