伺服电机定量泵驱动差动液压缸系统效率的研究

　　0 引言

　　随着大功率电子器件成本的降低、电机变频调速控制理论的完善和技术的进步，变频调速方法已在许多工业领域取代传统的机械传动，获得广泛应用[1-8]。这一技术也对其它传动方式产生了革命性的影响。电液控制技术领域一项创新的原理就是采用变转速的容积控制方法实现节能的。这一新的电液复合传动方式集电气变频传动能耗低、噪声低、可实现无空转损失和电液传动易于多执行器集中控制的优点于一体，为电液控制技术注入了新的活力，成为该领域新的研究热点[9-14 ]。

　　电液复合传动的典型应用是注塑机的过程控制。为了节能，日美等国发展了全电驱动的注塑机，代替传统电液控制的方法。这样的机器要用到 6 个伺服电机及相应控制装置，成本特别高，目前在国内根本无法接受。如采用新的电液复合控制方法，只需 1 套伺服电机就可实现全部 6 个运动轴的控制，同样可实现节能，成本却低得多，因此具有广泛的应用前景。

　　图 1 是新提出应用 2 台伺服电机闭环控制注塑机锁模机构的系统原理。在实际应用中，通过单向阀的切换，这 2 台伺服电机可完成对整机 6 个运动轴的控制。图中，pA、pB分别为液压缸 A 腔和 B腔的压力，x 是液压缸的位移，xm是动模板的位移，psoll是总压力设定值，xsoll是位移设定值，α是液压缸 2 腔的面积比，β是液压泵内外泄的比值。

　　系统的特征是用 2 台伺服电机分别驱动液压泵，补偿差动缸的不对称流量，同时增大系统的输出功率。为了使系统能像阀控原理一样工作，在位置控制环外叠加了总压力控制闭环，对液压缸的 2腔预压紧[14-15]。针对目前这一系统采用恒定总压力预压紧，能量效率低的不足进行了研究，找出了原因，提出了新的控制原理和回路改进方案。

　　1 系统能量分配及计算方法

　　参见图 1，当液压缸伸出时，系统提供的液压功率为

　　式中：A 1 Pp n V 为液压泵 1 输出的功率;PV 为液压泵的排量;1n 为电机 1 的转速;A B 2 P(p − p )n V为液压泵 2 提供的功率;1n 为电机 2 的转速。由于背压 pB的存在，增大了泵 1 的负荷，降低了整个系统的输出功率，液压泵 1 要多消耗B 2 Pp n V 的能量。当液压泵 2 处于马达工况，也就是B Ap > p时，泵 2 提供的能量还要通过制动电阻消耗掉。所以，为了充分利用 2 台电机的功率，必须使液压泵 2 处于泵工况，尽可能地降低压力 pB。理论上，当 pB为零时，系统可提供 2 台电机之和的功率。因伺服电机 1 的负载扭矩为P A/ (2 )LM = V pπ ，所以降低 pA，还可进一步增大伺服电机的扭矩余量，提高其加速能力。