一种伺服泵控液压回转驱动系统及控制方法技术领域
本发明涉及液压精密传动控制装置，具体为一种伺服泵控液压回转驱动系统及控
制方法，本发明采用伺服电机驱动两台单向泵或者一台双向泵，进而控制液压马达的动力
输出，实现高精度高频响的回转运动控制。
背景技术
通过液压马达控制回转运动和动力输出是一种常用的动力结构，传统的液压回转
驱动系统是电机驱动液压泵连续运转，由各种阀组、传感器和管路构成的油路控制液压油
的流向、流速、压力，驱动液压马达，并继而实现液压马达对外输出扭矩和转动速度的控制。
传统的泵控系统中当需要控制液压马达的转动速度时，需要比例方向阀或比例方向伺服阀
调节进入液压马达的液体流速；当需要控制液压马达的输出扭矩时，需要控制溢流阀的溢
流压强或者根据压力传感器的反馈并通过比例压力阀或比例压力伺服阀来控制进入液压
马达的液体压强，由此控制液压马达的输出扭矩。
此类传统的液压回转驱动系统存在以下几点不足：1、驱动液压泵电机必须连续不
间断运行，即使在液压马达短时停止运动、无需进行调节控制时，电机也不能停机，不断从
油箱泵出和液压油又通过阀组返回油箱，浪费了电能。尤其是当液压马达输出扭矩、但旋转
停止或转速较低时，高压节流抬升了电机的功率消耗，浪费电能；2、浪费的电能变成热能，
导致油温上升，使油路密封件加速老化，故障率上升；3、当液压油在液压马达进油口、出油
口之间往复流动时，需要控制各种阀门动作，不断产生节流动作，加大了系统损耗，阀门的
故障率也比较高；4、在快速、精密控制时，需要采用P/Q阀(压力流量控制阀)或伺服阀参与
控制，特别是伺服阀价格昂贵，维修困难，导致系统设备的购置和使用维护成本大幅增加；
5、由于各种阀门的机械动作需要一段较长的时间才能完成，导致油路的各种动作切换难以
进一步提速，直接影响设备的工作节拍；6、对于精密控制和高速响应的场合，即使使用了高
性能的伺服阀参与控制，但由于伺服阀固有的死区特性和非线性特性，难以对液压马达实
现更高精度更高频响的伺服控制；7、传统的油路难以做到密闭油路，油路的可靠性难以保
障，且液压油的使用量也比较大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种伺服泵控液压回转驱动系统。A、B
液压泵的出液端分别接入液压马达的两个进油口，伺服电机的前后轴伸分别与A、B液压泵
连轴，伺服驱动器控制伺服电机，安装于液压马达的两进油口油路上的A、B压力传感器的信
号分别接入运动控制单元，安装于液压马达轴上的角位移传感器的信号连接至运动控制单
元。A、B两台油泵的进液端相互连接。运动控制单元配有人机界面和通信接口，接收对液压
马达的运动控制指令。
本发明的另一个目的是提出上述伺服泵控液压回转驱动系统的控制方法，伺服驱
动器驱动伺服电机并带动A、B液压泵，当伺服电机正向转动时，A液压泵驱动液压马达正向
转动，此时B液压泵泄油；当伺服电机反向转动时，B液压泵驱动液压马达反向转动，此时A液
压泵泄油。运动控制单元根据角位移传感器和A、B压力传感器信号确定当前液压马达运动
位置、速度和压力，并根据接收的位置、速度、扭矩控制要求运算得到伺服驱动器的运行模
式指令、速度设定指令及伺服电机扭矩设定指令，发送到伺服驱动器，经伺服驱动器、伺服
电机和液压泵，实现液压马达的高精度、高频响的往复回转运动控制。
本发明设计的一种伺服泵控液压回转驱动系统包括液压马达、液压泵、伺服电机
和运动控制单元。本发明的液压回转驱动系统包括A、B两台液压泵，A液压泵的出液端经管
路连接液压马达的正向进油口,B液压泵的出液端经管路连接液压马达的反向进油口,A、B
液压泵均为正向泵，伺服电机前轴伸与A液压泵连轴，后轴伸与B液压泵联轴；或者A液压泵
为正向泵，B液压泵为反向泵，A、B液压泵与伺服电机的同一端的轴伸联轴；伺服驱动器连接
并控制伺服电机，当伺服电机正向转动时，A液压泵向液压马达泵入液压油，同时B液压泵为
液压马达泄油，液压马达正转；当伺服电机反向转动时，B液压泵向液压马达泵入液压油，同
时A液压泵为液压马达泄油，液压马达反转。
A液压泵与B液压泵排量相等，A液压泵和B液压泵的进液端互相连接。当A液压泵正
向旋转、B液压泵反向旋转时，A液压泵的进液端吸入的液压油即为B液压泵进液端泄出的液
