整合速度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 缸系統之速度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速度控制器設計，希 望能同時針對負載感測缸(Load-sensing cylinder)進行速度控制與負載感 測系統進行供油壓力控制。

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 左右。圖 6.1.15 為整合速度控制與負載感 測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 直接進行即時控制。

圖 6.1.15：整合速度控制與負載感測控制之視窗操作介面

將負載感測缸由位置感測器量測到的位置訊號轉換為速度訊號，再 將負載感測缸的速度訊號迴授給控制系統。所以速度控制器會根據運動 缸的速度與預設目標之速度相互比對，再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速度，使其能跟隨預先設定 之目標速度運動。

當負載感測缸作定速度運動時，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端感測壓力之變動，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，此負載感測系統更能達到節 能之目的。圖6.1.16 為整合速度控制與節能控制之方塊圖。

當負載感測缸作定速度運動時，負載感測閥之閥口為常開狀態，所 以不會有像作軌跡控制或定位控制時，因為閥口關閉或太小造成負載壓 力累積使供油壓力無法追上的情形，故壓差的控制效果應該較軌跡運動 時明顯。但因定速度控制比軌跡控制之靈敏度來的高，因此要在不同之 供油壓力下達到一樣的速度，其控制量之差異很大，所以泵的供油壓力 控制與缸的速度控制間之耦合作用比軌跡控制時明顯，也因此增加了速 度控制與節能控制整合之困難度。

H-infinite

Controller Valve Cylinder

Load sensing

pump Load

sensing valve

Load sensing cylinder

e u

P

_p

Supply Pressure

Electro-Hydraulic Load-sensing System Hydraulic Valve-Controlled

System

P

set

∆

-∆ P

P

0

u

c ^External Disturbance

F

^d

x&

^c

Force

P

p Load-sensing

Pressure

P

LS

Electronic Hydraulic

- + H-infinite Controller - e

set

x &

c_,

圖 6.1.16：整合速度控制與負載感測控制之方塊圖

圖6.1.17 為整合定速度控制與負載感測控制之實驗結果，其目標速 度設為50 mm/s，則負載感測缸可在約 1 秒後追蹤到目標速度，並維持 相當穩定的前進速度。在壓差控制的部份，因為負載感測閥於前進行程 中維持常開之狀態，所以沒有壓力累積的問題，故全行程之壓差均可維 持在約20bar 左右。另為測試系統之強健性，在液壓缸前進行程中，在 3~5 秒間外加一 1580kgf 之干擾力，其結果如圖 6.1.18 所示。根據圖 6.1.18 之結果可知，當外加干擾力加入的瞬間，液壓缸之速度會下降，

負載端之壓力也會上升，但在控制器的即時調整下，系統可迅速回歸到 設定值。

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 20 40 60

Time (s)

Velocity (mm/s)

Target Velocity of loading cylinder

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 50 100 150 200

Time (s)

Pressure (bar)

Supply pressure (Pp) Load-sensing pressure of cylinder (PLs) Pp - PLs

圖 6.1.17：整合速度控制與負載感測控制之實驗結果 預設目標速度=50 mm/s；預設目標壓差=20bar 外加干擾力=0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0

20 40 60

Time (s)

Velocity (mm/s)

Target Velocity of load-sensing cylinder

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 50 100 150 200

Time (s)

Pressure (bar)

Supply pressure (Pp) Load-sensing pressure of cylinder Pp - PLs External disturbance force

圖 6.1.18：整合速度控制與負載感測控制之實驗結果 預設目標速度=50 mm/s；預設目標壓

差=20bar；外加干擾力=1580kgf (3~5 秒)

在文檔中 閥控液壓系統節能控制與伺服控制之整合研究---以電液負載感測系統實現(III) (頁 138-141)