基于虚轴法的高速液压同步控制策略研究

　　1前言

　　目前液压技术正朝着高速、重载等方向发展,如何提高液压系统的速度和有效负载是一个需要解决的问题,因为大流量大负载会导致控制成本的急剧上 升。采用同步控制驱动的方法是一种提高液压有效负载的一种可行方法,因为它能够将液压系统所需的流量以及负载进行合理分配,从而降低整个系统的成本。从而 将大流量的控制问题转换为液压系统的多运动轴的同步控制问题。

　　同步控制是液压系统长久以来就存在的一个问题,主要解决的思路可以分为两个方向:一是从液压回路中流量分配的角度来解决此问题;二是从电液控制 的角度,利用计算机配合相应的控制算法实现运动的同步。两种解决的思路各有其特点以及应用场合。总体而言,前者实现容易,但同步精度低,后者同步精度高但 算法复杂,适应性较差,成本较高而且实现周期较长。

　　液压同步控制可归类为运动同步控制的研究领域中,因此可以借鉴各种运动同步控制的算法及策略。本文研究的虚轴法 (VirtualShaftMethod)即是从以电机驱动运动系统中的同步控制算法中引人的,该方法已经被证明在造纸、纺织等需要同步的运动装置中是有 效的。本文将研究该方法在液压同步控制中的应用,包括其模型的建立,仿真及分析。首先,将在第2节中介绍前人的相关研究工作,然后在第3节中介绍虚轴法的 建模,第4节进行液压同步控制的仿真和对比研究,第5节会给出结论。

　　2相关研究回顾

　　同步运动控制出现于多轴运动出现之后。正是由于机器运动趋于复杂,运动轴增多,且要求多个运动之间的密切配合(例如五轴机床,加工中心等),才有必要解决多个运动轴的同步(或协作)问题。目前常在使用的同步控制模型可分为3种,即命令分配式、主从式和交叉祸合式。

　　2.1命令分配式模型

　　如图1所示,命令分配式的同步控制的核心是命令分配器,它的作用是将运动分解到各个控制轴,由各控制轴完成对单轴运动的控制。该模型的优点是效 率高,容易理解和实现简单。但它的同步精度依赖于合理的分配运动命令以及单轴控制器的性能。由于不能检测到各运动轴输出的实际偏差,该模型实际上无法适应 复杂的控制对象以及存在负载扰动的同步控制。尽管如此,对于大多数运动系统,该控制模型是比较有效的。

　　2.2主—从式模型

　　主从式结构与命令分配式类似,区别在于其他运动轴的参考输人来自于主运动轴的输出,而并非由命令控制器来产生。通常情况下,选择控制性能最差的那根轴作为主轴,这样基本上可以保证其他轴于该轴的运动同步性。其控制模型如图2所示。