負載感測系統與定供油壓力系統對閥控液壓缸伺服控制系統之動

將 6.1.2 節至 6.1.5 節之實驗結果，分別以節能控制之效能及伺服控 制之精度進行比較，並分析此兩系統對液壓缸伺服控制之影響。

6.1.6.1 節能控制之效能分析

將實驗機台視為線性系統時，負載感測泵的輸出功率可由供油壓力 (

P

_P)與泵之流量(

Q

)得到，如下所示：

Power = P Q

_p

⋅

= P ⋅ q ⋅ ⋅

x x n

p p

p max

,max

P

_p ：負載感測泵之供油壓力 Q ：負載感測泵之流量

q

_max ：負載感測泵之最大排量

x

_p ：負載感測泵之控制缸位移

x

_p,max ：負載感測泵之控制缸最大位移

n

：負載感測泵之馬達轉速

在閥控液壓系統作軌跡控制時，分別以三種不同的方式控制供油壓 力，圖 6.1.22 為此三種不同控制方式之功率消耗，欲得其所消耗之能 量，可由功率曲線的積分來得到。其中消耗功率最大的是使用釋壓閥設 定定量泵之供油壓力，因為泵的流量與供油壓力都接近為定值，故其全 程之功率也接近定值((1)號線部份)。當控制定供油壓力時，雖然同樣是 定供油壓力，但因泵只供給實際負載所需之流量，所以其消耗之能量約 為使用釋壓閥時的 80.08%((2)號線部份)。當負載感測控制器進行負載感 測控制時，將供油壓力與負載感測壓力之差值控制為 20bar((3)號線部 份)，此時負載感測泵的消耗功率，比起前兩者，已大量減少。此時負載 感測泵之消耗能量為使用釋壓閥時的 42.66%，亦即節能控制系統在不影 響液壓缸之伺服響應的前題下，可節省約57%的能量。

相同的，在閥控液壓系統作速度控制時，也以三種不同的方式控制 供油壓力，圖 6.1.23 為此三種不同方式之消耗功率，欲得其所消耗之能 量，可由功率曲線的積分來得到。當使用釋壓閥設定定量泵之供油壓力 時，因負載缸作定速度控制，所以泵之消耗功率如圖 6.1.23 之(1)號線所 示；因其供油壓力與流量接近定值，所以不論負載端之壓力大小，行程 中所消耗之能量幾乎維持定值，故此方式會造成能量的浪費。圖 6.1.23 之(2)號線為整合定供油壓力控制與液壓缸之定速度控制時，負載感測泵 之消耗功率；此時供油壓力仍維持定值，但流量則隨負載端之實際需求 供給適當的流量，因此行程一開始之消耗功率較低，其消耗之能量為前 者的 89.33%。若將定供油壓力控制改為負載感測控制(定壓差控制)，則 此時之供油壓力(

P

_p)能隨負載端之壓力(

P

_Ls)自動調整，以維持固定之壓 差，如圖 6.1.23 之(3)號線所示。而其消耗之能量為定供油壓力控制時的 42.42%，亦即為使用釋壓閥的 37.97%。因此在不影響閥控液壓系統之 定速度為前提下，負載感測系統約可節省62%之能量消耗。

6.1.6.2 伺服控制之控制性能分析

觀察 6.1.2 節及 6.1.3 節之實驗結果可知，當壓差設定為 20bar 時，

定供油壓力控制與負載感測控制之軌跡追蹤效果均相當完美，但當壓差 設為 10bar 時，因為供油壓力較低，若要求達成相同之軌跡運動，則閥 口所需之變化較為激烈，因此壓力之變化也相對較為激烈，所以軌跡追 蹤之效果較定供油壓力控制為差。故由此可知，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(∆ ≅ 20 )才能兼顧節能控制與軌跡控制之性能。

由 6.1.4 節及 6.1.5 節之實驗結果可知，不管在定供油壓力控制與負載感 測控制的作用下，負載感測缸均能維持相當穩定之速度前進。但當供油 壓力能控制為定值時，負載感測缸之運動速度較不會因供油壓力之變動 而受影響，所以負載感測缸之運動速度會比較容易控制。且其供油壓力 也會比傳統使用釋壓閥設定最大供油壓力來的精準與穩定。

P bar

^{0 5 10 15}

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8

4 x 10

⁴

Time (s)

Power (W)

(1)

(2)

(3)

圖 6.1.22 負載感測泵之輸出功率

(1) ：使用傳統釋壓閥設定最大供油壓力 160bar 下之軌跡控制，

負載感測泵之輸出功率。

(2) ：整合軌跡控制與定供油壓力控制時，負載感測泵之輸出功率 (預設供油壓力=160bar)。

(3) ：整合軌跡控制與負載感測控制時，負載感測泵之輸出功率 (預設壓差=20bar)。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.6

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4

x 10

⁴

Time (s)

Po w er ( W )

(1)

(2)

(3)

圖 6.1.23 負載感測泵之輸出功率

(1) ：使用傳統釋壓閥設定最大供油壓力 160bar 下之速度控制，

負載感測泵之輸出功率。

(2) ：整合速度控制與定供油壓力控制時，負載感測泵之輸出功率 (預設供油壓力=160bar)。

(3) ：整合速度控制與負載感測控制時，負載感測泵之輸出功率 (預設壓差=20bar)。

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 144-148)