第六章 整合節能控制與伺服控制之實驗
6.1.2 整合軌跡控制與負載感測控制之實驗
本實驗之目的，即在整合電液負載感測系統之節能控制與閥控液壓 缸系統之軌跡控制於實際機台實現(如圖 2.1.1 所示)，也就是在 6.1.1 節 之負載感測控制器作用下，進行閥控液壓缸系統之軌跡控制器設計，希 望能同時針對負載感測缸(Load-sensing cylinder)進行軌跡控制與負載感 測系統進行供油壓力控制。但在閥控液壓缸系統之軌跡控制進行前，需 先規劃一條運動軌跡，而軌跡之規劃必須要掌握下列幾項重點：
(1)軌跡之位置、速度、加速度曲線必須是連續的，因為不連續之曲 線會在軌跡運動過程中造成運動體的震動，而導致危險的發生。
(2)軌跡之速度、加速度曲線的初始值與最終值必須為零。
因此在兩系統整合之實驗中，閥控液壓缸系統之運動軌跡設定為等速修 正曲線(如圖 6.1.7 示)。
圖 6.1.7：等速修正曲線
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 5 10 15
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 0.5 1
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.2 0 0.2
加速度 速度 位置
時間(秒)
系統整合後之實驗，取樣頻率為 500Hz，油溫變化約在 30~40 度 間，最大供油壓力設為 160bar。圖 6.1.8 整合軌跡控制與節能控制之視 窗操作介面，主要是應用 dSpace software 進行 Window-based real time control ， dSpace 係 與 MATLAB/SIMULINK 搭 配 ， 可 應 用 MATLAB/SIMULINK 直接進行 real time control。
由於負載感測缸中裝有位置感測器(LVDT)，可將負載感測缸的位置 訊號迴授給控制系統。所以軌跡控制器會根據運動缸的位置與預設目標 之軌跡相互比對，並根據其誤差值決定負載感測閥之閥軸位置，希望能 控制負載感測缸之運動軌跡，使其能跟隨圖6.1.7 目標軌跡運動。
圖 6.1.8 整合軌跡控制與節能控制之視窗操作介面
當負載感測缸進行軌跡運動時，其負載感測壓力(
P
LS)會不斷變動，此時負載感測系統將根據負載感測壓力變動，調整負載感測泵之供油壓 力(
P
P)，希望兩者間之壓力差能維持一定之值。相較於使用釋壓閥(Relief valve)調整定量泵之傳統液壓系統，此負載感測系統可達到節能之目 的。圖6.1.9 整合軌跡控制與節能控制之方塊圖。H-infinite
Controller Valve Cylinder
Load sensing
pump Load
sensing valve
Load sensing cylinder
e u
P
pSupply Pressure
Electro-Hydraulic Load-sensing System Hydraulic Valve-Controlled
System
P
set∆
-∆
P
P
0u
cx
cP
p Load-sensingPressure
P
LSElectronic Hydraulic
- + H-infinite Controller - e
set
x
c,
圖 6.1.10 是當壓差(∆ P)設為 20bar 時，整合軌跡控制與節能控制之 實驗結果。觀察圖 6.1.10 之實驗結果可以發現，負載感測缸之運動軌跡 與所規劃的目標軌跡相當契合。至於供油壓力(
P
p)與負載感測壓力(P
Ls)之 壓差，除了軌跡行程的起迄端，因負載感測缸之急加速與急減速，所以 無法做到定壓差外，其餘的軌跡行程範圍皆能維持約 20bar 之定壓差。圖 6.1.11 是壓差設定為 10bar 時之實驗結果，因為供油壓力較低，所以 要達成相同之軌跡運動，則閥口需較為劇烈之變化，因此壓力的變化也 較為激烈，且軌跡追蹤與壓差控制之效果較圖 6.1.10 差。由此可知，當 要求過高之節能效果時，軌跡追蹤之效果將受到節能控制之影響，使其 追蹤性能變差。因此唯有設定適當之壓差才能兼顧節能控制與軌跡控制 之性能。
0 5 10 15
0 100 200 300 400 500
Time (s)
Position (mm)
Target Position of load-sensing clinder
0 5 10 15
0 50 100 150 200
Time (s)
Pressure (bar)
Supply pressure (Pp) Load-sensing pressure of cylinder (PLs) Pp - PLs
圖 6.1.10：整合軌跡控制與負載感測控制之實驗結果 預設目標壓差=20bar
圖 6.1.11：整合軌跡控制與負載感測控制之實驗結果 預設目標壓差=10bar
0 5 10 15
0 100 200 300 400 500
Time (s)
Position (mm)
Target Position of load-sensing cylinder
0 5 10 15
0 50 100 150 200
Time (s)
Pressure (bar)
Supply pressure (Pp) Load-sensing pressure of cylinder (PLs) Pp - PLs