[0028] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0029] 如图1所示，一种水液压马达转速控制系统，由动力源A、水液压系统B、检测系统C、控制系统D和数据传输系统E组成。动力源由伺服控制器3和伺服电机5组成；伺服控制器控制伺服电机。
[0030] 如图1和2所示，水液压系统包括水液压泵8、水液压马达18和先导式电磁溢流阀21；水液压泵8由伺服电机5驱动。水液压泵8的输入端经过滤器9接水箱1，输出端依次经单向阀7和先导式电磁溢流阀21后接水箱1；先导式电磁溢流阀21用于限定水液压系统工作的最高压力；单向阀7的输出端接电磁换向阀19的进水口；水液压马达18的两个工作口与电磁换向阀19的两个工作阀口分别连通；电磁换向阀19的回水口经散热器10后接水箱；电磁换向阀19用于改变水液压马达的转向。进一步的，水液压系统还包括空气滤清器12和液位计
13，空气滤清器12固定在水箱的上盖通气孔上，用于防止颗粒污染物侵入水箱1；液位计13显示水箱1的水位；水液压马达的输出轴与联轴器16的一端固定，联轴器上固定有脉动吸收盘15，脉动吸收盘15在水液压马达有压力、流量脉动时吸收部分脉动，使水液压马达转速更加稳定。优选地，水液压泵为高压海水定量柱塞泵。水液压系统实际工作时，联轴器16另一端与负载14固定。
[0031] 检测系统包括第一转速传感器6、第二转速传感器17、第一流量传感器11、压力传感器20、第二流量传感器23和温度传感器24。第一转速传感器为光电编码器，用于测量伺服电机的实际转速nd；第二转速传感器布置在联轴器一侧，通过在联轴器上固定测速齿轮实现水液压马达实际转速的非接触测量，避免负载扰动带来的测量干扰，测量精度高；第一流量传感器11串接在电磁换向阀19与散热器10之间，测量水液压马达的输出流量q1；单向阀7输出口与电磁换向阀19的进水口之间设有压力传感器20、第二流量传感器23和温度传感器24，压力传感器20测量水液压泵的出水压力P1，第二流量传感器23测量水液压泵8的输出流量q2，温度传感器24测量水液压泵8的出水水温T。
[0032] 控制系统由基于MATLAB编写程序的信号处理模块D1、基于LabVIEW编写程序的转速控制模块D2和人机操作界面D3组成。控制系统的应用平台为计算机4。
[0033] 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。目标转速设置窗口用于设定水液压马达的目标转速ns(0rpm≤ns≤500rpm)，未设置时其值为0。在ns设置完毕后点击开始按钮，将目标转速ns传给转速控制模块，水液压马达开始工作；需要水液压马达停止工作时，点击停止按钮；显示窗口实时显示信号处理模块传递过来的水液压马达的实际转速nc、伺服电机实际转速nd、水液压泵容积效率ηv1、水液压马达容积效率ηv2、水液压泵的出水压力P1和水液压泵的出水水温T。
[0034] 信号处理模块接收数据传输系统传来的各种信号，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，并计算得到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；同时，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；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。最后，信号处理模块将水液压马达实际转速nc、水液压泵的出水水温T、水液压泵的出水压力P1、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，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。
[0035] 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u0，0≤u0<15V，控制量u1、u2和u3的初始值取为0，根据转速控制模块的总控制量un＝u0+u1+u2+u3计算总控制量初始值un0；然后将总控制量初始值un0通过线性比例关系计算得到伺服电机的理论转速初始值nn0；当水液压马达实际转速nc、系统总容积效率或伺服电机实际转速nd的值有一个不为0时，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，-2V≤u1≤2V；将系统总容积效率通过反比例函数转换成控制量u2，0≤u2≤2V；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，-1V≤u3≤1V；然后通过迭代式un＝u0+u1+u2+u3计算当前总控制量un。
[0036] 数据传输系统包括A/D转换器22和D/A转换器2。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un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，伺服控制器生成对应电压值控制伺服电机转速，间接控制水液压马达转速。
[0037] 该水液压马达转速控制系统的控制方法，具体如下：
[0038] 如图3所示，伺服电机启动前，首先调节先导式电磁溢流阀21限定水液压泵的最高出水压力，并调节电磁换向阀19来设置水液压马达18的转向；再通过计算机4的人机操作界面设定水液压马达18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3根据总控制量un驱动伺服电机运转，水液压泵8开始工作，水箱1中的水依次经过过滤器9、水液压泵8、单向阀
7、温度传感器24、第二流量传感器、压力传感器20、电磁换向阀19、水液压马达18、第一流量传感器11和散热器10流回水箱1，水液压泵8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4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18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3，伺服控制器3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。
[0039] 水液压马达运转过程中，当负载出现扰动或水液压系统总容积效率下降等原理致使水液压马达18转速出现波动时，转速控制模块自动重新生成总控制量进行调节，保证水液压马达18的稳定运行。
[0040] 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18的转速进行调节。
[0041] 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，从而避免因急停对水液压系统产生冲击。
[0042] 进一步，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，这整个过程如图4所示，其中，模糊推理采用Mamdani模糊推理法，解模糊采用重心法；模糊化过程如下：本实施例中水液压马达18的最大转速为500rpm，则水液压马达18目标转速ns与水液压马达实际转速nc之间的差值e∈[-500,500]，对应模糊子集分为负大、负中、负小、负零、正零、正小、正中、正大8个等级，语言值为(NB,NM,NS,NO,PO PS,PM,PB)，隶属度函数取三角型；本实施例中水液压马达18目标转速ns与水液压马达实际转速nc之间的差值变化率ec∈[-5,5]，对应模糊子集分为负大、负小、负零、正零、正小、正大6个等级，语言值为(NB,NS,NO,PO PS,PB)，隶属度函数取三角型；本实施例中输出控制量u1∈(-2,2)，对应模糊子集分为负大、负中、负小、负零、正零、正小、正中、正大8个等级，语言值为(NB,NM,NS,NO,PO PS,PM,PB)，隶属度函数取高斯型；模糊控制规则建立如表1所示。
[0043] 表1
[0044]
