CN101634321B - 一种继电器在液压气动装置中的组合控制方法 - Google Patents

Abstract

一种继电器在液压气动装置中的组合控制方法，步骤如下：检测并存储液压气动装置内的压力f及每个继电器其中一组同步动合、动开触头的吸合时间t_hh、释放时间t_hk和保持时间t_b，并确定液压气动装置内压力预测值f′及每个继电器的预测值，将上述值分别与根据事先设定的条件参数进行对比，自动判别该继电器工作状态是否正常；再结合液压气动装置的压力预测值f′、吸合预测时间t′_hh和释放预测时间t′_hk，对该液压气动装置中的压力在小于任意两个继电器的最小吸合时间、释放时间(t_hh，t_hk)_min范围内的累加增量进行控制。所述继电器在液压气动装置中的组合控制方法自动检测系统内的每个继电器的工作状态，提高了整个系统的可靠性、稳定性和准确度。

Description

一种继电器在液压气动装置中的组合控制方法

技术领域

本发明涉及机电液控制领域中的继电器组合控制方法。

技术背景

继电器是一种电气控制器件，是一种用较小的电流去控制较大电流的“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器按原理可分为电磁继电器、固态继电器、时间继电器、温度继电器等，继电器按触点负载可分为微功率继电器、弱功率继电器、中功率继电器、大功率继电器、节能功率继电器等。

除现有的固态继电器外，其他继电器无一例外都存在有活动部件，也就不可避免的产生了吸合时间、释放时间不确定等问题，因此而使整个系统的可靠性、稳定型及准确度降低。

在现行的自动控制技术中，一般反馈信号都采用的是实测值，运用时间补偿的方式对系统进行自动控制。由于除固态继电器外的其他继电器都存在有吸合时间、释放时间的不确定性，也就造成了运用时间补偿的方式对系统进行自动控制的困难；与此同时，除固态继电器外的其他继电器具有触点过载能力强、造价低、维护简单等特点。因此，除固态继电器外的其他继电器应用仍十分广泛，而除固态继电器外的中功率继电器、大功率继电器、节能功率继电器在时有发生堵转的电机控制中的应用更是屡见不鲜。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明目的旨在提供一种继电器在液压气动装置中的组合控制方法，能自动检测系统内的每个继电器的工作状态，提高控制每个继电器的准确度和可靠性，从而提高整个系统的可靠性、稳定性和准确度。

本发明采取的技术方案是，一种继电器在液压气动装置中的组合控制方法，其步骤如下：

1).检测并存储液压气动装置内的压力f及每个继电器其中一组同步动合、动开触头的吸合时间t_hh、释放时间t_hk和保持时间t_b，其中吸合时间t_hh包括吸合启动时间t_h1和吸合上行时间t_h2，释放时间t_hk包括释放启动时间t_k1和释放下行时间t_k2；

2).根据步骤1)中所述的压力f及每个继电器的吸合时间t_hh、释放时间t_hk和保持时间t_b，确定液压气动装置内压力预测值f′及每个继电器的预测值，即吸合预测时间t′_hh和释放预测时间t′_hk，其中吸合预测时间t′_hh包括吸合启动预测时间t′_h1和吸合上行预测时间t′_h2，释放预测时间t′_hk包括释放启动预测时间t′_k1和释放下行预测时间t′_k2；

3).将步骤1)中所述的继电器吸合时间t_hh、释放时间t_hk及步骤2)中得到的吸合预测时间t′_hh、释放预测时间t′_hk分别与根据事先设定的条件参数进行对比，自动判别该继电器工作状态是否正常；

4)当步骤3)中继电器吸合时间t_hh、吸合预测时间t′_hh及释放时间t_hk、释放预测时间t′_hk均满足事先设定的条件参数时，判断为继电器工作状态正常；

5)如果步骤3)中继电器吸合时间t_hh、吸合预测时间t′_hh及释放时间t_hk、释放预测时间t′_hk中至少有一个不满足事先设定的条件参数时，继电器工作状态则判断为不正常；

6).根据步骤2)中得到的液压气动装置的压力预测值f′、吸合预测时间t′_hh和释放预测时间t′_hk，对该液压气动装置中的压力在小于任意两个继电器的最小吸合时间、释放时间(t_hh，t_hk)_min范围内的累加增量进行控制。

