CN101429959A - 电闭环控制流量调节阀 - Google Patents

Abstract

一种电闭环控制流量调节阀是将位移传感器同轴设置在主阀芯上检测主阀芯位移，位移传感器输出信号输入到测量放大器转换放大后产生反馈信号，再输入到减法器，减法器接受控制阀开度指令信号和反馈信号，相减产生偏差信号输入闭环控制器，闭环控制器对偏差信号进行校正输入到加法器，前馈控制器接受指令信号对其进行校正后输入加法器，加法器对闭环控制器和前馈控制器的输出信号做加运算，相加后信号输入到比例放大器控制电－机械转换器的输出力。本发明在内部机械反馈通道上叠加了电闭环通道，在位移传感器或位移测量放大器异常时，仍可连续控制阀的开口量，保证了系统继续工作，提高了系统的可靠性，且控制精度与响应速度也得到了明显改善。

Description

电闭环控制流量调节阀

技术领域

本发明涉及液压控制元件中的电液比例流量控制阀，特别是一种对进入液压执行器的流量采用电闭环原理连续控制的流量调节阀。

背景技术

二通比例节流阀是电液系统中重要的流量控制元件，在要求大流量的应用场合，常采用先导控制型结构。早期的先导控制型比例节流阀，采用阀内部机械反馈原理来控制主阀开口量，常用的原理有主阀芯位移—弹簧—力反馈原理，主阀芯位移—先导流量放大原理，主阀芯位移—先导阀位移随动原理等，但由于采用内部机械反馈原理，阀的控制精度较低、动态响应较慢，因此，新的技术是用位移传感器检测主阀芯位移并进行反馈，构成电闭环控制的比例节流阀。现有的电闭环控制比例节流阀，去掉了原有比例节流阀的内部机械反馈环节，主阀芯位移和设定值之间仅有一条电反馈通道，当位移传感器或与其配套的测量放大器发生故障时，阀就处于开环控制状态，阀口完全打开，失去连续控制功能并可能导致事故发生。另外，现有的比例节流阀都采用比例电磁铁作为电—机械转换器，因而成本很高。本发明提出的思路是在原有内部机械反馈比例节流阀的基础上，再叠加电闭环控制回路，利用电闭环提高内部机械反馈阀的控制精度和动态响应特性，即使内部机械反馈阀的特性较差也不会影响整个阀的性能，所以可采用开关型的电磁铁作为电—机械转换器，降低成本。因整个阀具有两个闭环控制通道，如果电闭环控制通道发生故障，依靠阀原有的内部机械反馈通道，阀仍可在原工作点附近继续工作，提高了整个系统工作的可靠性；同时因不改变阀的原机械结构，容易制造。

发明内容

本发明的目的是提供一种电闭环控制比例节流阀，利用阀原有的内部机械反馈通道，在位移传感器或位移测量放大器失效的情况下，仍可连续控制阀的开口量，以提高系统的可靠性，同时可用开关型的电磁铁代替比例电磁铁，降低阀的成本。

本发明基于上述目的，提出一种电闭环控制流量调节阀，该阀包括内部机械反馈的比例节流阀，比例放大器，其特征是增设了位移传感器，测量放大器，闭环控制器，前馈控制器，减法器，加法器，电子开关，位移传感器同轴地设置在主阀芯上，检测主阀芯的位置，其输出信号输入到测量放大器，测量放大器对来自位移传感器的信号转换放大后产生反馈信号u_xf，反馈信号u_xf一方面输入到电子开关的控制端，同时输入到减法器，减法器接受控制阀开度的指令信号u_xs和反馈信号u_xf，对二者相减后产生偏差信号u_e，并将偏差信号u_e输入到闭环控制器，闭环控制器对偏差信号u_c进行校正后经过电子开关输入到加法器中，前馈控制器接受指令信号u_xs，并对其进行校正后输入到加法器中，加法器对来自电子开关和前馈控制器的信号进行加运算，将相加后的信号输入比例放大器中，比例放大器控制电—机械转换器的输出力，电—机械转换器控制先导阀芯的动作。

