基于压力闭环反馈与转速补偿的电液动力源复合压力控制方法研究

doi:10.3901/JME.260203

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 62 ›› Issue (6): 400-408.doi: 10.3901/JME.260203

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基于压力闭环反馈与转速补偿的电液动力源复合压力控制方法研究

杨飞^1,2,3, 赵磊², 葛磊², 王晓虎³, 权龙¹, 熊晓燕²

1. 太原理工大学机械工程学院太原 030024;
2. 太原理工大学机器人科学与工程学院太原 030024;
3. 潍柴液压传动有限公司潍坊 261000

收稿日期:2025-05-20 修回日期:2025-12-17 发布日期:2026-05-12
作者简介:杨飞,男,1986年出生,高级工程师,博士研究生。主要研究方向为电液传动节能降耗。E-mail:584365905@qq.com
葛磊(通信作者),男,1987年出生,研究员,博士研究生导师。主要研究方向为复杂机电液装备数字样机、整机系统绿色低碳运行。E-mail:415597710@qq.com
基金资助:
国家重点研发计划资助项目(2023YFB3406602)。

Composite Pressure Control Method of Electro Hydraulic Power Source Based on Pressure Closed Loop Feedback and Speed Compensation

YANG Fei^1,2,3, ZHAO Lei², GE Lei², WANG Xiaohu³, QUAN Long¹, XIONG Xiaoyan²

1. College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024;
2. College of Robotics Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024;
3. Weichai Hydraulic Transmission Co., Ltd., Weifang 261000

Received:2025-05-20 Revised:2025-12-17 Published:2026-05-12

摘要/Abstract

摘要： 采用伺服电机通过控制转矩驱动定量泵实现压力控制，与变转速控制压力相比，具有更快的动态响应。在基于转矩控制的电液动力源中，通常需要依赖压力传感器闭环反馈来维持输出压力精度。一旦传感器失效，转矩与压力之间的非线性映射关系，将会使系统出现较大的压力控制偏差。为此，提出一种融合压力闭环反馈和转速补偿的复合压力控制方法，正常压力控制时，通过压力闭环控制压力；当压力传感器失效时，利用伺服电机自带的转速反馈实施补偿控制，维持压力控制精度。通过理论分析和试验验证，结果表明，所提出的方案，能够实现高精度压力控制；当压力传感器发生故障时，所提方案中的转速补偿控制也能有效维持动力源输出压力精度，控制偏差从20%降低至约2%。

关键词: 电液动力源, 转矩控制, 压力控制, 转速补偿

Abstract: Pressure control is achieved by driving a fixed-displacement pump via servo motor torque control, offering faster dynamic response compared to variable speed pressure control. In torque-controlled electro-hydraulic power sources, reliance on pressure sensor feedback is typically required within a closed loop to maintain output pressure accuracy. Failure of the sensor causes significant pressure control deviation due to the nonlinear mapping relationship between torque and pressure. To address this, a compound pressure control method integrating pressure closed-loop feedback and speed compensation is proposed. During normal operation, pressure is regulated through the pressure closed loop. Upon pressure sensor failure, compensation control is implemented utilizing the servo motor's built-in speed feedback to sustain pressure control accuracy. Theoretical analysis and experimental validation demonstrate that the proposed scheme enables high-precision pressure control. When a pressure sensor fault occurs, the speed compensation control within the scheme effectively maintains the power source's output pressure accuracy, reducing the control deviation from 20% to approximately 2%.

Key words: electro-hydraulic power source, torque control, pressure control, speed compensation

中图分类号:

TH137

杨飞, 赵磊, 葛磊, 王晓虎, 权龙, 熊晓燕. 基于压力闭环反馈与转速补偿的电液动力源复合压力控制方法研究[J]. 机械工程学报, 2025, 62(6): 400-408.

YANG Fei, ZHAO Lei, GE Lei, WANG Xiaohu, QUAN Long, XIONG Xiaoyan. Composite Pressure Control Method of Electro Hydraulic Power Source Based on Pressure Closed Loop Feedback and Speed Compensation[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 62(6): 400-408.

