CN101451549A - 对液压系统进行控制的方法及实现该方法的液压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,包括用于对伺服阀进行控制的主控过程和用于对液压系统进行保护的保护处理过程;保护处理过程中,传感器所采集的信号超限时就对液压系统启动保护。本发明公开了用于实现上述方法的液压系统,包括液压站、伺服阀、工控机、加载缸、位移传感器、力传感器,加载缸内设有活塞,活塞通过活塞杆与主动加载机构相连;液压站通过伺服阀将具有一定压力的液体送入加载缸中;位移传感器位于活塞杆上,与工控机电连接,用于实时测量活塞杆的位置并输出至工控机;力传感器位于活塞杆上,与工控机电连接,用于实时测量活塞杆所承受的力输出至工控机;工控机与伺服阀电连接,用于向伺服阀发出控制信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,本发明还涉及一种用于实现被动加载的液压系统。
背景技术
利用液压系统实现负载或阻尼的模拟,完成对于主动加载机构的被动加载是一种非常重要的加载方式,在测试技术中有非常重要的应用。如车辆行驶及转向过程中路面对于车体的阻力、船舶在不同航速航行过程水流产生的阻力等。现有的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,一般是仅包含一个控制过程。该控制过程具体采用如下的方法实现:采集安装在缸体上的传感器信号经过放大等处理后输出给流量阀达到实现模拟负载的目的。现有的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法的不足之处在于:保护功能差,容易失控,而且一旦失控将对连接件(如:活塞杆、活塞及缸体等)造成破坏,从而使整个液压系统都被损坏。现有的用于实现被动加载的液压系统也没有保护功能,容易失控。而且现有的用于实现被动加载的液压系统一般采用模拟控制器作为控制系统,这会造成:控制参数难以调节,且一旦设定难以更改,无法针对各种不同的加载条件改变参数以达到最佳的控制效果。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题就是为了克服以上的不足,提出了一种对用于实现被动加载的液压系统进行控制方法,该控制方法具有较好的保护功能。
本发明要解决的第二个技术问题就是为了克服以上的不足,提出了一种具有较好的保护功能的液压系统。
本发明的第一个技术问题通过以下的技术方案予以解决:一种对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,包括用于对伺服阀进行控制的主控过程和用于对液压系统进行保护的保护处理过程;所述保护处理过程中,传感器所采集的信号超限时就对液压系统启动保护。
优选地,所述主控过程为位置控制过程,所述保护处理过程为力控保护过程;所述力控保护过程包括如下步骤:力传感器采集活塞杆的力信号并输出给工控机;所述工控机判断接收到的力信号是否超过力限值并在是时将当前的主控过程由位置控制过程切换为力控制过程。
所述位置控制过程包括如下步骤:
A、将目标位置指令与位移传感器所采集的实际位置信号进行比较,
得到第一位置调整指令;
B、对所述第一位置调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给
伺服阀。
所述步骤A之前,有如下步骤:工控机将得到的输入位置指令进行调整,获得目标位置指令。
所述力控制过程包括如下步骤:
C、工控机将力限值与力感器所采集的实际力信号进行比较,得到第一力调整指令;
D、对所述第一力调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
所述主控过程为力控制过程,所述保护处理过程为位控保护过程;所述位控保护过程包括如下步骤:位移传感器采集活塞杆的位置信号并输出给工控机;所述工控机判断接收到的位置信号是否超过位置限值并在是时将当前的主控过程由力控制过程切换为位置控制过程。
所述力控制过程包括如下步骤:
E、将目标力指令与力传感器所采集的实际力信号进行比较,得到第二力调整指令;
F、对所述第二力调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
所述步骤E之前,有如下步骤:工控机将得到的输入力指令进行调整,获得目标力指令。
所述位置控制过程包括如下步骤:
