[发明专利]具有缓冲功能液压缸的控制系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对具有缓冲功能的液压缸进行控制的系统及方法，属于液压缸控制技术领域。

背景技术

在腿足式机器人的驱动方式中，液压驱动方式具有动态性宽、输出力量大、功率-重量比高、带宽高和线性度高的特点，特别适用于高性能的机器人。为了使整个机器人能够合理高效的运动，必须要对其单关节的驱动器进行研究。

目前腿足式机器人的单关节驱动，一般采用液压缸驱动，但是现有液压缸存在冲击过大等问题，对系统压力造成波动以及对元件的损坏。

中国专利文献CN203189407U公开的《一种液压缸控制系统》，包括联轴器，联轴器一端固定连接有伺服电机，联轴器另一端固定连接有齿轮泵，齿轮泵设有液压油压力传感器，伺服电机设有伺服电机编码器，伺服电机还连接有伺服驱动器，伺服驱动器连接有单片机，液压油压力传感器以及伺服电机编码器还和伺服驱动器相连接。

上述系统分别采用了压力和流量闭环控制来控制液压油的压力和流量，不需要使用节流阀、比例阀等阀体，杜绝了高压节流现象，闭环控制的响应时间就是伺服驱动器的响应时间。虽然具有自动校正能力、液压缸能量转换效率高且运行精度高的特点，但是仍然不能解决液压缸存在的冲击过大等问题。

发明内容

本发明为了解决现有液压缸存在的冲击过大等问题，提供一种能够减小冲击、避免压力造成波动和元件损坏的具有缓冲功能液压缸的控制系统。同时提供一种该控制系统的控制方法，用以实现对液压缸的位置伺服和力伺服。

本发明的具有缓冲功能液压缸的控制系统，采用下述技术方案：

该系统，包括上位机、控制器、液压蓄能器、液压伺服阀、位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器；控制器与上位机连接；位移传感器、拉压力传感器和腔压传感器均与控制器连接，位移传感器的本体固定在液压缸的缸体上，位移传感器的测量杆与液压缸的活塞连接；拉压力传感器安装在液压缸的活塞上；腔压传感器固定在液压缸的缸体上且测量面与液压缸无杆腔连接；液压伺服阀与控制器连接，液压伺服阀的进出油口分别与液压缸的进出油口连接；液压蓄能器与液压缸的无杆腔连接。

控制器采用TMS320F28335型号的DSP作为核心芯片，由24V电池供电。控制器设有显示系统状态的指示灯。

位移传感器用于检测活塞的位移，并将数据信号传输至控制器，拉压力传感器用于检测液压缸的受力，并将数据信号传输至控制器；腔压传感器用于检测液压缸的无杆腔压力，并将数据信号传输至控制器。

当液压缸的活塞受到冲击时，无杆腔压力瞬间变大，无杆腔内的液压油流入蓄能器中，从而使无杆腔压力降低，达到减小冲击的目的。在液压缸活塞需要伸长时，蓄能器内的液压油输出补偿。减小冲击具体由检测无杆腔液压力的腔压传感器实现，由蓄能器的数学模型可以求得液压伺服阀控制电流中的蓄能器补偿项电流ia，实现对液压伺服阀的精确控制。控制器通过对液压伺服阀的控制实现对液压缸活塞长度的控制，最终实现液压缸的力或者位置输出。

上述具有缓冲功能液压缸的控制系统对液压缸的控制方法，是：

通过位移传感器获得液压缸的活塞位移，通过拉压力传感器获得液压缸的活塞输出力，通过腔压传感器获得液压缸无杆腔的压力p₂，控制器通过控制液压伺服阀的控制电流i_v驱动液压缸，液压伺服阀的控制电流i_v为以下几项电流之和：由液压缸的活塞移动速度v_{p_fed}得到的流量补偿项电流i_x，其中活塞移动速度v_{p_fed}由液压缸活塞位移微分得到；由液压缸的无杆腔压力p₂得到的蓄能器电流补偿项i_a；库伦摩擦力补偿项电流i_Fc；由液压缸的活塞输出力或者活塞位移通过PID计算得到的误差补偿项电流i_delta。

所述流量补偿项电流i_x计算公式为：i_x＝k_x*v_{p_fed}，其中k_x为流量补偿系数，取值0.028～0.032mA/(mm/s)，v_{p_fed}为液压缸活塞移动速度，v_{p_fed}通过液压缸活塞位移微分得到。