压油。反之，当B液压泵正向旋转、A液压泵反向旋转时，B液压泵的进液端吸入的液压油恰好
是A液压泵进液端泄出的液压油。
连接液压马达正向进油口和A液压泵出液端的管路上安装有A压力传感器，连接液
压马达反向进油口和B液压泵出液端的管路上安装有B压力传感器，两个压力传感器信号输
出端均接入运动控制单元，用于对液压马达的两端油压实施反馈控制。
液压马达输出轴上安装有角位移传感器，角位移传感器的信号输出端接入运动控
制单元，用于对液压马达的输出轴位置、速度实施反馈控制。
运动控制单元配有通信接口和人机界面，用于接收对液压马达的运动控制指令。
运动控制单元的控制端连接伺服驱动器，运动控制单元根据人机界面设置的运动
控制要求或者根据通信接口送入的运动控制要求产生伺服驱动器的控制指令，伺服驱动器
控制伺服电机，从而控制A、B液压泵及液压马达。
A液压泵和B液压泵的进液端互相连接的油路连接有储液/蓄能器。储液/蓄能器储
有液压油，储液/蓄能器内部压力小于本系统运行时油路最大设计压力，但大于系统静态
时，即不工作时的油路压力，当两个液压泵因为压力不同、排量有少量差异而导致抽油与泄
油量不相等时，储液/蓄能器吸纳或补偿。当密闭油路因泄漏或挥发而油量减少时，储液/蓄
能器补充液压油。
或者，所述A液压泵和B液压泵的进液端互相连接的油路连接有补油阀或补油口，
当密闭油路因泄漏或挥发而油量减少时，由补油阀或补油口补充液压油。
A溢流阀正向跨接于连接液压马达正向进油口和反向进油口的油路上，当液压马
达正向进油口油压与反向进油口油压之差大于A溢流阀的溢流压力时，A溢流阀溢流泄压。
B溢流阀反向跨接于连接液压马达正向进油口和反向进油口的油路上，当液压马
达反向进油口油压与正向进油口油压之差大于B溢流阀的溢流压力时，B溢流阀溢流泄压。
本发明的另一个方案为所述A、B液压泵换为一个双向泵，直接安装于伺服电机的
一端的轴伸上，双向泵有A向出油口和B向出油口，分别连接液压马达的正向进油口和反向
进油口。当伺服电机正转时，双向泵的A向出油口输出液压油而B向出油口吸入液压油，当伺
服电机反转时，B向出油口输出液压油而A向出油口吸入液压油。
本发明提出的一种伺服泵控液压回转驱动系统的控制方法为：当伺服电机正向运
转，其所连接的A液压泵正向运转，A液压泵向液压马达的正向进油口提供液压油，液压马达
正向旋转输出动力；与此同时，伺服电机所连接的B液压泵反向运转，液压马达的反向进油
口流出的液压油经B液压泵泄出，进入A液压泵的吸油口。反之，当伺服电机反向运转，其所
连接的B液压泵正向运转，B液压泵向液压马达的反向进油口提供液压油，液压马达反向旋
转输出动力；与此同时，伺服电机所连接的A液压泵反向运转，液压马达的正向进油口流出
的液压油经A液压泵泄出，进入B液压泵的吸油口。
运动控制单元接收人机界面或通信接口输入的对液压马达的控制要求，所述控制
要求包括液压马达输出扭矩、转速和位置的设定以及运动控制模式的设定，运动控制单元
根据输入的控制要求和所接收的角位移传感器的当前位移信号进行逻辑判断及位置闭环、
速度闭环、扭矩半闭环运算，得到伺服驱动器的运行模式指令以及速度设定指令和压力设
定指令，发送给伺服驱动器，伺服驱动器调节控制伺服电机和液压泵的转动，并继而调节液
压马达输出轴的位置、速度及输出扭矩，实现对液压马达高精度的运动控制。
所述伺服驱动器的控制模式包括扭矩半闭环模式、速度闭环模式、位置闭环模式
及其上述三种控制模式的组合模式。
Ⅰ、扭矩半闭环模式
在液压马达的正向、反向进油口的油路上分别安装有A、B压力传感器，根据A、B压
力传感器反馈的两侧管路中液压油的当前压强值以及液压马达的排量计算得到液压马达
当前输出的理论转矩。运动控制单元据此通过伺服驱动器控制电机及两台液压泵的转速实
现扭矩半闭环控制。
Ⅱ、速度闭环模式及位置闭环模式
运动控制单元根据接收的控制要求的转速设定、位置设定以及角位移传感器反馈
的液压马达转轴的位置信号，计算得到液压马达的转速当前反馈，运动控制单元经伺服驱
动器、伺服电机驱动液压泵对液压马达实施速度闭环及位置闭环控制。
Ⅲ、组合控制模式
运动控制单元在实现上述扭矩、速度、位置控制的基础上，根据人机界面或通信接
口输入的控制要求，进行多种组合控制，包括带速度限制的扭矩控制模式、带位置限制的扭
