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[摘 要]本文介绍了一种用调速电机直接驱动油泵的高精度液压动力源，属于液压动力控制装置，包括执行机构、换向阀、油箱、伺服驱动单元、数据采集和控制系统、反馈单元，换向阀与执行机构相连，伺服驱动单元与换向阀相连，数据采集和控制系统与伺服驱动单元相连，反馈单元与数据采集和控制系统相连，执行机构与反馈单元相连，伺服驱动单元设置有两组，并联联接于换向阀上，一组伺服驱动单元负责控制执行机构的进油，另一组伺服驱动单元负责控制执行机构的出油。
[关键词]调速电机 直接驱动 高精度液压动力源
中图分类号：TP273.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0100-01
1 背景
众所周知，液压动力源已广泛应用于各个领域，主要是采用普通电机带动普通定量泵往工作缸里输油，通过调节阀（流量阀）或溢流阀（压力阀）来调节动力装置的输出压力和动作速度，优点是维护单易，所以到现在还有大量的液压动力源采用此方法，缺点是油泵始终在大流量出油导致液压油温升过高，从而导致液压系统必须采用冷却设备才能连续运行。后来随着油泵工艺的进步出现了变量泵，在前述的液压系统的基础上，去掉定量泵和调节阀，采用变量泵，通过调节变量泵的流量达到调整液压装置的动作速度，但此方法调节范围受变量泵的调节范围太小且流量调节精度不高，所以只有在流量调节要求不高的情况下使用。鉴于以上情况，又出现了以变量泵为基础采用流量闭环控制方法来扩大调节范围，但效果不大。现有的比较先进和精密的液压动力源一般采用电液比例阀或伺服阀等阀组合的控制系统，采用计算机控制，其控制效果和精度比变量泵要高。但是，比例阀或伺服阀等的加工精度和对液压油介质的要求都比较高，液压动力系统及控制系统发热量大。
2 技术方案
针对目前使用调节阀控制系统、变量泵控制系统、电液比例阀、伺服阀等控制系统的液压动力装置，不论其控制输出的动力执行机构工作与否，电机及液压动力装置始终处于工作状态，能源消耗大的情况。本文提供了一种灵活性和控制精度更高，且效率高、成本低的用调速电机直接驱动油泵的液压动力源。
2.1 技术方案
用调速电机直接驱动油泵的高精度液压动力源，包括执行机构、换向阀、油箱、伺服驱动单元、数据采集和控制系统、反馈单元，换向阀与执行机构相连，伺服驱动单元与换向阀相连，数据采集和控制系统与伺服驱动单元相连，反馈单元与数据采集和控制系统相连，执行机构与反馈单元相连。
2.1.1 技术特征
设置两组伺服驱动单元，将其并联联接于换向阀上，一组伺服驱动单元负责控制执行机构的进油，另一组伺服驱动单元负责控制执行机构的出油。
2.1.2 技术措施
采用两组伺服驱动单元，一组伺服驱动单元由油泵、调速电机、电机驱动器组成，负责控制执行机构进油，油泵进油口与换向阀的进油口相连，油泵进油口与油箱相连，油泵出油口与换向阀的进油口相连，调速电机与油泵相连，电机驱动器与调速电机相连，电机驱动器与数据采集和控制系统相连；另一组伺服驱动单元由油泵、调速电机、电机驱动器组成，负责控制执行机构出油，油泵的出油口与油箱相连，调速电机与油泵相连，电机驱动器与调速电机相连，电机驱动器与数据采集和控制系统相连。
2.2 原理简析
2.2.1 控制原理
在理想状态下调速电机直接驱动油泵，调速电机的转速、转矩，与执行机构所需的压力、流量，通过推导符合以下关系：
根据Tw=，在理想的一套系统中为常数，所以调速电机的转矩与系统所需的压力成正比。根据Q=n×q，可知调速电机的转速与系统的所需流量成正比。由此推导出只要动态地调整调速电机的转矩、转速，就能提供执行机构所需的压力、流量。这就是本控制系统的基本原理。
2.2.2 工作原理
数据采集和控制系统7根据执行机构1的目标和位移测量装置8-1、力测量装置8-2的实际信号，通过运算，向电机驱动器5-1、电机驱动器5-2发送速度、转矩指令，电机驱动器5-1通过调速电机4-1控制油泵3-1的转速、转矩，通过换向阀2对执行机构1进油，电机驱动器5-2通过调速电机4-2控制油泵3-2的转速、转矩，通过换向阀对执行机构1回油；油泵3-1与油泵3-2的转速差决定执行机构1的进退、压力、速度。执行机构1通过连接在其上的位移测量装置8-1、力测量装置8-2实时向数据采集和控制系统7发送信号，数据采集和控制系统7实时通过运算向电机驱动器5-1电机驱动器5-2发送速度、转矩指令，如此完成一个闭环控制，执行实际工作的需要。