G、工控机将位置限值与位移传感器所采集的实际位置信号进行比较,得到第二位置调整指令;
H、对所述第二位置调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
本发明的第二个技术问题通过以下的技术方案予以解决:一种用于实现上述方法的实现被动加载的液压系统,包括液压站、伺服阀、工控机、加载缸、位移传感器、力传感器,所述加载缸内设有活塞,所述活塞通过活塞杆与主动加载机构相连;所述液压站通过伺服阀将具有一定压力的液体送入加载缸中;所述位移传感器位于活塞杆上,并与所述工控机电连接,用于实时测量活塞杆的位置并输出至工控机;所述力传感器位于活塞杆上,并与所述工控机电连接,用于实时测量活塞杆所承受的力并输出至工控机;所述工控机与伺服阀电连接,用于向所述伺服阀发出控制信号。
本发明与现有技术对比的有益效果是:本发明的控制方法,包括用于对伺服阀进行控制的主控过程和用于对液压系统进行保护的保护处理过程;所述保护处理过程中,传感器所采集的信号超限时就对液压系统启动保护。本发明的控制方法通过在传感器所采集的信号超限时对液压系统启动保护,增强了对液压系统的保护功能,避免在控制过程中发生失控,进而避免对连接件(如:活塞杆、活塞及缸体等)造成破坏,从而实现对整个液压系统的保护。本发明的控制方法安全性得到了很大提高。
本发明的液压系统,增强了对液压系统的保护功能,避免在控制过程中发生失控,进而避免对连接件造成破坏,从而实现对整个液压系统的保护。本发明由于采用工控机作为整个液压系统的控制中心,可以方便地调节控制参数,且设定控制参数后也可以方便地进行更改,可以针对各种不同的加载条件改变参数以达到最佳的控制效果。
附图说明
图1是本发明的用于实现被动加载的液压系统的结构示意图;
图2是本发明的用于实现被动加载的液压系统的逻辑控制关系示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1、2所示,一种用于实现被动加载的液压系统,包括液压站1、加载缸2、伺服流量控制阀(简称伺服阀)3、位移传感器4、力传感器5和工控机6。所述加载缸2内设有活塞7,所述活塞7通过活塞杆8与主动加载机构9相连;所述液压站1通过伺服阀3将具有一定压力的液体(一般为液压油)送入加载缸2中。所述位移传感器4位于活塞杆8上,并与所述工控机6电连接,用于实时测量活塞杆8的位置并输出至工控机6。所述力传感器5也位于活塞杆8上,并与所述工控机6电连接,用于实时测量活塞杆8所承受的力并输出至工控机6;所述工控机6与伺服阀3电连接,用于向所述伺服阀3发出控制信号。
液压站1是整个液压系统的动力提供装置,液压站1开启并工作后,液压站1内的液压油经伺服阀3流入活塞7,为活塞7提供所需压力。本发明通过液压站1实现被动加载,根据液体压力的计算公式:F=P*S,其中P为液压站1所提供液体的压强,S为加载缸2的横截面积,F为液压系统所能够提供的被动加载力(或能够模拟的阻尼)。通过调整液压站的设计规格和加载缸的横截面积大小,就可以改变所能提供的被动加载力。本发明的液压系统可以根据用户需要提供大的被动加载力。
工控机6是整个液压系统的控制中心,工控机6接受用户指令,同时根据位移传感器4和力传感器5传递来的信息,按照一定的控制规则和算法,向伺服阀3发出控制信号,控制伺服阀3的动作,从而实现对加载缸2和与加载缸2相连的主动加载机构9的控制。整个控制过程实现闭环处理,可以快速完成,控制精度高,稳定性强。通过使用工控机作为整个液压系统的控制中心,可以方便地调节控制参数,且设定控制参数后也可以方便地进行更改,可以针对各种不同的加载条件改变参数以达到最佳的控制效果。采用工控机6作为整个液压系统的控制中心还可提高液压系统的安全性。
伺服阀3是加载缸2的动作执行的直接控制元件。伺服阀3接受工控机6输出的电信号(一般为电流信号),根据电流信号的大小和方向控制液压油的流量和方向。本发明通过选用高频率响应的伺服阀3作为控制元件,能够根据工控机6输出的控制信号的变化进行快速动作,从而使活塞7、活塞杆8也能够快速调整到所需的位置。响应速度快的伺服阀3为整个液压系统的控制精度和控制稳定度的提高创造了条件。
加载缸2是整个液压系统的动作执行机构。加载缸2为圆柱形,其内部的活塞7与活塞杆8连接,当液压站1输出的液体流入加载缸2内,使活塞7两侧的液体压力不等时,活塞7在压力差的作用下从压力较高的一侧向压力较低的一侧移动,同时带动与之相连的活塞杆8运动。活塞杆8的运动将带动主动加载机构9运动;反之,主动加载机构9所受到的拉力或压力也会反作用于活塞杆8上。
