[發(fā)明專利]一種協(xié)同式高精度液壓雙缸同步系統(tǒng)及其控制方法

有效

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• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN103388602B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高欽和;楊志勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院
• 主分類號: F15B11/22
• 分類號: F15B11/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于液壓傳動與控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種液壓缸雙缸同步系統(tǒng)及其控制方法，尤其涉及一種基于高速開關(guān)閥和模糊控制策略的閉環(huán)協(xié)同式高精度雙缸同步系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

目前針對液壓系統(tǒng)雙缸同步控制的研究比較多，常用的控制閥為比例換向閥，控制策略基本采用Proportional-Integral-Derivative(PID)控制，這種控制方法在實際應(yīng)用中的同步控制效果不佳，雙缸之間依然存在較大的同步誤差。而基于高速開關(guān)閥及模糊控制策略的協(xié)同式雙缸同步控制方法是指利用高速開關(guān)閥的流量特性以及模糊控制策略，通過對液壓缸的協(xié)同速度控制實現(xiàn)雙缸同步控制的方法，此項技術(shù)將大大促進雙缸同步控制技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

在本發(fā)明以前的現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于對基于高速開關(guān)閥的雙缸同步控制方法的研究主要是湖南師范大學(xué)的劉忠教授和他的學(xué)生何謙，他們的研究成果主要體現(xiàn)在：何謙2008年的碩士學(xué)位論文《基于高速開關(guān)閥的液壓同步控制系統(tǒng)設(shè)計與研究》、2009年1月第1期的《制造技術(shù)與機床》中的《高速開關(guān)閥的液壓同步系統(tǒng)設(shè)計》、2010年7月第7期的《制造技術(shù)與機床》中的《高速開關(guān)閥直控式閉環(huán)液壓同步系統(tǒng)》、2010年12月第12期的《制造技術(shù)與機床》中的《液壓舉升機構(gòu)的高精度同步控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真》、2009年3月第3期的《建筑機械》中的《基于高速開關(guān)閥的液壓同步系統(tǒng)》、2011年1月第1期的《機械與電子》中的《單閥直控式高速開關(guān)閥液壓同步系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立》。其采用高速開關(guān)閥進行同步控制的原理(如圖1所示)是：將高速開關(guān)閥串聯(lián)到液壓執(zhí)行器的回油管路上，采集兩個液壓執(zhí)行器的位移信號，并以兩個位移的差值信號為基信號，經(jīng)模糊自適應(yīng)PID控制器生成脈沖控制信號，將脈沖信號放大后對高速開關(guān)閥進行控制。通過對高速開關(guān)閥的控制實現(xiàn)對液壓執(zhí)行器的控制，進而實現(xiàn)同步控制。

在上述同步控制方法中，由于將高速開關(guān)閥串聯(lián)到液壓油路中，且高速開關(guān)閥的通流流量有限，導(dǎo)致對液壓執(zhí)行器的運行狀態(tài)產(chǎn)生影響，降低了液壓執(zhí)行器的最大運行速度，即該方法存在適用范圍小、同步精度低、且高速開關(guān)閥對系統(tǒng)狀態(tài)的影響較大的缺點。

發(fā)明內(nèi)容：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明的目的在于：提出一種控制精度高，適用范圍廣、基于高速開關(guān)閥及模糊控制策略的協(xié)同式雙缸同步系統(tǒng)及其控制方法。

現(xiàn)將本發(fā)明技術(shù)解決方案敘述如下：

本發(fā)明一種協(xié)同式高精度雙缸同步控制系統(tǒng)：其特征在于：(如圖2所示)包括：兩個安裝有位移傳感器的液壓缸、兩組并聯(lián)的高速開關(guān)閥組、固化有控制策略的模糊控制器；所述的位移傳感器與液壓缸固定連接，并實時測量液壓缸的位移信息送入模糊控制器；所述的兩組并聯(lián)的高速開關(guān)閥組分別與液壓缸并聯(lián)，每組高速開關(guān)閥組中高速開關(guān)閥的數(shù)量根據(jù)實際需求改變；所述的模糊控制器中固化有控制策略；模糊控制器輸出的數(shù)字脈沖控制信號直接控制高速開關(guān)閥組中高速開關(guān)閥的閥口開度。

本發(fā)明進一步提供一種協(xié)同式高精度雙缸同步控制系統(tǒng)：其特征在于：所述的高速開關(guān)閥的閥口開度與高速開關(guān)閥的平均流量之間存在嚴(yán)格的線性關(guān)系且高速開關(guān)閥工作在線性工作區(qū)域；輸入高速開關(guān)閥的數(shù)字脈沖控制信號直接控制高速開關(guān)閥的閥口開度，間接通過平均流量的控制實現(xiàn)對液壓缸的速度控制。

本發(fā)明還提供一種協(xié)同式高精度雙缸同步控制方法：其特征在于：所述的控制方法是指充分利用系統(tǒng)的高速開關(guān)閥數(shù)字信號可控以及平均流量線性特性的優(yōu)勢，通過模糊控制器中固化的模糊控制策略實現(xiàn)對液壓缸的協(xié)同式高精度同步控制；具體包括以下步驟：

步驟1：由系統(tǒng)采集卡的端口采集兩個位移傳感器的位移信息并進行比較；

步驟2：定義模糊控制策略：

步驟2.1：左缸位移減右缸位移的不同類型位移誤差信號分別為負大、負中、負小、零、正小、正中、正大，負值指所有誤差為負的情況，正值指所有誤差為正的情況；

步驟2.2：左缸位移減右缸位移的不同類型位移誤差變化量信號分別為負大、負中、負小、零、正小、正中、正大分別表示不同類型的位移誤差趨勢項信號；

步驟2.3：其余為模糊控制器的輸出量，零、正小、正中、正大分別表示模糊控制器產(chǎn)生的不同占空比類型的脈沖控制信號。

步驟3：當(dāng)左缸位移小于右缸位移或左缸位移大于右缸位移時，輸出零類控制信號經(jīng)采集卡的端口至高速開關(guān)閥；

步驟4：當(dāng)左缸位移等于右缸位移時，左、右缸分別輸出零類、正小類、正中類、正大類控制信號經(jīng)采集卡的端口至高速開關(guān)閥；

步驟4.1：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為正時輸出零類控制信號；