本发明上述的一种电闭环控制流量调节阀，所述的内部机械反馈的比例节流阀是位移—先导流量放大型比例节流阀，或者是位移—弹簧—力反馈型比例节流阀。

本发明上述的一种电闭环控制的流量调节阀，所述的内部机械反馈的比例节流阀中的电—机械转换器是比例电磁铁，或者是开关型电磁铁。

本发明通过对传统内部机械反馈的比例节流阀进行改进，其改进后的电闭环控制流量调节阀，与现有的电闭环控制的比例节流阀相比，其主要的特点在于：当检测主阀芯位移的传感器或者是位置测量放大器出现故障或者是失效的情况下，阀的内部机械反馈机构仍然保证了系统在原工作点附近继续工作，消除了电闭环通道失效而导致发生安全事故的隐患，而在正常的工作状态下，具有与现有电闭环比例节流阀同样的控制特性，而且阀的机械结构与现有的内部机械反馈的阀相同，容易制造。另外，利用电闭环提高了内部机械反馈阀的控制精度和动态响应特性，即使内部机械反馈阀的特性较差也不会影响电闭环控制后的性能，因此，可采用开关型的电磁铁作为电—机械转换器，降低了成本。

附图说明

图1是本发明在位移—先导流量放大型比例节流阀基础上构造的电闭环控制流量调节阀结构示意图。

图2是本发明在位移—弹簧—力反馈型比例节流阀基础上构造的电闭环控制流量调节阀结构示意图。

图中：1：内部机械反馈的比例节流阀；2；比例放大器；3：位移传感器；4：测量放大器；5：闭环控制器；6：前馈控制器；7：减法器；8：加法器；9：主阀芯；10：先导阀芯；11：电—机械转换器；12：电子开关；13：反馈节流槽；14：反馈流道；15：反馈弹簧。

图中：u_xf：反馈信号；u_xs：指令信号；u_e：偏差信号；p_A：主阀进口压力；p_B：主阀出口压力；p_x：主阀上腔压力；dy：先导阀开口；x：主阀芯位移量；q_v：阀输出流量。

具体实施方式

下面结合附图由实施例来对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明，本专业的普通技术人员在阅读了本发明的具体实施例后，能够理解和实施本发明，而本实施例是对本发明的详细说明，并不对本发明作出任何限制。

实施例一

本发明的第一种实施例如图1所示。发明的电闭环控制流量调节阀是由内部机械反馈的比例节流阀1，比例放大器2，位移传感器3，测量放大器4，闭环控制器5，前馈控制器6，减法器7，加法器8，电子开关12共9个部分组成。其中，内部机械反馈的比例节流阀1采用位移—先导流量放大型的比例节流阀，如美国伊顿公司的产品EPV16—A—16，这种阀的内部机械反馈环节是由反馈节流槽13，反馈流道14和先导阀开口dy组成，主阀平衡不动时，经反馈流道14、反馈节流槽13和先导阀开口dy流过的流量相等，可获得主阀芯位移和先导阀开口量dy成比例的关系。增设的位移传感器3采用差动变压器原理，测量行程为0—8mm，位移传感器3同轴地设置在主阀芯9上，作用是检测主阀芯9的位置，其输出信号输入到测量放大器4，测量放大器4由模拟电路组成，集成在位移传感器3上，测量放大器4对来自位移传感器3的信号转换放大后产生反馈信号u_xf，反馈信号u_xf一方面输入到电子开关12的控制端，同时输入到减法器7，减法器7，加法器8都有模拟电路组成，减法器7接受控制阀开度的指令信号u_xs和反馈信号u_xf，对二者相减后产生偏差信号u_c，并将偏差信号u_e输入到闭环控制器5，闭环控制器5对偏差信号u_e进行校正后经过电子开关12输入到加法器8中，前馈控制器6接受指令信号u_xs，并对其进行校正后输入到加法器8中，加法器8对来自电子开关12和前馈控制器6的信号进行加运算，将相加后的信号输入比例放大器2中，比例放大器2采用与该阀配套的比例放大器，作用是控制供给电—机械转换器11的电流大小，从而控制电—机械转换器11输出力的大小，电—机械转换器11采用比例电磁铁，控制先导阀芯10的动作，电子开关12由模拟电子元件组成，有输入端、输出端和控制端三个端口，其开关状态受反馈信号u_xf的控制，反馈信号u_xf正常，电子开关12就处于导通状态，反馈信号u_xf异常或失效，电子开关12就处于断开状态。