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参考文献

[1] ZHANG L，ZHANG H，LIU B，et al. Investigation on the external characteristics of permanent magnet synchronous mechatronic-electro-hydraulic coupler[J]. Advances in Mechanical Engineering，2024，16(5)：1-20.
[2] GE L，QUAN L，ZHANG X，et al. Power matching and mnergy efficiency improvement of hydraulic excavator driven with speed and displacement variable power source[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering，2019，32(6)：152-163.
[3] Fassbender D，Zakharov V，Minav T. Utilization of electric prime movers in hydraulic heavy-duty-mobile-machine implement systems[J]. Automation in Construction，2021，132：103964.
[4] Chao Q，Zhang J，Xu B，et al. A review of high-speed electro-hydrostatic actuator pumps in aerospace applications：Challenges and solutions[J]. Journal of Mechanical Design，2019，141(5)：050801.
[5] 李昭，谷立臣，马玉. 变转速液压动力源的负载前馈-反馈复合补偿控制[J]. 中国机械工程，2016，27(6)：805-809，832. LI Zhao，GU Lichen，MA Yu. Load feedforward and feedback compounded compensation controlfor variable speed hydraulic power supply[J]. China Mechanical Engineering，2016，27(6)：805-809，832.
[6] Tašner T，Lovrec D. Maximum efficiency control-A new strategy to control electrohydraulic systems[J]. Paripex-Indian Journal of Research，2012，3(5)：107-109.
[7] 闫政，权龙，张晓刚. 变速异步电动机比例恒压泵电液动力源特性研究[J]. 机械工程学报，2017，53(18)：183-190. YAN Zheng，QUAN Long，ZHANG Xiaogang. Research on the characteristic of the electro-hydraulic power source composed of variable speed asynchronous motor and proportional constant pressure pump[J]. Journal of Mechanical Engineering，2017，53(18)：183-190.
[8] Jin R，Huang H H，Li L，et al. Artificial intelligence enabled energy-saving drive unit with speed and displacement variable pumps for electro-hydraulic systems[J]. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering，2023，21(3)：3193-3204.
[9] Kim J H，Jeon C S，Hong Y S. Constant pressure control of a swash plate type axial piston pump by varying both volumetric displacement and shaft speed[J]. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing，2015，16(11)：2395-2401.
[10] 黄海鸿，唐运先，金瑞，等. 变速变排量液压驱动系统的动态过程能效优化[J]. 机械工程学报，2021，57(7)：185-193. HUANG Haihong，TANG Yunxian，JIN Rui，et al. Energy efficiency optimized in the dynamic process of a variable-speed variable-displacement pump unit[J]. Journal of Mechanical Engineering，2021，57(7)：185-193.
[11] Zhang Z，Yan Y，Li L，et al. Research on multi-mode control of electro-Hydraulic variable displacement pump driven by servo motor[C]//Actuators. MDPI，2024，13(5)：190.
[12] JAN L，HUBERTUS M. Experimental loss analysis of displacement controlled pumps[C]// 10th International Fluid Power Conference，Dresden，Germany，March 11-13，2016：441-452
[13] Liu H，Zhang X，Quan L，et al. Research on energy consumption of injection molding machine driven by five different types of electro-hydraulic power units[J]. Journal of Cleaner Production，2020，242：118355.
[14] 张红娟，权龙，李斌. 注塑机电液控制系统能量效率对比研究[J]. 机械工程学报，2012，48(8)：180-187. ZHANG Hongjuan，QUAN Long，LI Bin. Comparative study on energy efficiency of the electro-hydraulic control system in injection molding machine[J]. Journal of Mechanical Engineering，2012，48(8)：180-187.
[15] 李渊，艾超，闫桂山，等. 电液伺服泵控系统柔性传动比理论研究[J]. 液压与气动，2021，45(11)：10-17. LI Yuan，AI Chao，YAN Guishan，et al. Flexible transmission ratio theory of rlectro-hydraulic servo pump control system[J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics，2021，45(11)：10-17.
[16] 闫政. 两种变转速电机驱动恒压泵动态及能效特性研究[J]. 机床与液压，2023，51(6)：36-40. YAN Zheng. Research on dynamic and energy efficiency characteristics of constant pressure pump driven by two kinds of variable speed motor[J]. Machine Tool ＆Hydraulics，2023，51(6)：36-40．
[17] 彭勇刚，韦巍. 伺服电动机直接驱动定量泵液压系统在精密注塑中的应用及其控制策略[J]. 机械工程学报，2011，47(2)：173-179. PENG Yonggang，WEI Wei. Application and control strategy of servo motor driven constant pump hydraulic system in precision injection molding[J]. Journal of Mechanical Engineering，2011，47(2)：173-179.
[18] Zhang P，Wang J，Niu S. Energy saving control of high voltage AC servo motor driven quantitative pump[C]//201837th Chinese Control Conference (CCC). New York：IEEE，2018：3830-3835.
[19] Fu S，Wang L，Lin T. Control of electric drive powertrain based on variable speed control in construction machinery[J]. Automation in Construction，2020，119：103281.
[20] Yang M，Chen G，Lu J，et al. Research on energy transmission mechanism of the electro-hydraulic servo pump control system[J]. Energies，2021，14(16)：4869.
[21] 郝思琪，张晓刚，葛磊，等. 基于转矩控制的变转速定量泵压力控制方法[J]. 液压与气动，2021，45(10)：62-68. HAO Siqi，ZHANG Xiaogang，GE Lei，et al. Pressure control method of variable speed quantitative pump based on torque control[J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics，2021，45(10)：62-68.
[22] 葛磊，杨飞，权龙，等. 基于转矩控制的定排量恒压电液动力源运行特性[J]. 机械工程学报，2022，58(20)：453-460. GE Lei，YANG Fei，QUAN Long，et al. Pressure controlling performance of constant displacement electro-hydraulic power source based on direct torque control[J]. Journal of Mechanical Engineering，2022，58(20)：453-460.
[23] Li Y W，Yu C，Chen G，et al. An electro-hydraulic-load-sensitive system on the basis of torque open-loop control[J]. Processes，2023，11(9)：2618.

