一种数字配流型智能化四象限电静液作动器及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种数字配流型智能化四象限电静液作动器及其控制方法，属于电静液作动器技术领域，应用数字配流控制策略，使其动态特性有所提升；可实现泵/马达四象限模式独立运行，避免伺服电机驱动器电流过载；两旁通数字开关阀的差动PWM工作模式可使液压泵处于变量泵模式，提高系统容积效率；液压马达与单出杆液压缸并联布置方式，避免液压泵吸空现象；具有液压缸两腔压力、活塞杆运动位置、伺服电机转速实时反馈功能，且可与数字开关阀的数字控制相结合，实现该型电静液作动器的智能化控制。本发明专利技术适用于航空发动机推力矢量控制、高机动飞行器舵面姿态控制等对电静液作动器动态特性、可靠性与智能化有迫切需求的领域。可靠性与智能化有迫切需求的领域。可靠性与智能化有迫切需求的领域。

【技术实现步骤摘要】
一种数字配流型智能化四象限电静液作动器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种数字配流型智能化四象限电静液作动器及其控制方法，属于 电静液作动器


技术介绍

[0002]电静液作动器(Electro
‑
Hydrostatic Actuator,EHA)作为航空发动机推力 矢量控制、高机动飞行器舵面姿态控制的重要装置，其分布式构型可有效降低配 重，提高系统可靠性。电静液作动器本质上可视为闭式泵控系统，相较于基于节 流耗散原理的阀控系统更为高效可靠，可满足新一代多电/全电飞机的发展需求。 配有单出杆液压缸的电静液作动器，输出力较大，且安装空间较小，更为适应气 动载荷复杂多变的飞行控制需求。现有电静液作动器在解决非对称液压缸所带来 的流量不对称问题时，多采用单向阀、液控单向阀、梭阀等，此类阀多为液压驱 动，其动态特性较差，难以适应较高的动态特性需求；现有电静液作动器在适应 多变的气动负载方面，应用负载敏感变量泵予以解决，但其结构复杂，增加了系 统控制难度；现有电静液作动器在回收能量方面，多采用泵/马达一体化设计， 压差驱动液压马达转动时，同轴连接的伺服电机被迫驱动，使得伺服电机驱动器 承受较大电流过载，极易损坏伺服电机驱动器。
[0003]数字配流技术基于数字液压技术，主要依靠具有离散状态的数字开关阀脉宽 调制实现控制，相较于比例阀控系统，具有响应快、能效高等显著优点。
[0004]就控制方式而言，两位三通数字开关阀、数字开关阀的启闭状态由控制板卡 预定指令决定，在控制板卡对所采集的单出杆液压缸两腔实时压力、位移传感器 所采集的活塞杆运动位置、伺服电机转速的逻辑判断后，对两位三通数字开关阀、 数字开关阀的工作状态进行智能化控制。
[0005]就工作模式而言，电静液作动器工作模式包括阻力伸出，即由液压齿轮泵输 出高压油液克服外负载，推动单出杆液压缸活塞杆伸出；助力伸出，即液压齿轮 泵停止转动，外力作用下单出杆活塞杆腔形成高压，驱动摆线液压马达正向转动， 补充油液给单出杆液压缸活塞腔，单出杆液压缸活塞杆被迫伸出；阻力缩回，即 由液压齿轮泵输出高压油液克服外负载，推动单出杆液压缸活塞杆缩回，助力缩 回，即即液压齿轮泵停止转动，外力作用下单出杆活塞腔形成高压，驱动摆线液 压马达反向转动，补充油液给单出杆液压缸活塞杆腔，单出杆液压缸活塞杆被迫 缩回。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种结构紧凑、体积小、动态特性好、能效高的数字配流型 智能化四象限电静液作动器及其控制方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供的一种数字配流型智能化四象限电静液作动器 可采用以下技术方案：
