一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统及控制方法

本技术涉及液压系统，特别是涉及一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统及控制方法。

背景技术：

1、在液压系统领域，集中式供能的阀控系统存在节流损失大和能效低的缺陷且伺服阀控系统更易发生堵塞。现有技术中多采用闭式泵控系统来解决这一问题，但闭式泵控系统在控制非对称液压缸时，为了补偿非对称液压缸的非对称流量，需要设置复杂的补油回路，导致系统的重量和成本有所增加。此外，当液压系统应用于一些重要场合时，如飞机、火箭、舰船等，对液压系统的可靠性提出了一定的要求，现有技术中多采用冗余液压系统来提高其可靠性，但现有冗余系统占用空间大、液压管路冗长且易发生泄漏和振动，存在安全隐患。如专利cn104595289公开的“一种双余度电动静液作动器”中，采用的串联液压缸轴向尺寸长，安装空间受限；如专利cn115949637公开的“一种并联冗余电静液作动器”中，采用的两套完全相同的驱动系统增加了系统的总装机功率和重量，当某一驱动系统发生故障时，执行器的力会偏载，造成执行器卡滞，引发故障，可靠性较低。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统及控制方法，结构更加紧凑，可有效提高系统的响应速度、控制精度、能效以及可靠性并降低成本。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统，包括：第ⅰ四容腔液压缸、第ⅰ液压系统、第ⅱ液压系统、第ⅰ位移传感器以及总控制器；

4、所述第ⅰ液压系统分别与所述第ⅰ四容腔液压缸的其中两腔连接；所述第ⅱ液压系统分别与所述第ⅰ四容腔液压缸的另外两腔连接；所述第ⅰ位移传感器设置在所述第ⅰ四容腔液压缸上，用于采集所述第ⅰ四容腔液压缸的位移信号；所述总控制器分别与所述第ⅰ位移传感器、所述第ⅰ液压系统以及所述第ⅱ液压系统连接，用于接收所述第ⅰ位移传感器采集的所述第ⅰ四容腔液压缸的位移信号并发送第ⅰ控制信号至所述第ⅰ液压系统和所述第ⅱ液压系统。

5、可选地，所述第ⅰ四容腔液压缸包括容腔a、容腔b、容腔c以及容腔d，所述第ⅰ四容腔液压缸的容腔c的面积与容腔d的面积相等。

6、可选地，所述第ⅰ液压系统包括：第ⅰ控制器、第ⅰ伺服电机、第ⅰ双向液压泵马达、第ⅰ液控单向阀、第ⅱ液控单向阀、第ⅰ溢流阀、第ⅱ溢流阀、蓄能器以及第ⅰ短路阀；

7、所述第ⅰ控制器的输入端与所述总控制器的输出端连接；所述第ⅰ控制器的输出端与所述第ⅰ伺服电机的输入端连接；所述第ⅰ伺服电机的输出端与所述第ⅰ双向液压泵马达的输入端连接；所述第ⅰ双向液压泵马达的第ⅰ出油口分别与所述容腔a、所述第ⅰ液控单向阀的出油口、所述第ⅱ液控单向阀的控制油口、所述第ⅰ溢流阀的进油口以及所述第ⅰ短路阀的第ⅰ油口连接；所述第ⅰ双向液压泵马达的第ⅱ出油口分别与所述容腔b、所述第ⅰ液控单向阀的控制油口、所述第ⅱ液控单向阀的出油口、所述第ⅱ溢流阀的进油口以及所述第ⅰ短路阀的第ⅱ油口连接；所述第ⅰ液控单向阀的进油口、所述第ⅱ液控单向阀的进油口、所述第ⅰ溢流阀的出油口以及所述第ⅱ溢流阀的出油口均与所述蓄能器连接。

8、可选地，所述第ⅱ液压系统包括：第ⅱ控制器、第ⅱ伺服电机、第ⅱ双向液压泵马达、第ⅰ单向阀、第ⅱ单向阀、第ⅲ溢流阀、第ⅳ溢流阀、油箱以及第ⅱ短路阀；

9、所述第ⅱ控制器的输入端与所述总控制器的输出端连接；所述第ⅱ控制器的输出端与所述第ⅱ伺服电机的输入端连接；所述第ⅱ伺服电机的输出端与所述第ⅱ双向液压泵马达的输入端连接；所述第ⅱ双向液压泵马达的第ⅰ出油口分别与所述第ⅰ单向阀的出油口、所述第ⅲ溢流阀的进油口以及所述第ⅱ短路阀的第ⅰ油口连接；所述第ⅱ双向液压泵马达的第ⅱ出油口分别与所述第ⅱ单向阀的出油口、所述第ⅳ溢流阀的进油口以及所述第ⅱ短路阀的第ⅱ油口连接；所述第ⅱ短路阀的第ⅲ油口与所述容腔c连接；所述第ⅱ短路阀的第ⅳ油口与所述容腔d连接；所述第ⅰ单向阀的进油口、所述第ⅱ单向阀的进油口、所述第ⅲ溢流阀的出油口以及所述第ⅳ溢流阀的出油口均与所述油箱连接。