矩控制模式、带扭矩限制的速度控制模式、带位置限制的速度控制模式、带扭矩限制的位置
控制模式、带速度限制的位置控制模式。
本控制方法还可以调整系统的变速比，伺服电机和液压泵的配置固定不变，调配
不同排量的液压马达，调整系统的变速比。当液压马达的排量加大，即实现转速较低、扭矩
较大的输出；当液压马达的排量减小，即实现转速较高、扭矩较低的输出。这样可方便地实
现伺服电机到液压马达的变速比调整。
与现有技术相比，本发明提出的一种伺服泵控液压回转驱动系统及控制方法的有
益效果为：1、伺服电机驱动两个液压泵，按马达转轴位置、速度闭环模式和液压马达扭矩半
闭环模式控制液压马达的动力输出，实现对液压马达回转运动的精确控制；2、伺服电机及
伺服驱动器响应频率高，故系统可以实现高达十几至几十赫兹的响应频带；3、根据角位移
传感器的匹配精度，系统可以实现最高达角秒级精度的位置控制；4、系统管路中的液压阀
仅为两个用于液压保护的溢流阀，不需要电磁阀、P/Q阀或伺服阀，系统结构简单，成本低
廉，可靠性高；5、本系统油路密闭，油路的可靠性高；6、可在伺服电机、液压泵配置固定的情
况下，通过简单地改变液压马达的排量就可以实现宽范围的变速比调整。
附图说明
图1为本伺服泵控液压回转驱动系统实施例1结构示意图；
图2为本伺服泵控液压回转驱动系统实施例2结构示意图；
图3为本伺服泵控液压回转驱动系统实施例3结构示意图。
图中标识：1、液压马达；2、A溢流阀(AF)；3、B溢流阀(BF)；4、A压力传感器(AP)；5、A
液压泵(AU)；6、伺服电机(M)；7、储液/蓄能器；8、伺服驱动器(S)；9、运动控制单元(YK)；10、
B液压泵(BU)；11、B压力传感器(BP)；12、角位移传感器；35、双向液压泵(DU)。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
伺服泵控液压回转驱动系统实施例1
本伺服泵控液压回转驱动系统实施例1如图1所示，图中连接各部件之间的粗实线
表示各部件之间的油路管道，细实线表示各电气部件之间的电气连接，虚线表示角位移传
感器与液压马达之间的联轴，双实线表示伺服电机的轴伸与A、B液压泵之间的联轴。
A液压泵5(图中所示为AU)及B液压泵10(图中所示为BU)均为正向泵，且排量相等，
分别与伺服电机6(图中所示为M)的前轴伸和后轴伸联轴。A液压泵5的出液端经管路连接液
压马达1的正向进油口,B液压泵10的出液端经管路连接液压马达1的反向进油口。A溢流阀2
(图中所示为AF)正向跨接于液压马达1正向进油口和反向进油口的油路上，B溢流阀3(图中
所示为BF)反向跨接于液压马达1正、反向进油口的油路上。管路连接A液压泵5和B液压泵10
的进液端，并且该管路同时连接储液/蓄能器7(图中所示为CY)。储液/蓄能器7储有的液压
油，储液/蓄能器7内部压力小于本系统运行时的油路最大设计压力，但大于系统静态时的
油路压力。当A、B液压泵5、10因为压力不同、排量有少量差异而导致抽油与泄油量不相等
时，储液/蓄能器7吸纳多余的油或补偿不足的油。当密闭油路因泄漏或挥发而油量减少时，
储液/蓄能器7也补充液压油。连接液压马达1正向进油口和A液压泵5出液端的管路上安装
有A压力传感器4(图中所示为AP)，连接液压马达1反向进油口和B液压泵10出液端的管路上
安装有B压力传感器11(图中所示为BP)，两个压力传感器4、11的信号线连接至运动控制单
元9(图中所示为YK)。角位移传感器12安装于液压马达1的输出轴上，其信号接入运动控制
单元9。
运动控制单元9配有通信接口和人机界面。运动控制单元9的控制端连接伺服驱动
器8(图中所示为S)。
伺服泵控液压回转驱动系统实施例2
本实施例2如图2所示，A液压泵5为正向泵，B液压泵10为反向泵，同安装于伺服电
机6的前轴伸上。连接A液压泵5与B液压泵10的油路上还连接有储液/蓄能器7，本实施例2的
其它结构与实施例1相同。
伺服泵控液压回转驱动系统实施例3
本实施例3如图3所示，双向泵35(图中所示为DU)代替实施例1中的A液压泵5为和B
液压泵10，双向泵35有A向出油口和B向出油口，分别连接液压马达1的正向进油口和反向进
油口。当伺服电机6正转时，双向泵35的A向出油口输出液压油而B向出油口吸入液压油，当