3 具体实施
如图1本方案用调速电机直接驱动油泵的高精度液压动力源，包括执行机构1（油缸或液压马达），换向阀2的出油口与执行机构1相连，换向阀2的回油口与油箱6相连，油泵3-1的进油口与油箱6相连，油泵3-1的出油口与换向阀2的进油口相连，调速电机4-1与油泵3-1相连，电机驱动器5-1与调速电机4-1相连；油泵3-2的进油口与换向阀2的进油口相连，油泵3-2的出油口与油箱6相连，调速电机4-2与油泵3-2相连，电机驱动器5-2与调速电机4-2相连，油泵3-1、调速电机4-1、电机驱动器5-1、油箱6组成的伺服驱动单元负责控制执行机构1的进油，油泵3-2、调速电机4-2、电机驱动器5-2、油箱6组成的伺服驱动单元负责控制执行机构1的出油。电机驱动器5-1、电机驱动器5-2分别与数据采集和控制系统7相连，数据采集和控制系统7可选择采用计算机或单片机，反馈单元8一端与数据采集和控制系统7相连，另一端与执行机构1相连，反馈单元8可根据需要选择采用位移测量装置8-1、力测量装置8-2，位移测量装置8-1、力测量装置8-2可同时采用或单独采用，单独用位移测量装置8-1为高精度位移控制，单独用力测量装置8-2为高精度力控制，同时采用位移测量装置8-1、力测量装置8-2，为高精度位移、力复合控制。
实际应用时，采用两个伺服电机分别控制两个油泵、两个油泵分别控制油缸的进回油，通过两个油泵的转速差决定油缸压力的增减。由于有一个油泵在控制回油，油缸在采取用密封圈等方法处理后，其渗漏远远小于油泵回油的速度，而且这种渗漏可以通过油泵回油速度的降底来解决，这样就相当于制造了一个渗漏相对恒定的环境。
4 结语
本文所述的用调速电机直接驱动油泵的高精度液压动力源，可根据控制要求将液压动力源的流量细分，提高分辨率；使伺服电机、油泵在理想的工作区域内运行；将油缸不确定的渗漏控制成相对恒定的渗漏。具有高效节能、控制精度高、灵活性强、成本低廉的优点。
参考文献
[1] 液压伺服控制系统，王春行主编，机械工业出版社 （1981年出版）.
[2] 电液比例与伺服控制，杨征瑞，冶金工业出版社（2009年出版）.
[关键词]调速电机 直接驱动 高精度液压动力源
中图分类号：TP273.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0100-01
1 背景
众所周知，液压动力源已广泛应用于各个领域，主要是采用普通电机带动普通定量泵往工作缸里输油，通过调节阀（流量阀）或溢流阀（压力阀）来调节动力装置的输出压力和动作速度，优点是维护单易，所以到现在还有大量的液压动力源采用此方法，缺点是油泵始终在大流量出油导致液压油温升过高，从而导致液压系统必须采用冷却设备才能连续运行。后来随着油泵工艺的进步出现了变量泵，在前述的液压系统的基础上，去掉定量泵和调节阀，采用变量泵，通过调节变量泵的流量达到调整液压装置的动作速度，但此方法调节范围受变量泵的调节范围太小且流量调节精度不高，所以只有在流量调节要求不高的情况下使用。鉴于以上情况，又出现了以变量泵为基础采用流量闭环控制方法来扩大调节范围，但效果不大。现有的比较先进和精密的液压动力源一般采用电液比例阀或伺服阀等阀组合的控制系统，采用计算机控制，其控制效果和精度比变量泵要高。但是，比例阀或伺服阀等的加工精度和对液压油介质的要求都比较高，液压动力系统及控制系统发热量大。
2 技术方案
针对目前使用调节阀控制系统、变量泵控制系统、电液比例阀、伺服阀等控制系统的液压动力装置，不论其控制输出的动力执行机构工作与否，电机及液压动力装置始终处于工作状态，能源消耗大的情况。本文提供了一种灵活性和控制精度更高，且效率高、成本低的用调速电机直接驱动油泵的液压动力源。
2.1 技术方案
用调速电机直接驱动油泵的高精度液压动力源，包括执行机构、换向阀、油箱、伺服驱动单元、数据采集和控制系统、反馈单元，换向阀与执行机构相连，伺服驱动单元与换向阀相连，数据采集和控制系统与伺服驱动单元相连，反馈单元与数据采集和控制系统相连，执行机构与反馈单元相连。