10、第二方面，本技术提供了一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统，包括：第ⅰ四容腔液压缸、第ⅲ液压系统、第ⅳ液压系统、第ⅰ位移传感器、总控制器、第ⅱ四容腔液压缸、第ⅴ液压系统、第ⅵ液压系统以及第ⅱ位移传感器；所述第ⅴ液压系统结构与所述第ⅲ液压系统结构相同；所述第ⅵ液压系统结构与所述第ⅳ液压系统结构相同；

11、所述第ⅲ液压系统分别与所述第ⅰ四容腔液压缸的其中两腔连接；所述第ⅳ液压系统分别与所述第ⅰ四容腔液压缸的另外两腔连接；所述第ⅰ位移传感器设置在所述第ⅰ四容腔液压缸上，用于采集所述第ⅰ四容腔液压缸的位移信号；所述总控制器分别与所述第ⅰ位移传感器、所述第ⅲ液压系统以及所述第ⅳ液压系统连接，用于接收所述第ⅰ位移传感器采集的所述第ⅰ四容腔液压缸的位移信号并发送第ⅰ控制信号至所述第ⅲ液压系统和所述第ⅳ液压系统；

12、所述第ⅲ液压系统和所述第ⅴ液压系统均与所述第ⅱ四容腔液压缸的其中两腔连接；所述第ⅳ液压系统和所述第ⅵ液压系统均与所述第ⅱ四容腔液压缸的另外两腔连接；所述第ⅱ位移传感器设置在所述第ⅱ四容腔液压缸上，用于采集所述第ⅱ四容腔液压缸的位移信号；所述总控制器分别与所述第ⅱ位移传感器、所述第ⅴ液压系统以及所述第ⅵ液压系统连接，用于接收所述第ⅱ位移传感器采集的所述第ⅱ四容腔液压缸的位移信号并发送第ⅱ控制信号至所述第ⅴ液压系统和所述第ⅵ液压系统。

13、可选地，所述第ⅰ四容腔液压缸包括容腔a、容腔b、容腔c以及容腔d，所述第ⅱ四容腔液压缸包括容腔e、容腔f、容腔g以及容腔h；所述第ⅰ四容腔液压缸的容腔c的面积与容腔d的面积相等；所述第ⅱ四容腔液压缸的容腔g的面积与容腔h的面积相等。

14、可选地，所述第ⅲ液压系统包括：第ⅰ控制器、第ⅰ伺服电机、第ⅰ双向液压泵马达、第ⅰ液控单向阀、第ⅱ液控单向阀、第ⅰ溢流阀、第ⅱ溢流阀、蓄能器、第ⅰ短路阀、第ⅰ切换阀以及第ⅱ切换阀；

15、所述第ⅰ控制器的输入端与所述总控制器的输出端连接；所述第ⅰ控制器的输出端与所述第ⅰ伺服电机的输入端连接；所述第ⅰ伺服电机的输出端与所述第ⅰ双向液压泵马达的输入端连接；所述第ⅰ双向液压泵马达的第ⅰ出油口分别与所述第ⅰ切换阀的第ⅰ油口、所述第ⅱ切换阀的第ⅰ油口、所述第ⅰ液控单向阀的出油口、所述第ⅱ液控单向阀的控制油口以及所述第ⅰ溢流阀的进油口连接；所述第ⅰ双向液压泵马达的第ⅱ出油口分别与所述第ⅰ切换阀的第ⅱ油口、所述第ⅱ切换阀的第ⅱ油口、所述第ⅰ液控单向阀的控制油口、所述第ⅱ液控单向阀的出油口以及所述第ⅱ溢流阀的进油口连接；所述第ⅰ短路阀的第ⅰ油口分别与所述容腔a以及所述第ⅰ切换阀的第ⅲ油口连接；所述第ⅰ短路阀的第ⅱ油口分别与所述容腔b以及所述第ⅰ切换阀的第ⅳ油口连接；所述第ⅱ切换阀的第ⅲ油口与所述容腔e连接；所述第ⅱ切换阀的第ⅳ油口与所述容腔f连接；所述第ⅰ液控单向阀的进油口、所述第ⅱ液控单向阀的进油口、所述第ⅰ溢流阀的出油口以及所述第ⅱ溢流阀的出油口均与所述蓄能器连接。