阀的工作过程是，首先由外界通过计算机或信号发生器给定一个设定阀开度的指令信号u_xs，该信号同时作用于前馈控制器6和闭环控制器5，如果位移传感器3和测量放大器4工作正常，反馈信号u_xf控制电子开关12处于导通状态，前馈控制器6的输出信号和闭环控制器5的输出信号经加法器8相加后输入比例放大器2中，控制电—机械转换器11输出一定的推力，推动先导阀芯10向右运动，先导阀开口dy增大，主阀上腔压力px减小，主阀芯9在主阀进口压力p_A作用下开启一个位移量x，通过闭环控制器5的PID调节作用，直到这一主阀芯位移量x与设定信号u_xs对应的值相等为止，偏差信号u_e不再变化，主阀芯停止运动，阀输出流量q_v。

电子开关12受位移传感器3和测量放大器4工作状态控制，在位移传感器3及测量放大器4出现故障的情况下，电子开关12就自动断开，控制阀开度的指令信号u_xs经过前馈控制器6的比例运算，输入到加法器8，这时加法器8只有来自前馈控制器6一路的信号，阀处在内部机械反馈控制的工作状态，虽然控制精度较低，但根据阀的工作原理，仍然能连续比例的控制主阀芯9的主阀芯位移量x。

实施例二

本发明的第二种实施例如图2所示。发明的电闭环控制流量调节阀仍然是由内部机械反馈的比例节流阀1，比例放大器2，位移传感器3，测量放大器4，闭环控制器5，前馈控制器6，减法器7，加法器8，电子开关12共9个部分组成。与实施例一的区别在于：内部机械反馈的比例节流阀1采用位移—弹簧—力反馈型的比例节流阀，如国内上海液压件厂的产品BJL—H16，这种阀的内部机械反馈环节是由反馈弹簧15和先导阀芯10组成，反馈弹簧15、主阀芯9和先导阀芯10同轴串联设置，主阀平衡不动时，主阀芯9开启位移量x经反馈弹簧15产生的反馈力与电—机械转换器11的推力平衡，所以主阀芯9的位移和电—机械转换器11的输出力成比例关系。比例放大器2采用与该阀配套的比例放大器，电—机械转换器11改用开关型电磁铁，阀其余组成部分的结构和阀的工作过程与实施例一相同，这里不再从新描述。

Claims (3)

1.一种电闭环控制流量调节阀，包含有内部机械反馈的比例节流阀(1)，比例放大器(2)，其特征是增设了位移传感器(3)、测量放大器(4)、闭环控制器(5)、前馈控制器(6)、减法器(7)、加法器(8)和电子开关(12)，并将位移传感器(3)同轴设置在主阀芯(9)上，检测主阀芯(9)的位置，其输出信号输入到测量放大器(4)，测量放大器(4)对来自位移传感器(3)的信号转换放大后产生反馈信号u_xf，反馈信号u_xf同时输入到电子开关(12)的控制端和减法器(7)，减法器(7)接受控制阀开度的指令信号u_xs和反馈信号u_xf，对二者相减后产生偏差信号u_e，并将偏差信号u。输入到闭环控制器(5)，闭环控制器(5)对偏差信号u_o进行校正后经过电子开关(12)输入到加法器(8)中，前馈控制器(6)接受指令信号u_xs，并对其进行校正后输入到加法器(8)中，加法器(8)对来自电子开关(12)和前馈控制器(6)的信号进行加运算，将相加后的信号输入比例放大器(2)中，比例放大器(2)控制电—机械转换器(11)的输出力，电—机械转换器(11)控制先导阀芯(10)的动作。

2.权利要求  1所述的电闭环控制流量调节阀，其特征是内部机械反馈的比例节流阀(1)是位移—先导流量放大型比例节流阀，或者是位移—弹簧—力反馈型比例节流阀。

3.权利要求  1所述的电闭环控制的流量调节阀，其特征是内部机械反馈的比例节流阀(1)中的电—机械转换器(11)是比例电磁铁，或者是开关型电磁铁。

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