伺服电机6反转时，B向出油口输出液压油而A向出油口吸入液压油。本例在双向泵35的A向
出油口和B向出油口相互连接的油路上安装补油阀或者补油口，在油路漏油时由补油阀或
者补油口向油路补充液压油。本实施例3的其它结构与实施例1相同。
伺服泵控液压回转驱动系统的控制方法实施例
本控制方法实施是上述伺服泵控液压回转驱动系统实施例1的控制方法，运动控
制单元9通过其人机界面接受对液压马达的控制要求，经伺服驱动器8驱动伺服电机6转动。
当伺服电机6正向转动时，其所联轴的A液压泵5正向转动、B液压泵10反向转动，A液压泵5将
管路中的液压油泵入液压马达1的正向进油口，驱动液压马达1正向旋转并对外输出扭矩，
从正向进油口进入液压马达1的液压油从其反向进油口流出经反转的B液压泵10流出至连
接A、B液压泵5、10的管路，形成油路循环。当伺服电机6反向转动时，其所联轴的B液压泵10
正向转动、A液压泵5反向转动，B液压泵10将管路中的液压油泵入液压马达1的反向进油口，
驱动液压马达反向旋转并对外输出扭矩，从反向进油口进入液压马达1的液压油从其正向
进油口流出经反转的A液压泵5流出至连接A、B液压泵的管路，并形成油路循环。
A压力传感器4和B压力传感器11将压力信号反馈至运动控制单元9，反馈液压马达
1的正向、反向进油口的当前压力值。
角位移传感器12将液压马达1转轴的当前角位移信号反馈至运动控制单元9，用于
解算液压马达1的转动角度、速度。
当由于负载超载或者设备故障，出现液压马达1与A液压泵5或B液压泵10之间的连
接管路油压超过A溢流阀2或B溢流阀3的溢流压力，则该两个溢流阀导通溢流泄压，以保护
油路、液压泵和液压马达。
无论液压马达1的负载扭矩大小及方向，A、B液压泵5、10的出液端的高油压侧始终
是连接液压马达1的正向、反向进油口的管路侧，连接A、B液压泵5、10进液端的管路始终维
持低压，当整个油路由于泄漏而逐渐降低压力时，连接在该段管路上的储液/蓄能器7补充
油路中的液压油。
Ⅰ、扭矩半闭环控制
在液压马达1的正向和反向进油口装有A、B压力传感器4、11，运动控制单元9根据
A、B压力传感器4、11反馈的正向和反向进油口中液压油的压强差以及液压马达1的排量计
算出液压马达1理论输出转矩。运动控制单元9据此通过伺服驱动器8控制伺服电机6及A、B
液压泵5、10的转速，实现对液压马达1的扭矩半闭环控制。
Ⅱ、速度闭环模式及位置环模式
运动控制单元9根据接收的控制要求的转速设定、位置设定以及角位移传感器12
反馈的液压马达1转轴的位置信号，计算得到液压马达1的转速当前反馈，运动控制单元9经
伺服驱动器8、伺服电机6驱动液压泵5、10对液压马达1实施速度闭环及位置闭环控制；
Ⅲ、组合控制模式
运动控制单元9在实现上述扭矩、速度、位置控制的基础上，根据人机界面或通信
接口输入的控制要求，进行多种组合控制，包括带速度限制的扭矩控制模式、带位置限制的
扭矩控制模式、带扭矩限制的速度控制模式、带位置限制的速度控制模式、带扭矩限制的位
置控制模式、带速度限制的位置控制模式。
本控制方法可调整系统的变速比，本例伺服电机6和A、B液压泵5、10的配置固定不
变，调配不同排量的液压马达1，即可调整系统的变速比；当液压马达1的排量加大，即实现
转速较低、扭矩较大的输出；当液压马达1的排量减小，即实现转速较高、扭矩较低的输出。
系统为图2所示的实施例2的控制方法，与本控制方法实施例相同。
系统为图3所示的实施例3的控制方法，由于双向泵35代替的A、B液压泵5、10两个
单向泵，其与伺服电机6的一端轴伸联轴，当伺服电机6正转时，双向泵35的A向出油口输出
液压油而B向出油口吸入液压油，当伺服电机6反转时，B向出油口输出液压油而A向出油口
吸入液压油。实施例3在双向泵35的A向出油口和B向出油口相互连接的油路上安装补油阀
或者补油口，在油路漏油时由补油阀或者补油口向油路补充液压油。本实施例3的其它控制
方法与本控制方法实施例相同。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体
个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改
进等，均包含在本发明的保护范围之内。