对上述用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,包括用于对伺服阀进行控制的主控过程和用于对液压系统进行保护的保护处理过程,所述保护处理过程中传感器所采集的信号超限时就对液压系统启动保护。通过在非正常状态下(即传感器所采集的信号超限时)对液压系统进行保护,可以提高液压系统的安全性。
本发明的控制方法可具体包括如下步骤:
第一步:工控机分析其接收到的输入指令,如果是位置指令则进行第二步,如果是力指令则进行第三步。
第二步:工控机将位置控制过程作为主控过程,将力控保护过程作为保护处理过程。所述位置控制过程包括如下步骤:工控机将得到的输入位置指令进行调整(调整的方法包括增益调整、极性调整、偏置调整和零源修正等),获得目标位置指令。将目标位置指令与位置限值进行比较,判断目标位置指令是否在位置限值内,如果是则进行下一步,如果否则给出报警提示并结束;从而提高控制的安全性。将目标位置指令与位移传感器所采集的实际位置信号进行比较,得到第一位置调整指令。对所述第一位置调整指令进行校正(校正的方法包括比例、积分、微分中的至少一种)、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
所述力控保护过程包括如下步骤:力传感器采集活塞杆所承受的力信号并输出给工控机;所述工控机判断接收到的力信号是否超过力限值并在是时将当前的主控过程由位置控制过程切换为力控制过程,并给出报警提示。切换后的力控制过程具体包括如下步骤:工控机将力限值与力传感器所采集的实际力信号进行比较,得到第一力调整指令;对所述第一力调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
我们可以看到,在主控过程为位置控制过程时,力的采集与比较同时进行,并在所采集的力超过限制范围时,自动进入保护状态,即实现了在位置控制过程下的力保护。为了安全,不能使活塞杆所承受的力超过力限值,但外界的主动加载机构强行要求活塞杆所承受的力超过力限值,主控过程将位置控制过程切换为力控制过程后,可以使活塞及活塞杆所承受的力以力限制为极限并保持稳定。
第三步:工控机将力控制过程作为主控过程,将位控保护过程作为保护处理过程。所述力控制过程包括如下步骤:工控机将得到的输入力指令进行调整(调整的方法包括增益调整、极性调整、偏置调整和零源修正等),获得目标力指令。将目标力指令与力限值进行比较,判断目标力指令是否在力限值内,如果是则进行下一步,如果否则给出报警提示并结束;从而提高控制的安全性。将目标力指令与力传感器所采集的实际力信号进行比较,得到第二力调整指令。对所述第二力调整指令进行校正(校正的方法包括比例、积分、微分中的至少一种)、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
所述位控保护过程包括如下步骤:位移传感器采集活塞杆的位置信号并输出给工控机;所述工控机判断接收到的位置信号是否超过位置限值并在是时将当前的主控过程由力控制过程切换为位置控制过程,并给出报警提示。切换后的位置控制过程具体包括如下步骤:工控机将位置限值与位移传感器所采集的实际位置信号进行比较,得到第二位置调整指令;对所述第二位置调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
我们可以看到,在主控过程为力控制过程时,位置的采集与比较同时进行,并在所采集的位置超过限制范围时,自动进入保护状态,即实现了在力控制过程下的位置保护。为了安全,只能使活塞杆的位置到达位置限值而不能使活塞杆的位置超过此限值,但外界的主动加载机构强行要求活塞杆的位置超过位置限值,主控过程由力控制过程切换为位置控制过程后,就可以增加活塞、活塞杆自身的力来克服主动加载机构的力,使活塞、活塞杆停留在安全范围内。