[0008]包括主供油模块、辅助供油模块、安全补油模块、作动模块、力加载模块以 及闭环
控制模块；
[0009]所述主供油模块包括伺服电机、液压阀体、液压齿轮泵；
[0010]所述辅助供油模块包括蓄能器、手动开关阀、活塞腔侧数字开关阀、活塞腔 侧内置式单向阀、活塞杆腔侧数字开关阀、活塞杆腔侧内置式单向阀、转接头；
[0011]所述安全补油模块包括活塞腔侧安全阀、出油口侧单向阀、活塞杆腔侧安全 阀、进油口侧单向阀；
[0012]所述作动模块包括单出杆液压缸、两位三通数字开关阀、数字开关阀阀体、 摆线液压马达、活塞腔侧出油管、活塞杆腔侧出油管、摆线液压马达进油管、摆 线液马达出油管；
[0013]所述力加载模块包括双出杆液压缸、液压缸阀体、电液伺服阀、液压泵站；
[0014]所述闭环控制模块包括伺服电机驱动器、伺服电机编码器、伺服电机控制器、 活塞腔侧压力传感器、活塞杆腔侧压力传感器、位移传感器、转速传感器、数字 开关阀驱动板卡、控制板卡。
[0015]进一步的，伺服电机转轴与液压齿轮泵转轴位于液压阀体内部中空孔内，由 联轴器连接，液压齿轮泵与伺服电机外壳分别固定于液压阀体前后端面，液压齿 轮泵侧进油口与液压阀体活塞杆腔侧进油口相通，液压齿轮泵侧出油口与液压阀 体活塞腔侧进油口相通，液压齿轮泵泄油口与液压阀体泄油口相通，通过伺服电 机转速控制实现液压齿轮泵输出流量控制，进而对单出杆液压杆活塞杆运动位置 加以控制，伺服电机顺时针转动使得液压齿轮泵侧出油口输出流量，进入单出杆 液压缸活塞腔，液压齿轮泵侧进油口吸入单出杆液压缸活塞杆腔流出油液。
[0016]进一步的，活塞腔侧数字开关阀由安装螺纹固连于液压阀体活塞腔侧数字开 关阀螺纹孔中，活塞杆腔侧数字开关阀由安装螺纹固连于液压阀体活塞杆腔侧数 字开关阀螺纹孔中，活塞腔侧数字开关阀进油口与液压阀体活塞腔侧出油螺纹孔 以及活塞腔侧端面进油螺纹孔连通，活塞腔侧数字开关阀出油口与液压阀体活塞 腔侧数字开关阀出油螺纹孔连通，活塞杆腔侧数字开关阀进油口与液压阀体活塞 杆腔侧出油螺纹孔以及活塞杆腔侧端面进油螺纹孔连通，活塞杆腔侧数字开关阀 出油口与液压阀体活塞杆腔侧数字开关阀出油螺纹孔连通，转接头通过与液压阀 体转接头螺纹孔连通，蓄能器安装螺纹与转接头连接，至液压阀体上，活塞腔侧 内置式单向阀安装于液压阀体活塞腔侧内置式单向阀螺纹孔活，活塞杆腔侧内置 式单向阀安装于液压阀体活塞杆腔侧内置式单向阀螺纹孔中，活塞腔侧数字开关 阀出油螺纹孔与活塞杆腔侧数字开关阀出油螺纹孔均由螺塞封闭，活塞腔侧安全 阀出油螺纹孔与活塞杆腔侧安全阀出油螺纹孔均由螺塞封闭，活塞腔侧内置式单 向阀出油螺纹孔与活塞杆腔侧内置式单向阀出油螺纹孔均由螺塞封闭。
[0017]进一步的，活塞腔侧安全阀工作压力由调压螺母调定，活塞腔侧安全阀工作 压力由调压螺母调定活塞腔侧安全阀进油口与液压阀体活塞腔侧出油螺纹孔以 及活塞腔侧端面进油螺纹孔连通，活塞腔侧安全阀出油口与液压阀体活塞腔安全 阀出油螺纹孔连通，活塞杆腔侧安全阀进油口与液压阀体活塞杆腔侧出油螺纹孔 以及活塞杆腔侧端面进油螺纹孔连通，活塞杆腔侧安全阀出油口与液压阀体活塞 杆腔侧安全阀出油螺纹孔连通，活塞腔侧安全阀由安装螺纹固连于液压阀体活塞 腔侧安全阀螺纹孔中，活塞杆腔侧安全阀由安装螺纹固连于液压阀体活塞杆腔侧 安全阀螺纹孔中，出油口侧单向阀安装于液压齿轮泵
