[發明專利]一種采用比例閥、微型高速數字閥聯合控制的液壓缸位置控制系統及方法

在審

• 申請號: 201811090293.1
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109488646A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 張軍輝;楊梅生;徐兵;張華揚;許浩功
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F15B11/08
• 分類號: F15B11/08;F15B13/04;F15B15/14;F15B21/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種采用比例閥、微型高速數字閥聯合控制的液壓缸位置控制系統，其特征在于，包括油箱(1)、吸油過濾器(2)、主泵(3)、電動機(4)、安全閥(5)、主油路過濾器(6)、控制閥組、位移傳感器(12)和液壓缸(13)；所述主泵(3)的吸油口通過吸油過濾器(2)與油箱(1)連接，所述主泵(3)的排油口與主油路過濾器(6)連接，且主泵(3)與電動機(4)連接；所述控制閥組具有主進油口、主回油口、A工作油口和B工作油口；所述主油路過濾器(6)后的油路通道設置兩個分支，分別與安全閥(5)、控制閥組的主進油口相連；所述控制閥組的A工作油口和B工作油口分別與液壓缸(13)的無桿腔和有桿腔相連；所述控制閥組的主回油口與油箱(1)連接；

所述控制閥組包括第一微型高速數字閥(7)、第二微型高速數字閥(8)、比例閥(9)、第三微型高速數字閥(10)、第四微型高速數字閥(11)；所述控制閥組的主進油口設置三個分支，分別與比例閥(9)的主進油口、第三微型高速數字閥(10)的進油口、第四微型高速數字閥(11)的進油口相連；所述控制閥組的主回油口設置三個分支，分別與比例閥(9)的主回油口、第一微型高速數字閥(7)的出油口、第二微型高速數字閥(8)的出油口相連；所述控制閥組的A工作油口設置三個分支，分別與比例閥(9)的A工作油口、第一微型高速數字閥(7)的進油口、第三微型高速數字閥(10)的出油口相連；所述控制閥組的B工作油口設置三個分支，分別與比例閥(9)的B工作油口、第二微型高速數字閥(8)的進油口、第四微型高速數字閥(11)的出油口相連；所述位移傳感器(12)連接液壓缸(13)，用于測量液壓缸(13)的活塞位置。

2.根據權利要求1所述的一種采用比例閥、微型高速數字閥聯合控制的液壓缸位置控制系統，其特征在于，所述比例閥(9)的流量大于第一微型高速數字閥(7)、第二微型高速數字閥(8)、第三微型高速數字閥(10)、第四微型高速數字閥(11)的流量，所述比例閥(9)實現位置控制系統對液壓缸位置的快速調節；所述第一微型高速數字閥(7)、第二微型高速數字閥(8)、第三微型高速數字閥(10)、第四微型高速數字閥(11)實現對液壓缸位置的精確調節。

3.根據權利要求1所述的一種采用比例閥、微型高速數字閥聯合控制的液壓缸位置控制系統，其特征在于，所述第一微型高速數字閥(7)、第二微型高速數字閥(8)、第三微型高速數字閥(10)、第四微型高速數字閥(11)采用電脈沖信號控制，使得微型高速數字閥流量離散化。

4.根據權利要求3所述的一種采用比例閥、微型高速數字閥聯合控制的液壓缸位置控制系統，其特征在于，所述電脈沖信號采用PWM控制，通過調節脈沖信號的頻率與占空比，設定微型高速數字閥的脈沖流量，達到調節系統位置精度的目的。

5.一種利用權利要求1-4任一項所述系統進行液壓缸位置控制的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在液壓缸(13)活塞伸出階段，位置控制系統判斷液壓缸(13)的活塞目前位置與目標位置之間的距離是否超出比例閥(9)的工作狀態切換設定值；液壓缸(13)的活塞目前位置通過位移傳感器(12)測得；

當液壓缸(13)的活塞位置與目標位置之間的距離超出比例閥(9)的工作狀態切換設定值，比例閥(9)工作在左位，液壓油由主泵(3)出口經比例閥(9)進入液壓缸(13)的無桿腔，液壓缸(13)的有桿腔的液壓油經比例閥(9)流回油箱(1)，液壓缸(13)快速伸出，保證位置控制系統快速響應；