作为一种优选方案，步骤2)中所述继电器的吸合预测时间t′_hh和释放预测时间t′_hk和液压气动装置中的的压力预测值f′均可通过一次移动平均法或一次指数平滑法确定。

作为一种优选方案，步骤6)中所述液压气动装置中的压力在小于任意两个继电器的最小吸合时间、释放时间(t_hh，t_hk)_min范围内的累加增量控制可以采用“两步走”的办法，即采用第一步，先增加或减少所述液压气动装置中的压力，第二步，后减少或增加上述液压气动装置中的压力，简称为“先增后减”或“先减后增”。进行累加增加量控制的方法可以是多增少减或是少减多增，进行累加减少量控制的方法可以是少增多减或是多减少增。

步骤6)中所述累加增量控制中，执行第二步时，前一个继电器的吸合时间t_hh、释放时间t_hk是步骤2)所述吸合预测时间t′_hh、释放预测时间t′_hk的预测值，或是步骤1)所述吸合时间t_hh、释放时间t_hk；后一个继电器的吸合时间t_hh是步骤2)所述吸合预测时间t′_hh，或是步骤1)中所述的吸合时间t_hh。

所述的吸合启动时间t_h1为该继电器线圈加电至动开触头断开之间的时间，吸合上行时间t_h2为动开触头断开至动合触头闭合之间的时间，吸合时间t_hh为吸合启动时间t_h1与吸合上行时间t_h2之和，保持时间t_b为动合触头闭合开至继电器线圈失电之间的时间，释放启动时间t_k1为继电器线圈失电至动合触头断开之间的时间，释放下行时间t_k2为动合触头断开至动开触头闭合之间的时间，释放时间t_hk为释放启动时间t_k1与释放下行时间t_k2之和，动合触头闭合时间t_h为动合触头闭合至动合触头断开之间的时间，动开触头断开时间t_k为动开触头断开至动开触头闭合之间的时间。

本发明所述继电器在液压气动装置中的组合控制方法，能自动检测系统内的每个继电器的工作状态，提高了控制每个继电器的准确度和可靠性，从而提高了整个系统的可靠性、稳定性和准确度。

附图说明

图1是继电器控制部分电路原理图

图2是继电器驱动部分电路原理图

图3(a)是继电器线圈电压波形图

图3(b)是继电器动合触头负载电压波形图

图3(c)是继电器动开触头负载电压波形图

图4是调液压装置驱动部分电路原理图

图5是调液压装置控制部分电路原理图

在上述附图中：

U_s-继电器线圈输入电压；        U-继电器动合、动开触头输入电压；

R_h-继电器动合触头负载；        R_k-继电器动开触头负载；

U_h-动合触头负载电压；          U_k-动开触头负载电压；

t₀-继电器线圈t＝0加电时刻；    t₁-动开触头断开时刻；

t₂-动合触头闭合时刻；          t₃-继电器线圈失电时刻；

t₄-动合触头断开时刻；          t₅-动开触头闭合时刻；

K-继电器；        KM1-继电器；        KM2-继电器；

KR-热继电器；        SB1-按钮开关；        SB2-按钮开关；

M-电机；            U₁-三相电机输入电压。

具体实施方式

一种继电器的组合控制方法实施例如下：某一继电器控制部分、驱动部分电路原理图分别如图1、图2所示。U_s为继电器线圈输入电压；U为继电器动合、动开触头输入电压；K为继电器；R_h为继电器动合触头负载；R_k为继电器动开触头负载；U_h为继电器动合触头负载电压；U_k为继电器动开触头负载电压；该继电器的吸合启动时间t_h1为该继电器线圈加电至动开触头断开之间的时间，吸合上行时间t_h2为动开触头断开至动合触头闭合之间的时间，吸合时间t_hh为吸合启动时间t_h1与吸合上行时间t_h2之和，保持时间t_b为动合触头闭合开至继电器线圈失电之间的时间，释放启动时间t_k1为继电器线圈失电至动合触头断开之间的时间，释放下行时间t_k2为动合触头断开至动开触头闭合之间的时间，释放时间t_hk为释放启动时间t_k1与释放下行时间t_k2之和，动合触头闭合时间t_h为动合触头闭合至动合触头断开之间的时间，动开触头断开时间t_k为动开触头断开至动开触头闭合之间的时间。