出油侧单向阀进油螺纹孔中， 进油口侧单向阀安装于液压齿轮泵进油侧单向阀进油螺纹孔中，液压齿轮泵泄油 口与液压阀体泄油口连通。
[0018]进一步的，单出杆液压缸由内六角螺钉固定于液压阀体下端面，单出杆液压 缸左进油口与液压阀体进油口连通，单出杆液压缸右进油口与液压阀体出油口连 通，两位三通数字开关阀由安装螺纹固连于数字开关阀阀体两位三通数字开关阀 螺纹孔中，数字开关阀阀体进油螺纹孔与液压阀体活塞腔侧出油螺纹孔由活塞腔 出油管连通，数字开关阀阀体出油螺纹孔与液压阀体活塞杆腔侧出油螺纹孔由活 塞杆腔出油管连通，数字开关阀阀体控制油口与摆线液压马达一油口由摆线液压 马达进油管连通，摆线液压马达另一油口与蓄能器进/出油口由摆线液压马达出 油管连通。
[0019]进一步的，设置电液伺服阀激励电压幅值用于控制电液伺服阀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字配流型智能化四象限电静液作动器，其特征在于：包括主供油模块、辅助供油模块、安全补油模块、作动模块、力加载模块以及闭环控制模块；所述主供油模块包括伺服电机(1)、液压阀体(2)、液压齿轮泵(3)；所述辅助供油模块包括蓄能器(4)、手动开关阀(5)、活塞腔侧数字开关阀(6)、活塞腔侧内置式单向阀(7)、活塞杆腔侧数字开关阀(8)、活塞杆腔侧内置式单向阀(9)、转接头(10)；所述安全补油模块包括活塞腔侧安全阀(11)、出油口侧单向阀(12)、活塞杆腔侧安全阀(13)、进油口侧单向阀(14)；所述作动模块包括单出杆液压缸(15)、两位三通数字开关阀(16)、数字开关阀阀体(17)、摆线液压马达(18)、活塞腔侧出油管(19)、活塞杆腔侧出油管(20)、摆线液压马达进油管(21)、摆线液马达出油管(22)；所述力加载模块包括双出杆液压缸(23)、液压缸阀体(24)、电液伺服阀(25)、液压泵站(26)；所述闭环控制模块包括伺服电机驱动器(27)、伺服电机编码器(28)、伺服电机控制器(29)、活塞腔侧压力传感器(30)、活塞杆腔侧压力传感器(31)、位移传感器(32)、转速传感器(33)、数字开关阀驱动板卡(34)、控制板卡(35)。2.根据权利要求1所述的数字配流型智能化四象限电静液作动器，其特征在于，伺服电机(1)转轴(1
‑
4)与液压齿轮泵(3)转轴(3
‑
2)位于液压阀体(2)内部中空孔(2
‑
26)内，由联轴器连接，液压齿轮泵(3)与伺服电机(1)外壳分别固定于液压阀体(3)前后端面，液压齿轮泵(3)侧进油口(3
‑
1)与液压阀体(2)活塞杆腔侧进油口(2
‑
24)相通，液压齿轮泵(3)侧出油口(3
‑
3)与液压阀体(2)活塞腔侧进油口(2
‑
22)相通，液压齿轮泵(3)泄油口(3
‑
4)与液压阀体(2)泄油口(2
‑
23)相通，通过伺服电机(1)转速控制实现液压齿轮泵(3)输出流量控制，进而对单出杆液压杆(15)活塞杆(15
‑
1)运动位置加以控制，伺服电机(1)顺时针转动使得液压齿轮泵(3)侧出油口(3
‑
3)输出流量，进入单出杆液压缸(15)活塞腔，液压齿轮泵(3)侧进油口(3
‑
1)吸入单出杆液压缸(15)活塞杆腔流出油液。3.根据权利要求2所述的数字配流型智能化四象限电静液作动器，其特征在于，活塞腔侧数字开关阀(6)由安装螺纹(6