2.1.1 技术特征
设置两组伺服驱动单元，将其并联联接于换向阀上，一组伺服驱动单元负责控制执行机构的进油，另一组伺服驱动单元负责控制执行机构的出油。
2.1.2 技术措施
采用两组伺服驱动单元，一组伺服驱动单元由油泵、调速电机、电机驱动器组成，负责控制执行机构进油，油泵进油口与换向阀的进油口相连，油泵进油口与油箱相连，油泵出油口与换向阀的进油口相连，调速电机与油泵相连，电机驱动器与调速电机相连，电机驱动器与数据采集和控制系统相连；另一组伺服驱动单元由油泵、调速电机、电机驱动器组成，负责控制执行机构出油，油泵的出油口与油箱相连，调速电机与油泵相连，电机驱动器与调速电机相连，电机驱动器与数据采集和控制系统相连。
2.2 原理简析
2.2.1 控制原理
在理想状态下调速电机直接驱动油泵，调速电机的转速、转矩，与执行机构所需的压力、流量，通过推导符合以下关系：
根据Tw=，在理想的一套系统中为常数，所以调速电机的转矩与系统所需的压力成正比。根据Q=n×q，可知调速电机的转速与系统的所需流量成正比。由此推导出只要动态地调整调速电机的转矩、转速，就能提供执行机构所需的压力、流量。这就是本控制系统的基本原理。
2.2.2 工作原理
数据采集和控制系统7根据执行机构1的目标和位移测量装置8-1、力测量装置8-2的实际信号，通过运算，向电机驱动器5-1、电机驱动器5-2发送速度、转矩指令，电机驱动器5-1通过调速电机4-1控制油泵3-1的转速、转矩，通过换向阀2对执行机构1进油，电机驱动器5-2通过调速电机4-2控制油泵3-2的转速、转矩，通过换向阀对执行机构1回油；油泵3-1与油泵3-2的转速差决定执行机构1的进退、压力、速度。执行机构1通过连接在其上的位移测量装置8-1、力测量装置8-2实时向数据采集和控制系统7发送信号，数据采集和控制系统7实时通过运算向电机驱动器5-1电机驱动器5-2发送速度、转矩指令，如此完成一个闭环控制，执行实际工作的需要。
3 具体实施
如图1本方案用调速电机直接驱动油泵的高精度液压动力源，包括执行机构1（油缸或液压马达），换向阀2的出油口与执行机构1相连，换向阀2的回油口与油箱6相连，油泵3-1的进油口与油箱6相连，油泵3-1的出油口与换向阀2的进油口相连，调速电机4-1与油泵3-1相连，电机驱动器5-1与调速电机4-1相连；油泵3-2的进油口与换向阀2的进油口相连，油泵3-2的出油口与油箱6相连，调速电机4-2与油泵3-2相连，电机驱动器5-2与调速电机4-2相连，油泵3-1、调速电机4-1、电机驱动器5-1、油箱6组成的伺服驱动单元负责控制执行机构1的进油，油泵3-2、调速电机4-2、电机驱动器5-2、油箱6组成的伺服驱动单元负责控制执行机构1的出油。电机驱动器5-1、电机驱动器5-2分别与数据采集和控制系统7相连，数据采集和控制系统7可选择采用计算机或单片机，反馈单元8一端与数据采集和控制系统7相连，另一端与执行机构1相连，反馈单元8可根据需要选择采用位移测量装置8-1、力测量装置8-2，位移测量装置8-1、力测量装置8-2可同时采用或单独采用，单独用位移测量装置8-1为高精度位移控制，单独用力测量装置8-2为高精度力控制，同时采用位移测量装置8-1、力测量装置8-2，为高精度位移、力复合控制。
实际应用时，采用两个伺服电机分别控制两个油泵、两个油泵分别控制油缸的进回油，通过两个油泵的转速差决定油缸压力的增减。由于有一个油泵在控制回油，油缸在采取用密封圈等方法处理后，其渗漏远远小于油泵回油的速度，而且这种渗漏可以通过油泵回油速度的降底来解决，这样就相当于制造了一个渗漏相对恒定的环境。
4 结语
本文所述的用调速电机直接驱动油泵的高精度液压动力源，可根据控制要求将液压动力源的流量细分，提高分辨率；使伺服电机、油泵在理想的工作区域内运行；将油缸不确定的渗漏控制成相对恒定的渗漏。具有高效节能、控制精度高、灵活性强、成本低廉的优点。
参考文献
[1] 液压伺服控制系统，王春行主编，机械工业出版社 （1981年出版）.
[2] 电液比例与伺服控制，杨征瑞，冶金工业出版社（2009年出版）.