该继电器系统的电压波形图如图3所示。t₀为继电器线圈t＝0加电时刻，t₁为动开触头断开时刻；t₂为动合触头闭合时刻；t₃为继电器线圈失电时刻；t₄为动合触头断开时刻；t₅为动开触头闭合时刻。

且有：

t_h1＝t₁                (1)

t_h2＝t₂-t₁             (2)

t_hh＝t₂                (3)

t_k1＝t₄-t₃             (4)

t_k2＝t₅-t₄             (5)

t_hk＝t₅-t₃             (6)

t_b＝t₃-t₂              (7)

t_h＝t₄-t₂              (8)

t_k＝t₅-t₁              (9)

式中：t_h1为吸合启动时间，t_h2为吸合上行时间，t_hh为吸合时间，t_k1为释放启动时间，t_k2为释放下行时间，t_hk为释放时间，t_b为保持时间，t_h为动合触头闭合时间，t_k为动开触头断开时间。

本发明所述一种继电器在液压气动装置中的组合控制方法，其步骤如下：

1).检测并存储液压气动装置内的压力f及每个继电器其中一组同步动合、动开触头的吸合时间t_hh、释放时间t_hk和保持时间t_b，其中吸合时间t_hh包括吸合启动时间t_h1和吸合上行时间t_h2，释放时间t_hk包括释放启动时间t_k1和释放下行时间t_k2；

2).根据步骤1)中所述的压力f及每个继电器的吸合时间t_hh、释放时间t_hk和保持时间t_b，确定液压气动装置内压力预测值f′及每个继电器的预测值，即吸合预测时间t′_hh和释放预测时间t′_hk，其中吸合预测时间t′_hh包括吸合启动预测时间t′_h1和吸合上行预测时间t′_h2，释放预测时间t′_hk包括释放启动预测时间t′_k1和释放下行预测时间t′_k2；

3).将步骤1)中所述的继电器吸合时间t_hh、释放时间t_hk及步骤2)中得到的吸合预测时间t′_hh、释放预测时间t′_hk分别与根据事先设定的条件参数进行对比，自动判别该继电器工作状态是否正常；

4).当步骤3)中继电器吸合时间t_hh、吸合预测时间t′_hh及释放时间t_hk、释放预测时间t′_hk均满足事先设定的条件参数时，判断为继电器工作状态正常；

5).当步骤3)中继电器吸合时间t_hh、吸合预测时间t′_hh及释放时间t_hk、释放预测时间t′_hk中至少有一个不满足事先设定的条件参数时，继电器工作状态则判断为不正常；此时，更换继电器，重新进行步骤1)；

6).根据步骤2)中得到的液压气动装置的压力预测值f′、吸合预测时间t′_hh和释放预测时间t′_hk，可对该液压气动装置中的压力在小于任意两个继电器的最小吸合时间、释放时间(t_hh，t_hk)_min范围内的累加增量进行控制。

其中液压气动装置中的压力在小于任意两个继电器的最小吸合时间、释放时间(t_hh，t_hk)_min范围内的累加增量控制可以采用“两步走”的办法，即采用第一步——先增加或减少步骤6)中所述液压气动装置中的压力，第二步——后减少或增加步骤6)中所述液压气动装置中的压力的办法，简称为“先增后减”或“先减后增”，且进行累加增加量控制的方法可以是多增少减或是少减多增，进行累加减少量控制的方法可以是少增多减或是多减少增。

在实施例中，液压装置由KM1、KM2两个继电器与一个能正反转电机M组成带自锁功能的调液压装置。继电器KM1导通，继电器KM2被锁死，电机M正转，液压装置压力增加；继电器KM2导通，继电器KM1被锁死，电机M反转，液压装置压力减少。驱动部分、控制部分电路原理图分别如图4、图5所示。

其中：KM1、KM2为继电器；KR为热继电器；SB1为按钮开关；SB2为按钮开关；M为三相电机；U_i为三相电机输入电压；U_s为继电器线圈输入电压。

上述继电器的吸合预测时间t′_hh、释放预测时间t′_hk和液压装置中的压力预测值f′均可以通过一次移动平均法、一次指数平滑法来确定。

在实施例中分别采用一次移动平均法、一次指数平滑法计算继电器KM1线圈t＝0时加电至继电器线圈失电之间的预测时间t′₃₁和释放启动预测时间t′_k11。

为区分不同继电器的参数，本实施例中采用在继电器的参数后缀添加继电器编号的办法以示区分；如：t_k11表示继电器KM1的释放启动时间，t_k12表示继电器KM2的释放启动时间。采用在继电器的参数后添加上标“′”的办法表示为预测值或预测函数；如：t′_k11表示继电器KM1的释放启动预测时间。