‑
2)固连于液压阀体(2)活塞腔侧数字开关阀螺纹孔(2
‑
5)中，活塞杆腔侧数字开关阀(8)由安装螺纹(8
‑
2)固连于液压阀体(2)活塞杆腔侧数字开关阀螺纹孔(2
‑
1)中，活塞腔侧数字开关阀(6)进油口(6
‑
4)与液压阀体(2)活塞腔侧出油螺纹孔(2
‑
14)以及活塞腔侧端面进油螺纹孔(2
‑
21)连通，活塞腔侧数字开关阀(6)出油口(6
‑
3)与液压阀体(2)活塞腔侧数字开关阀出油螺纹孔(2
‑
11)连通，活塞杆腔侧数字开关阀(8)进油口(8
‑
4)与液压阀体(2)活塞杆腔侧出油螺纹孔(2
‑
17)以及活塞杆腔侧端面进油螺纹孔(2
‑
25)连通，活塞杆腔侧数字开关阀(8)出油口(8
‑
3)与液压阀体(2)活塞杆腔侧数字开关阀出油螺纹孔(2
‑
20)连通，转接头(10)通过与液压阀体(11)转接头螺纹孔(2
‑
4)连通，蓄能器(4)安装螺纹(4
‑
3)与转接头(4)连接，至液压阀体(2)上，活塞腔侧内置式单向阀(7)安装于液压阀体(2)活塞腔侧内置式单向阀螺纹孔活(2
‑
7)，活塞杆腔侧内置式单向阀(9)安装于液压阀体(2)活塞杆腔侧内置式单向阀螺纹孔(2
‑
2)中，活塞腔侧数字开关阀出油螺纹孔(2
‑
11)与活塞杆腔侧数字开关阀出油螺纹孔(2
‑
20)均由螺塞封闭，活塞腔侧安全阀出油螺纹孔(2
‑
12)与活塞杆腔侧安全阀出油螺纹孔(2
‑
19)均由螺塞封闭，活塞腔侧内置式单向阀
出油螺纹孔(2
‑
13)与活塞杆腔侧内置式单向阀出油螺纹孔(2
‑
18)均由螺塞封闭。4.根据权利要求3所述的数字配流型智能化四象限电静液作动器，其特征在于，活塞腔侧安全阀(11)工作压力由调压螺母(11
‑
1)调定，活塞腔侧安全阀(13)工作压力由调压螺母(13
‑
1)调定，活塞腔侧安全阀(11)进油口(11
‑
4)与液压阀体(2)活塞腔侧出油螺纹孔(2
‑
14)以及活塞腔侧端面进油螺纹孔(2
‑
21)连通，活塞腔侧安全阀(11)出油口(11
‑
3)与液压阀体(2)活塞腔安全阀出油螺纹孔(2
‑
12)连通，活塞杆腔侧安全阀(13)进油口(13
‑
4)与液压阀体(2)活塞杆腔侧出油螺纹孔(2
‑
17)以及活塞杆腔侧端面进油螺纹孔(2
‑
25)连通，活塞杆腔侧安全阀(13)出油口(13
‑
3)与液压阀体(2)活塞杆腔侧安全阀出油螺纹孔(2
‑
19)连通，活塞腔侧安全阀(11)由安装螺纹(11
‑
2)固连于液压阀体(2)活塞腔侧安全阀螺纹孔(2
‑
8)中，活塞杆腔侧安全阀(13)由安装螺纹(13
‑
2)固连于液压阀体(2)活塞杆腔侧安全阀螺纹孔(2
‑
3)中，出油口侧单向阀(12)安装于液压齿轮泵(3)出油侧单向阀进油螺纹孔(3
‑
7)中，进油口侧单向阀(14)安装于液压齿轮泵(3)进油侧单向阀进油螺纹孔(3
‑
5)中，液压齿轮泵(3)泄油口(3
‑
6)与液压阀体(2)泄油口(2
‑
6)连通。5.根据权利要求4所述的数字配流型智能化四象限电静液作动器，其特征在于，单出杆液压缸(15)由内六角螺钉固定于液压阀体(2)下端面，单出杆液压缸(15)左进油口(15
‑
2)与液压阀体(2)进油口(2
‑
9)连通，单出杆液压缸(15)右进油口(15
‑
3)与液压阀体(2)出油口(2
‑
10)连通，两位三通数字开关阀(16)由安装螺纹(16
‑
2)固连于数字开关阀阀体(17)两位三通数字开关阀螺纹孔(17
‑
3)中，数字开关阀阀体(17)进油螺纹孔(17
