1.一种水液压马达转速控制系统,由动力源、水液压系统、检测系统、控制系统和数据传输系统组成,其特征在于:
所述的动力源由伺服控制器和伺服电机组成;伺服控制器控制伺服电机;所述的水液压系统包括水液压泵、水液压马达和先导式电磁溢流阀;水液压泵由伺服电机驱动;水液压泵的输入端经过滤器接水箱,输出端依次经单向阀和先导式电磁溢流阀后接水箱;单向阀的输出端接电磁换向阀的进水口;水液压马达的两个工作口与电磁换向阀的两个工作阀口分别连通;电磁换向阀的回水口经散热器后接水箱;水液压马达的输出轴与联轴器的一端固定,联轴器上固定有脉动吸收盘;所述的检测系统包括第一转速传感器、第二转速传感器、第一流量传感器、压力传感器、第二流量传感器和温度传感器;第一转速传感器测量伺服电机的实际转速;第二转速传感器布置在联轴器一侧,对水液压马达实际转速进行非接触测量;第一流量传感器串接在电磁换向阀与散热器之间,测量水液压马达的输出流量;单向阀输出口与电磁换向阀的进水口之间设有压力传感器、第二流量传感器和温度传感器,压力传感器测量水液压泵的出水压力,第二流量传感器测量水液压泵的输出流量,温度传感器测量水液压泵的出水水温;
所述的控制系统由信号处理模块、转速控制模块和人机操作界面组成;
所述的人机操作界面包含目标转速设置窗口、开始按钮、停止按钮和显示窗口;目标转速设置窗口设定水液压马达的目标转速ns,0rpm≤ns≤500rpm,未设置时水液压马达的目标转速值为0;开始按钮用于将目标转速ns传给转速控制模块;停止按钮将ns=0传给转速控制模块;显示窗口显示信号处理模块传递过来的水液压马达的实际转速、伺服电机实际转速、水液压泵容积效率、水液压马达容积效率、水液压泵的出水压力和水液压泵的出水水温;
所述的信号处理模块接收数据传输系统传来的各种信号,根据转速信号得到水液压马达实际转速、伺服电机实际转速、水液压马达实际转速与目标转速的差值以及差值的变化率,根据流量信号得到水液压泵的理论流量、水液压泵容积效率、水液压马达容积效率和系统总容积效率,并将水液压马达实际转速、水液压泵的出水水温、水液压泵的出水压力、水液压泵容积效率和水液压马达容积效率传递给人机操作界面,将伺服电机的实际转速、系统总容积效率、转速与转速的差值以及差值的变化率传递给转速控制模块,转速控制模块生成总控制量;
所述的数据传输系统包括A/D转换器和D/A转换器;A/D转换器将检测系统中各传感器所测模拟信号转变为数字信号,然后将数字信号传递到控制系统的信号处理模块;控制系统的转速控制模块将总控制量的数字信号传递给D/A转换器,D/A转换器将数字信号转变为模拟信号传递给伺服控制器,伺服控制器控制伺服电机转速,间接控制水液压马达转速。
2.根据权利要求1所述的一种水液压马达转速控制系统,其特征在于:所述的水液压系统还包括空气滤清器和液位计,空气滤清器固定在水箱的上盖通气孔上;液位计显示水箱的水位。
3.根据权利要求1所述的一种水液压马达转速控制系统,其特征在于:所述的水液压泵为高压海水定量柱塞泵。
4.根据权利要求1所述的一种水液压马达转速控制系统,其特征在于:所述的第一转速传感器为光电编码器。
5.根据权利要求1所述的一种水液压马达转速控制系统,其特征在于:所述的联轴器上固定测速齿轮,第二转速传感器测量测速齿轮转速,从而测得水液压马达实际转速。
6.根据权利要求1至5中任一项所述一种水液压马达转速控制系统的控制方法,其特征在于:该方法具体如下:
伺服电机启动前,首先调节先导式电磁溢流阀来限定水液压泵的最高出水压力,并调节电磁换向阀来设置水液压马达的转向;再通过计算机的人机操作界面设定水液压马达的目标转速ns,点击开始按钮,目标转速ns被传递到转速控制模块生成控制量u0,此时由于水液压马达实际转速nc、系统总容积效率和伺服电机实际转速nd均为0,u1=u2=u3=0,则总控制量初始值un0=u0+u1+u2+u3=u0;伺服控制器根据总控制量un驱动伺服电机运转,水液压泵开始工作,水箱中的水依次经过过滤器、水液压泵、单向阀、温度传感器、第二流量传感器、压力传感器、电磁换向阀、水液压马达、第一流量传感器和散热器流回水箱,水液压泵启动;
检测系统的各个传感器将检测到的信号经A/D转换器模数转换后传递给计算机的信号处理模块,信号处理模块对信号进行处理,将处理后得到的水液压马达的实际转速nc、水液压泵的出水水温T、水液压泵的出水压力P1以及水液压泵容积效率ηv1和水液压马达容积效率ηv2传递给人机操作界面进行显示,将伺服电机的实际转速nd、系统总容积效率ηv、转速nc与转速ns的差值e以及差值的变化率ec传递给转速控制模块;转速控制模块将水液压马达的目标转速ns通过线性比例关系转换成控制量u0,将水液压马达实际转速nc与目标转速ns的差值e以及差值的变化率ec作为模糊控制的输入量进行模糊化、模糊推理和解模糊,输出控制量u1,将系统总容积效率ηv通过反比例函数转换成控制量u2;信号处理模块计算伺服电机的理论转速nn与伺服电机实际转速nd的差值c,将差值c通过线性比例关系转换成控制量u3;然后通过迭代式un=u0+u1+u2+u3计算当前总控制量un;最后将总控制量un经D/A转换器转换为模拟信号后传递给伺服控制器,伺服控制器生成对应电压值控制伺服电机转速,直至水液压马达实际转速与ns差值小于5rpm,之后水液压马达保持恒速运转;
若水液压马达运转过程中水液压马达转速出现波动,转速控制模块自动重新生成总控制量进行调节;
若运行过程中水液压马达要改变转速,直接在人机操作界面改变目标转速ns的值,再次点击开始按钮,转速控制模块自动对水液压马达的转速进行调节;
水液压马达需要停止工作时,通过人机操作界面点击停止按钮,信号处理模块根据水液压马达的当前目标转速ns值,自动生成一个目标转速随时间逐渐衰减至0的函数,下一时刻的函数值即为目标转速,转速控制模块根据目标转速ns通过线性比例关系转换成控制量u0,同时将u1,u2,u3置0,然后输出总控制量un=u0。
7.根据权利要求6所述一种水液压马达转速控制系统的控制方法,其特征在于:所述的信号处理模块对转速信号进行小波变换减少或消除转速信息中的量化误差得到水液压马达实际转速nc以及伺服电机实际转速nd;信号处理模块基于多分辨率分析理论对流量信号中的干扰成份进行剥离,然后对信号进行重构,对重构后的流量信号进一步计算如下:根据nd计算水液压泵的理论流量qt=nd*V*dt,其中V为水液压泵的理论排量,dt为第二流量传感器采样时间间隔,然后计算水液压泵容积效率ηv1=q2/qt,水液压马达容积效率ηv2=q1/q2,系统总容积效率ηv=q1/qt。
8.根据权利要求6所述一种水液压马达转速控制系统的控制方法,其特征在于:将水液压马达实际转速nc与目标转速ns的差值e以及差值的变化率ec作为模糊控制的输入量进行模糊化、模糊推理和解模糊,输出控制量u1,这整个过程中,模糊推理采用Mamdani模糊推理法,解模糊采用重心法。