同時位置控制系統通過位移傳感器(12)不斷檢測液壓缸(13)的活塞位置，并與目標位置進行比較，直到液壓缸(13)的活塞位置與目標位置的距離小于比例閥(9)的工作狀態切換設定值，此時比例閥(9)關閉，位移傳感器(12)檢測液壓缸(13)實際位置信號，做閉環反饋，計算出液壓缸(13)到達目標位置所需的流量，向第三微型高速數字閥(10)、第二微型高速數字閥(8)輸出控制信號，主泵(3)出口液壓油經第三微型高速數字閥(10)離散為脈沖流量進入液壓缸(13)的無桿腔，液壓缸(13)的有桿腔的液壓油經第二微型高速數字閥(8)離散為脈沖流量回到油箱(1)，液壓缸(13)的活塞慢速伸出到目標位置，保證位置控制系統的控制精度；

當液壓缸(13)的活塞位置與目標位置之間的距離小于比例閥(9)的工作狀態切換設定值，控制系統根據液壓缸(13)的活塞位置與目標位置之間的距離以及第二微型高速數字閥(8)和第三微型高速數字閥(10)設定的脈沖流量，計算并對第三微型高速數字閥(10)、第二微型高速數字閥(8)發出對應數目的脈沖信號，主泵(3)出口液壓油經第三微型高速數字閥(10)離散為脈沖流量進入液壓缸(13)的無桿腔，液壓缸(13)的有桿腔的液壓油經第二微型高速數字閥(8)離散為脈沖流量回到油箱(1)，液壓缸(13)的活塞慢速伸出到目標位置；

(2)在液壓缸(13)活塞縮回階段，位置控制系統判斷液壓缸(13)的活塞目前位置與目標位置之間的距離是否超出比例閥(9)的工作狀態切換設定值；

當液壓缸(13)的活塞位置與目標位置之間的距離超出比例閥(9)的工作狀態切換設定值，比例閥(9)工作在右位，液壓油由主泵(3)出口經比例閥(9)進入液壓缸(13)的有桿腔，液壓缸(13)的無桿腔的液壓油經比例閥(9)流回油箱(1)，液壓缸(13)快速縮回，保證位置控制系統快速響應；

同時位置控制系統通過位移傳感器(12)不斷檢測液壓缸(13)的活塞位置，并與目標位置進行比較，直到液壓缸(13)的活塞位置與目標位置之間的距離小于比例閥(9)的工作狀態切換設定值，此時比例閥(9)關閉，位置控制系統根據比例閥(9)的工作狀態切換設定值與第一微型高速數字閥(7)、第四微型高速數字閥(11)設定的脈沖流量，計算并對第四微型高速數字閥(11)、第一微型高速數字閥(7)發出對應數目的脈沖信號，主泵(3)出口液壓油經第四微型高速數字閥(11)離散為脈沖流量進入液壓缸(13)的有桿腔，液壓缸(13)的無桿腔的液壓油經第一微型高速數字閥(7)離散為脈沖流量回到油箱(1)，液壓缸(13)的活塞慢速縮回到目標位置，保證位置控制系統的控制精度；

當液壓缸(13)的活塞位置與目標位置之間的距離小于比例閥(9)的工作狀態切換設定值，控制系統根據液壓缸(13)的活塞位置與目標位置之間的距離以及第一微型高速數字閥(7)、第四微型高速數字閥(11)設定的脈沖流量，計算并對第四微型高速數字閥(11)、第一微型高速數字閥(7)發出對應數目的脈沖信號，主泵(3)出口液壓油經第四微型高速數字閥(11)離散為脈沖流量進入液壓缸(13)的有桿腔，液壓缸(13)的無桿腔的液壓油經第一微型高速數字閥(7)離散為脈沖流量回到油箱(1)，液壓缸(13)的活塞慢速縮回到指令要求位置。