一次移动平均法、一次指数平滑法的计算公式举例如下：

一次移动平均法：

设当前时期为t，已知时间序列检测值为x₁，x₂，x₃，…，x_t，假设按连续n个时期的检测值计算一个平均数，作为对下一个时期即(t+1)时期的预测值，用F_t+1表示：

$F_{t+1}=\frac{1}{n}(x_1+x_2+x_3+\·\·\·+x_{t-n+1})$

$=\frac{1}{n}\underset{i=t-n+1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i---\left(13\right)$

式中，x_i为最新检测值，F_t+1为下一期的预测值。当n＝1，表示直接用最新的检测值作为下一期的预测值。

一次指数平滑法：

设当前时期为t，已知时间序列检测值为x₁，x₂，x₃，…，x_t，作为对下一个时期即(t+1)时期的预测值，用F_t+1表示：

F_t+1＝αx_t+(1-α)F_t                     (14)

式中，x_t为本期检测值，F_t为上期对本期的预测值，α为平滑常数，F_t+1为下一期的预测值。

一次指数平滑法的初值的确定有几种方法：

①取第一期的检测值为初值；

②取最初几期的平均值为初值；

上述步骤6)中所述累加增量控制中，执行第二步时，前一个继电器的吸合时间t_hh、释放时间t_hk是步骤2)所述吸合预测时间t′_hh、释放预测时间t′_hk或是步骤1)所述吸合时间t_hh、释放时间t_hk的最新检测值；后一个继电器的吸合时间t_hh是步骤2)所述吸合预测时间t′_hh，或是步骤1)所述吸合时间t_hh的最新检测值；

本发明的继电器在液压装置中的组合控制方法计算举例如下：

一个带自锁功能、KM1、KM2分别为控制电机M正、反转两个继电器的调液压装置电路原理图分别如图4、图5所示，该调液压装置允许采用“先减后增”的方法，即对累加增加量控制实行少减多增、对累加减少量控制实行多减少增，在其液压稳定时测得压力值，用一次指数平滑法确定其压力预测值f′，经测算，现拟进行累加增量Δ为68毫秒的增加量调整，设定先减的保持时间t_b2为500毫秒，已知控制电机M反转的继电器KM2工作状态正常，继电器KM2的吸合时间t′_hh2、释放启动时间t′_k12、释放下行时间t′_k22预测值分别为62、9.6、64毫秒，因此先减的继电器KM2在t＝0时加电至继电器线圈失电之间的预测时间t′₃₂为：

t′₃₂＝t′_hh2+t_b2＝62+500＝562(毫秒)

实际测得继电器KM2的动合触头闭合时间t_h2为510毫秒，已知控制电机M正转继电器KM1的释放启动时间t_k11分别为9.7、9.5、9.6、9.8、9.6、9.7、9.8、9.6、9.8、9.7毫秒，假定继电器释放启动时间t_k11≥50毫秒时判为工作状态不正常，吸合时间t_hh1为实际测量值62毫秒。

①采用一次移动平均法(n＝4)计算继电器KM1的释放启动预测时间t′_k11，其计算如表1所示：

且：t′_k11＝F₁₁＝(x₇+x₈+x₉+x₁₀)/n＝(9.8+9.6+9.8+9.7)/4＝9.725≈9.7(毫秒)

因为t′_k11＝F₁₁＝9.725毫秒＜50毫秒，且继电器KM1在此次工作之前的释放启动时间均小于50毫秒，所以继电器KM1的工作状态为正常。

继电器KM1在t＝0时加电至继电器线圈失电之间的预测时间t′₃₁：

t′₃₁＝t_hh1+t_h2+Δ-t′_k11＝62+510+68-9.725＝640.275≈640.3毫秒)

②采用一次指数平滑法计算继电器KM1的释放启动预测时间t′_k11，取第一期的实际值为初值，α＝0.1，其计算如表1所示：

且：t′_k11＝F₁₁＝αx_t+(1-α)F_t＝0.1×9.7+(1-0.1)×9.694＝9.695≈9.7(毫秒)