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[1]	陈正, 吕立彤, 王飞, 姚斌, 李冬明, 刘红光, 张国良. 基于容腔压力规划的非模式切换负载口独立电液系统运动控制[J]. 机械工程学报, 2024, 60(2): 302-312.
[2]	张奇祥, 王金湘, 张伊晗, 张荣林, 靳立强, 殷国栋. 智能电动汽车线控制动关键技术与研究进展[J]. 机械工程学报, 2024, 60(10): 339-365.
[3]	陈志成, 朱冰, 赵健, 吴坚. 考虑非线性特性的电控助力制动系统多闭环压力控制策略[J]. 机械工程学报, 2023, 59(4): 190-198.
[4]	张延安, 杜岳峰, 毛恩荣, 宋正河, 陈度, 朱忠祥. 基于数字孪生的大马力拖拉机湿式离合器压力控制方法研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(13): 268-279.
[5]	葛磊, 杨飞, 权龙, 张红娟, 闫政. 基于转矩控制的定排量恒压电液动力源运行特性[J]. 机械工程学报, 2022, 58(20): 453-460.
[6]	孙晓东, 许乃熹, 田翔, 吴旻凯, 陈龙. 电动汽车用永磁同步电机电流轨迹圆模型预测转矩控制策略[J]. 机械工程学报, 2022, 58(16): 238-246.
[7]	王海良, 刘世民, 陈永清, 尹玉才. 基于新型权重因子校正和延时补偿的永磁同步电动机模型预测转矩控制 ^*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(1): 26-33.
[8]	赵健, 邓志辉, 朱冰, 常婷婷, 陈志成. 基于RBF网络滑模的电动助力制动系统液压力控制[J]. 机械工程学报, 2020, 56(24): 106-114.
[9]	张雷, 刘青松, 王震坡. 四轮轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动平顺性控制策略[J]. 机械工程学报, 2020, 56(24): 125-134.
[10]	吴玉厚, 潘振宁, 张丽秀. 改进型BBO算法抑制电主轴转矩脉动[J]. 机械工程学报, 2020, 56(18): 197-204.
[11]	王波, 郝云晓, 权龙, 王翔宇, 葛磊, 赵斌. 分腔独立变转速泵控电液伺服系统特性研究[J]. 机械工程学报, 2020, 56(18): 235-243.
[12]	熊璐, 韩伟, 余卓平, 李昊诚. 考虑关键非线性特征的集成式电子液压制动系统主缸液压力精确控制[J]. 机械工程学报, 2019, 55(24): 117-126.
[13]	冯桂宏,黄赫,刘祥炎. 永磁同步电机直接转矩控制的研究与优化[J]. 电气工程学报, 2018, 13(9): 1-7.
[14]	刘虹,厉虹. 改进的感应电机直接转矩控制系统[J]. 电气工程学报, 2018, 13(4): 11-17.
[15]	刘昱, 王涛, 赵国新, 王安, 邓瑶, 李国强. 气动重力补偿系统的压力控制[J]. 机械工程学报, 2018, 54(16): 212-219.