本发明涉及液压控制技术，具体涉及一种伺服泵控液压系统及其位置全闭环控制方法。
背景技术：
1、液压系统具有负载大、耐冲击、自我润滑、使用寿命长、传动平稳、无级调速等诸多优点，从19世纪90年代开始，逐步被应用于压力机、起重机、船舶、航空航天器、工程机械、注塑机、机床、机器人等诸多工业装备中。传统的液压系统一般通过液压阀来调控执行机构的压力、速度与方向，故称为阀控液压系统。但是，阀控液压系统存在一些不容忽视的缺点：
2、1)能效低。为稳定系统压力，溢流阀会引入溢流损失；为控制执行机构的进给速度，节流阀会导致节流损失；因此，较多能量被阀消耗，系统能效低；以最常见的入口调速回路为例，其最大能效仅38.5％。
3、2)非线性因素较多，控制性能不佳。节流阀的阀口开度和流量、压力呈非线性关系，影响系统控制性能；此外，换向阀也会引入非线性干扰。
4、3)位置控制精度低。流量脉动、泄漏、油液压缩性等则会导致执行机构出现较大的定位偏差。
5、得益于伺服电机及驱动技术的成熟，伺服泵控液压系统越来越受到学术界与产业界的重视，成为液压技术的重要发展方向。较之于阀控液压系统，泵控液压系统通过伺服电机来调节系统速度、方向与压力，因此，能极大减少节流损失与非线性因素，具有高能效、结构紧凑、控制性能好等优点。然而，在此类系统中，油液泄漏、可压缩性、流量脉动等仍会显著影响系统的位置控制精度。为实现液压系统的精密位置控制，本发明提出一种伺服泵控液压系统及其位置全闭环控制方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供一种伺服泵控液压系统及其位置全闭环控制方法。
2、本发明的目的通过以下的技术方案实现：所述伺服泵控液压系统包括计算机、运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机、旋转编码器、液压泵、输油管道、液压缸和直线光栅尺。
3、所述伺服电机与液压泵通过联轴器连接，驱动液压泵；所述液压泵含有2个通油口；所述液压缸也含有2个通油口；所述液压泵2个通油口分别于液压缸的2个通油口相连，形成闭式回路；所述液压泵压油腔产生高压油液，通过输油管道供给液压缸；所述液压缸排出的油液回流到液压泵的吸油腔；2段输油管道分别外接一个溢流阀，作安全阀使用，起保护作用；同时，2段输油管道分别外接一个单向阀，并与油箱相连，以补偿泄漏等导致的系统油液不足。
4、所述液压缸由缸体和活塞杆组成；所述缸体固定安装在基座上，活塞杆推动工作台移动；所述工作台沿直线导轨移动；所述工作台移动位置由直线光栅尺测量。
5、所述伺服泵控液压系统，其控制结构采用经典的三环控制结构，包含：最里边的电流环、中间的速度环和最外边的位置环；安装于电机输出轴的圆编码器提供速度反馈信息；安装于液压缸的直线光栅尺提供位置反馈信号；所述电流控制器、速度控制器和位置控制器分别采用比例-积分控制器、比例-积分控制器和比例控制器。
6、所述伺服泵控液压系统的位置全闭环三环控制算法如下：
7、在位置环中，计算机产生位移指令信号xcmd(t)，光栅尺提供位移反馈信号x(t)；位移指令信号xcmd(t)和反馈信号x(t)做差，产生位移跟随误差ex(t)，位移跟随误差ex(t)经过位置控制器输出电机速度指令信号ωcmd(t)；
8、在速度环中，位置控制器的输出为电机速度指令信号ωcmd(t)；电机编码器的角位移信号θ(t)经过差分得到实际转速信号ω(t)，此为速度环反馈信号；速度指令信号ωcmd(t)与速度反馈信号ω(t)做差，得到速度跟随误差eω(t)；速度跟随误差eω(t)经过速度控制器(pi控制器)输出期望电流信号icmd(t)，并提供给电流环；
9、在电流环中，电流指令信号icmd(t)为速度控制器的输出，电流反馈信号i(t)由电流传感器提供；电流指令信号icmd(t)与电流反馈信号i(t)做差产生电流跟随误差ei(t)；电流控制器也采用pi控制器，电流环在伺服驱动器内部完成，并产生实际电流信号i(t)；
10、伺服驱动器产生电流i(t)，并输送给伺服电机；伺服电机产生驱动扭矩tm(t)＝km·i(t)，式中，km表示伺服电机的扭矩常数，并驱动液压泵旋转；液压泵产生高压油液，推动液压缸进给。
11、本发明相对于现有技术具有如下的优点：
12、1、本发明采用伺服电机来调节液压系统的进给速度、方向，避免了节流阀与换向阀的使用，因此，能极大减少节流损失与非线性因素，具有高能效、结构紧凑、控制性能好等优点。
13、2、本发明使用高精度的直线光栅尺提供位置反馈，能实现液压系统的位置全闭环控制，从而，有效补偿油液泄漏、可压缩性、流量脉动等导致的系统运动控制偏差。
14、3、本发明采用经典的三环控制结构，含电流环、速度环和位置环，易于实现控制参数的优化调整，确保控制系统的稳定性与准确性。
15、4、本发明采用的闭式液压回路外接溢流阀，以避免系统压力过高；同时，外接单向阀，并与油箱相连，以补偿泄漏等导致的系统油液不足。
1.所述伺服泵控液压系统，其特征在于：包括计算机、运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机、旋转编码器、液压泵、液压缸和直线光栅尺；所述运动控制卡包含位置控制器和速度控制器；所述伺服驱动器包含电流控制器和驱动单元。
2.根据权利要求1所述的伺服泵控液压系统，其特征在于：所述伺服电机与液压泵通过联轴器连接，驱动液压泵；所述液压泵含有2个通油口；所述液压缸也含有2个通油口；所述液压泵2个通油口分别于液压缸的2个通油口相连，形成闭式回路；所述液压泵压油腔产生高压油液，通过输油管道供给液压缸；所述液压缸排出的油液回流到液压泵的吸油腔；2段输油管道分别外接一个溢流阀，作安全阀使用，起保护作用；同时，2段输油管道分别外接一个单向阀，并与油箱相连，以补偿泄漏等导致的系统油液不足。
3.根据权利要求2所述的伺服缸，其特征在于：液压缸由缸体和活塞杆组成；所述缸体固定安装在基座上，活塞杆推动工作台移动；所述工作台沿直线导轨移动；所述工作台移动位置由直线光栅尺测量。
4.根据权利要求1所述伺服泵控液压系统，其特征在于：控制结构采用经典的三环控制结构，包含电流环、速度环和位置环；安装于电机输出轴的圆编码器提供速度反馈信息；安装于液压缸的直线光栅尺提供位置反馈信号；所述电流控制器、速度控制器和位置控制器分别采用比例-积分控制器、比例-积分控制器和比例控制器。
5.所述伺服泵控液压系统的位置全闭环三环控制算法，其特征在于，具体如下：