因为t′_k11＝F₁₁＝9.695毫秒＜50毫秒，且继电器KM1在此次工作之前的释放启动时间均小于50毫秒，所以继电器的工作状态为正常。

继电器KM1在t＝0时加电至继电器线圈失电之间的预测时间t′₃₁：t′₃₁＝t_hh1+t_h2+Δ-t′_k11＝62+510+68-9.695＝640.305≈640.3(毫秒)

表1

Claims (5)

1.一种继电器在液压气动装置中的组合控制方法，其特征是，步骤如下：

1).检测并存储液压气动装置内的压力f及每个继电器中任意一组同步动合、动开触头的吸合时间t_hh、释放时间t_hk和保持时间t_b，其中吸合时间t_hh包括吸合启动时间t_h1和吸合上行时间t_h2，释放时间t_hk包括释放启动时间t_k1和释放下行时间t_k2；

其中所述吸合启动时间t_h1为该继电器线圈加电至动开触头断开之间的时间，吸合上行时间t_h2为动开触头断开至动合触头闭合之间的时间，吸合时间t_hh为吸合启动时间t_h1与吸合上行时间t_h2之和，保持时间t_b为动合触头闭合开至继电器线圈失电之间的时间，释放启动时间t_k1为继电器线圈失电至动合触头断开之间的时间，释放下行时间t_k2为动合触头断开至动开触头闭合之间的时间，释放时间t_hk为释放启动时间t_k1与释放下行时间t_k2之和；

2).根据步骤1)中所述液压气动装置内的压力f及每个继电器的吸合时间t_hh、释放时间t_hk和保持时间t_b，确定液压气动装置内压力预测值f′及每个继电器的预测值，即吸合预测时间t′_hh和释放预测时间t′_ht，其中吸合预测时间t′_hh包括吸合启动预测时间t′_h1和吸合上行预测时间t′_h2，释放预测时间t′_hk包括释放启动预测时间t′_k1和释放下行预测时间t′_k2；

3).将步骤1)中所述吸合时间t_hh、释放时间t_hk及步骤2)中得到的吸合预测时间t′_hh、释放预测时间t′_hk分别与根据事先设定的条件参数进行对比，即：吸合时间t_hh、吸合预测时间t′_hh均应小于最大吸合时间t_hhmax和释放时间t_hk、释放预测时间t′_hk均应小于最大释放时间t_hkmax，自动判别该继电器工作状态是否正常；

4)当步骤3)中所述继电器吸合时间t_hh、吸合预测时间t′_hh及释放时间t_hk、释放预测时间t′_hk均满足事先设定的条件参数时，判断为继电器工作状态正常；

5)当步骤3)中所述继电器吸合时间t_hh、吸合预测时间t′_hh及释放时间t_hk、释放预测时间t′_hk中至少有一个不满足事先设定的条件参数时，继电器工作状态则判断为不正常；

6).根据步骤2)中得到的液压气动装置的压力预测值f′、吸合预测时间t′_hh和释放预测时间t′_hk，对该液压气动装置中的压力在小于任意两个继电器的最小吸合时间、释放时间(t_hh，t_hk)_min范围内的累加增量进行控制。

2.根据权利要求1所述继电器在液压气动装置中的组合控制方法，其特征是，所述步骤2)中继电器的吸合预测时间t′_hh、释放预测时间t′_hk和液压气动装置中的压力预测值f′均可通过一次移动平均法或一次指数平滑法确定。

3.根据权利要求1所述继电器在液压气动装置中的组合控制方法，其特征是，步骤6)中所述液压气动装置中的压力在小于任意两个继电器的最小吸合时间、释放时间(t_hh，t_hk)_min范围内的累加增量控制方法为：第一步，先对所述液压气动装置中的压力进行增加或减少，第二步，对上述液压气动装置中的压力进行减少或增加。

4.根据权利要求3所述继电器在液压气动装置中的组合控制方法，其特征是，所述累加增量控制方法中，执行第二步时，前一个继电器的吸合时间t_hh、释放时间t_hk是步骤2)所述的吸合预测时间t′_hh、释放预测时间t′_hk或是步骤1)所述的吸合时间t_hh、释放时间t_hk。

5.根据权利要求3所述继电器在液压气动装置中的组合控制方法，其特征是，所述累加增量控制方法中，执行第二步时，后一个继电器的吸合时间t_hh是步骤2)所述吸合预测时间t′_hh或是步骤1)所述吸合时间t_hh。

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