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德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸的動態控制該文針對德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸系統常出現的超壓、氣蝕問題，提出了二位三通電磁換向閥的動態補償控制，以平衡差動缸動態過程中流量的不對稱，設計了控制系統，對系統進行了建模仿真，得出了系統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曲線，并對仿真結果進行了分析。關鍵詞：泵控系統；差動缸；德國博士力士樂boschrexroth電液泵；動態補償中圖分類號：TH137文獻標識碼：前言德國博士力士樂boschrexroth電液泵控系統是快速發展的電動機調速技術和靜液壓技術結合的產物，它具有節能環保高效的優點，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、成本低等優點，成為應用的線性液壓執行器。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，出現超壓、氣蝕等現象。為了抑制這種現象的發生，有學者提出了雙[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成本，而后者由于采用了液控單向閥補償控制使系統控制油路復雜化。為此，發展中的德國博士力士樂boschrexroth電液泵控缸系統的執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）來平衡差動缸動態過程中的流量不對稱。利用對該系統進行了建模仿真。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計算機控制單元后傳遞給伺服電機調速系統，伺服電機驅動定量泵輸出相應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補油，防止氣蝕現象發生。為保證系統安全，設置了兩個溢流閥，防止系統過高壓力的產生。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原理圖１系統組成該系統由計算機控制單元、永磁同步交流伺服電機（PMSM調速系統、）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，指令裝置發出電壓信號作用于系統，差動觹國家自然科學基金資助項目（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。另外，設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定；當活塞桿縮回時，位移偏差電壓為負值，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，避免了超壓現象的發生。２系統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成，且電樞繞組通常為星形連接，轉子采用永磁體，具有結構簡單、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為轉子永磁體產生的磁鏈；為定子電阻；這轉子電角速度；m為轉Rωω子角速度；為磁極對數；為摩擦系數；e為電機pBT電磁轉矩；為轉動慣量；L為負載轉矩。JT根據數學模型利用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壓力響應曲線）圖４頻率１Ｈｚ的正弦信號響應仿真結果x/m圖２德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸系統仿真模型t／ｓ（ａ位移跟蹤特性曲線）２．２系統仿真模型首先，PMSM采用電流、速度雙閉環調速方案，兩環均采用PI控制加前饋補償的方式[3]，利用Simulink建立了PMSM調速系統子模型。其次，根據系統原理圖，利用Simscape模塊庫中液壓組件，建立了液壓子系統模型。整個系統采用PID控制。zui后，通過信號轉換模塊在Simulink環境中將子系統模型連接。整個系統仿真模型如圖3所示。p/MPat／ｓ（ｂ壓力響應曲線）圖５頻率２Ｈｚ的正弦信號響應２系統仿真系統仿真的目的是測試其動態特性及其穩態精度，以及差動缸兩腔是否發生超壓、氣蝕現象，所以作了不同頻率下幅值為0.08m正弦信號響應分析，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控制*7p/MPa果，從圖中得知，響應上升時間約為0.07s,超調量小，達到穩態的時間約在0.1s，從壓力響應曲線得知，無超壓、氣蝕現象發生，其階躍性能良好。t／ｓ５結論采用二位三通電磁換向閥（或比例閥動態補償）控制策略可以使系統得到有效控制，并且系統油路和控制結構比較簡單。該系統是通過MATLAB7.6/Simulink-Simscape軟件在Simulink環境下的建模仿真，整個過程方便快捷，降低了實際系統的研究成本，其仿真結果對設計德國博士力士樂boschrexroth電液泵控差動缸系統具有一定的理論參考價值。