16、可选地，所述第ⅳ液压系统包括：第ⅱ控制器、第ⅱ伺服电机、第ⅱ双向液压泵马达、第ⅰ单向阀、第ⅱ单向阀、第ⅲ溢流阀、第ⅳ溢流阀、油箱、第ⅲ短路阀、第ⅲ切换阀以及第ⅳ切换阀；

17、所述第ⅱ控制器的输入端与所述总控制器的输出端连接；所述第ⅱ控制器的输出端与所述第ⅱ伺服电机的输入端连接；所述第ⅱ伺服电机的输出端与所述第ⅱ双向液压泵马达的输入端连接；所述第ⅱ双向液压泵马达的第ⅰ出油口分别与所述第ⅲ切换阀的第ⅰ油口、所述第ⅳ切换阀的第ⅰ油口、所述第ⅰ单向阀的出油口以及所述第ⅲ溢流阀的进油口连接；所述第ⅱ双向液压泵马达的第ⅱ出油口分别与所述第ⅲ切换阀的第ⅱ油口、所述第ⅳ切换阀的第ⅱ油口、所述第ⅱ单向阀的出油口以及所述第ⅳ溢流阀的进油口连接；所述第ⅲ短路阀的第ⅰ油口分别与所述容腔c以及所述第ⅲ切换阀的第ⅲ油口连接；所述第ⅲ短路阀的第ⅱ油口分别与所述容腔d以及所述第ⅲ切换阀的第ⅳ油口连接；所述第ⅳ切换阀的第ⅲ油口与所述容腔g连接；所述第ⅱ切换阀的第ⅳ油口与所述容腔h连接；所述第ⅰ单向阀的进油口、所述第ⅱ单向阀的进油口、所述第ⅲ溢流阀的出油口以及所述第ⅳ溢流阀的出油口均与所述油箱连接。

18、第三方面，本技术提供了一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统控制方法，应用于第一方面所述的互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统，所述互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统控制方法包括：

19、获取第ⅰ液压系统和第ⅱ液压系统的工作状态；

20、当第ⅰ液压系统和第ⅱ液压系统的工作状态为同时工作时，对第ⅰ四容腔液压缸的位移和速度进行控制；

21、当第ⅰ液压系统和第ⅱ液压系统的工作状态为一用一备时，若第ⅰ液压系统和第ⅱ液压系统中的任一液压系统发生故障，发生故障的液压系统停止工作，备用的液压系统开始工作。

22、第四方面，本技术提供了一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统控制方法，应用于第二方面所述的互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统，所述互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统控制方法包括：

23、获取第ⅲ液压系统和第ⅳ液压系统的工作状态；

24、当第ⅲ液压系统和第ⅳ液压系统的工作状态为同时工作时，对第ⅰ四容腔液压缸的位移和速度进行控制；

25、当第ⅲ液压系统和第ⅳ液压系统的工作状态为一用一备时，若第ⅲ液压系统和第ⅳ液压系统中的任一液压系统发生故障，发生故障的液压系统停止工作，备用的液压系统开始工作；

26、第ⅲ液压系统和第ⅳ液压系统通过切换阀为多个执行器提供动力或备份。

27、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

28、本技术提供了一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统及控制方法，包括第ⅰ四容腔液压缸、第ⅰ液压系统、第ⅱ液压系统、第ⅰ位移传感器以及总控制器。其中，通过采用闭式泵控技术和第ⅰ四容腔液压缸来实现同一执行器的两套液压系统同时工作，提高了系统响应速度；且能够实现解耦控制，分别进行运动控制和动力分配，使得位置控制不受惯性、外负载力干扰，也可采用一用一备的方式交替使用两套液压系统，并可以通过电气方式进行能量回收，进一步提高整个系统的控制精度、能效及可靠性。且本技术采用的第ⅰ四容腔液压缸体积小，某一系统失效时也不会产生附加偏载力，采用闭式泵控四容腔液压缸系统在提高可靠性的同时可减少管路长度，使结构更加紧凑，减轻整个系统的重量，从而降低系统整体成本。基于此，本技术还提供了另一种互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统，包括第ⅰ四容腔液压缸、第ⅲ液压系统、第ⅳ液压系统、第ⅰ位移传感器、总控制器、第ⅱ四容腔液压缸、第ⅴ液压系统、第ⅵ液压系统以及第ⅱ位移传感器，用于存在多个执行器时，一套液压系统可为多个执行器提供动力和备份，从而减少总装机功率并提高系统可靠性。同时，互冗余闭式泵控四容腔液压缸系统还可与普通非对称缸系统和对称缸系统结合使用。此外，通过电机编码器或液压缸上标有的刻度可以测量位移，位移传感器出现故障时可代替位移传感器，进一步提高了系统可靠性，降低了系统成本。