如果工控机接收到的是静态指令(即:固定的位置指令),则液压系统可以实现静态下的被动加载实现。此时,当活塞杆未与主动加载机构相连(即:不存在主动加载机构)时,加载缸内的活塞及活塞杆静止,且不受力;当活塞杆与主动加载机构相连(即:存在主动加载机构)时,外部主动加载机构会产生一定的力作用于活塞杆上时,在工控机的控制下将使活塞及活塞杆上产生大小相同的反作用力,完全模拟静止阻力。处于静态的理想状态下,活塞及活塞杆的位置应静止不变,活塞及活塞杆被动产生的力与主动加载机构的主动加载力相对应(即:随主动加载力的变化而变化)。而当主动加载力超过力限值时,液压系统则进入保护状态,给出报警提示,主控过程由位置控制过程切换为力控制过程,对活塞及活塞杆的位置进行调整,活塞及活塞杆所承受的力以力限制为极限并保持稳定。如果工控机接收到的是动态指令(即:变化的位置指令或变化的位置指令),则液压系统可以实现动态下的被动加载实现。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:包括用于对伺服阀进行控制的主控过程和用于对液压系统进行保护的保护处理过程;所述保护处理过程中,传感器所采集的信号超限时就对液压系统启动保护。
2.根据权利要求1所述的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:所述主控过程为位置控制过程,所述保护处理过程为力控保护过程;所述力控保护过程包括如下步骤:力传感器采集活塞杆的力信号并输出给工控机;所述工控机判断接收到的力信号是否超过力限值并在是时将当前的主控过程由位置控制过程切换为力控制过程。
3.根据权利要求2所述的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:所述位置控制过程包括如下步骤:
A、将目标位置指令与位移传感器所采集的实际位置信号进行比较,得到第一位置调整指令;
B、对所述第一位置调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
4.根据权利要求3所述的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:所述步骤A之前,有如下步骤:工控机将得到的输入位置指令进行调整,获得目标位置指令。
5.根据权利要求2-4任一所述的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:所述力控制过程包括如下步骤:
C、工控机将力限值与力感器所采集的实际力信号进行比较,得到第一力调整指令;
D、对所述第一力调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
6.根据权利要求1所述的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:所述主控过程为力控制过程,所述保护处理过程为位控保护过程;所述位控保护过程包括如下步骤:位移传感器采集活塞杆的位置信号并输出给工控机;所述工控机判断接收到的位置信号是否超过位置限值并在是时将当前的主控过程由力控制过程切换为位置控制过程。
7.根据权利要求6所述的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:所述力控制过程包括如下步骤:
E、将目标力指令与力传感器所采集的实际力信号进行比较,得到第二力调整指令;
F、对所述第二力调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
8.根据权利要求7所述的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:所述步骤E之前,有如下步骤:工控机将得到的输入力指令进行调整,获得目标力指令。
9.根据权利要求6-8任一所述的对用于实现被动加载的液压系统进行控制的方法,其特征在于:所述位置控制过程包括如下步骤:
G、工控机将位置限值与位移传感器所采集的实际位置信号进行比较,得到第二位置调整指令;
H、对所述第二位置调整指令进行校正、滤波后输出相应控制信号给伺服阀。
10.一种用于实现权利要求1所述方法的实现被动加载的液压系统,其特征在于:包括液压站、伺服阀、工控机、加载缸、位移传感器、力传感器,所述加载缸内设有活塞,所述活塞通过活塞杆与主动加载机构相连;所述液压站通过伺服阀将具有一定压力的液体送入加载缸中;所述位移传感器位于活塞杆上,并与所述工控机电连接,用于实时测量活塞杆的位置并输出至工控机;所述力传感器位于活塞杆上,并与所述工控机电连接,用于实时测量活塞杆所承受的力并输出至工控机;所述工控机与伺服阀电连接,用于向所述伺服阀发出控制信号。
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