‑
1)与液压阀体(2)活塞腔侧出油螺纹孔(2
‑
14)由活塞腔出油管(19)连通，数字开关阀阀体(17)出油螺纹孔(17
‑
2)与液压阀体(2)活塞杆腔侧出油螺纹孔(2
‑
17)由活塞杆腔出油管(20)连通，数字开关阀阀体(17)控制油口(17
‑
4)与摆线液压马达(18)一油口由摆线液压马达进油管(21)连通，摆线液压马达(18)另一油口与蓄能器(4)进/出油口(4
‑
3)由摆线液压马达出油管(22)连通。6.根据权利要求5所述的数字配流型智能化四象限电静液作动器，其特征在于，设置电液伺服阀(25)激励电压幅值用于控制电液伺服阀(25)阀口开度，进而控制双出杆液压缸(23)进油腔压力大小以实现外负载力加载控制，电液伺服阀(25)激励电压正负用于实现电液伺服阀(25)阀芯换向，实现双出杆液压缸(23)一腔进油、一腔回油反转；激励电压为正时，电液伺服阀(25)换向使得双出杆液压缸(23)左腔进油、右腔出油，为单出杆液压缸(15)活塞杆形成推力；激励电压为负时，电液伺服阀(25)换向使得双出杆液压缸(23)右腔进油、左腔出油，为单出杆液压缸(15)活塞杆形成拉力。7.根据权利要求6所述的数字配流型智能化四象限电静液作动器，其特征在于，双出杆液压缸(23)由内六角螺钉固定于液压缸阀体(24)侧面，双出杆液压缸(23)左进油口(23
‑
2)与液压缸阀体(24)侧面左进油口(24
‑
5)连通，双出杆液压缸(23)右进油口(23
‑
3)与液压缸阀体(24)侧面右进油口(24
‑
6)连通，电液伺服阀(25)由内六角螺钉固定于液压缸阀体(24)上端面，电液伺服阀(25)左进油口(25
‑
1)与液压缸阀体(24)上端面左进油口(24
‑
3)连通，电液伺服阀(25)回油口(25
‑
2)与液压缸阀体(24)上端面回油口(24
‑
2)连通，电液伺服阀(25)右进油口(25
‑
3)与液压缸阀体(24)上端面右进油口(24
‑
1)连通，电液伺服阀(25)供油口(25
‑
4)与液压缸阀体(24)上端面供油口(24
‑
4)连通，液压缸阀体(24)上端供油口(24
‑
4)与上端回油口(24
‑
2)经外部液压软管接回液压泵站(26)，液压缸阀体(24)上端面左进油口
(24
‑
3)与液压缸阀体(24)侧面左进油口(24
‑
5)通过内部流道连通，液压缸阀体(24)上端面右进油口(24
‑
1)与液压缸阀体(24)侧面右进油口(24
‑
6)通过内部流道连通。8.根据权利要求7所述的数字配流型智能化四象限电静液作动器，其特征在于，活塞腔侧数字开关阀(6)接线端子(6
‑
1)与活塞杆腔数字开关阀(8)接线端子(8
‑
1)均与数字开关阀驱动板(34)连接，与伺服电机(1)编码器插头(1
‑
1)、刹车插头(1
‑
2)、电源插头(1
‑
3)均与伺服电机驱动器(27)经电缆连接，伺服电机编码器(27)内置于伺服电机(1)端部，用于采集伺服电机(1)实时转速并通过伺服电机控制器(29)实现伺服电机(1)的闭环控制，活塞腔侧压力传感器(30)螺纹插装于液压阀体(2)活塞腔侧测压螺纹孔(2
‑
15)中，用以采集单出杆液压缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉川，陈晓明，王玉文，程文豪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学无锡研究院，
类型：发明
国别省市：