CN102155443B - 一种交流液压逆变控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流液压逆变控制系统及其控制方法，包括受CPU数字控制的第一液压集成块、第二液压集成块、蓄能器、液压管道、定量泵、安全阀等；第一液压集成块包含高速开关阀，各高速开关阀的进油端之间相互连通在一个进口油路上，出油端之间相互连通在一个出口油路上；第二液压集成块中包含两位两通高速开关阀，各高速开关阀的进油端之间相互连通在一个进口油路上，出油端之间相互连通在出口一个油路上；所有高速开关阀通过电缆连接到电控制系统，受计算机CPU输出的信号控制。该系统采用逆变控制方法将常规液压系统中的恒定方向、恒定流速的油流逆变为具有简谐运动特性的波动油流，同时可根据复杂控制策略进行较宽范围的流量、流速波形调节。

Description

一种交流液压逆变控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及液压流体机械系统，具体涉及一种交流液压逆变控制系统及其控制方法。

背景技术

在以液压振动桩锤、液压地探振源车、液驱振动压路机、液驱振动实验台等为代表的液压交流施振装置中必须对系统的油液流速和方向实施控制，并按工作规范产生符合要求的交变液体流量。目前，将直流液压系统转化为流量按简谐变化的交流液压系统通常采用由伺服阀控制双作用缸或由电机驱动的偏心轮控制柱塞缸的方法实现。但上述两种方法中，由于采用模拟量控制在实现的过程中往往难以完成复杂控制策略下对宽范围、高响应流量波形的调节。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明提出一种交流液压逆变控制系统及其控制方法。该系统将常规液压系统中的恒定方向、恒定流速的油流逆变为具有简谐运动特性的波动油流，同时可根据复杂控制策略进行较宽范围的流量、流速波形调节。

本发明通过下述技术方案实现：

一种交流液压逆变控制系统，包括受计算机CPU数字控制的第一液压集成块、第二液压集成块、蓄能器、液压管道、定量泵、安全阀、背压阀、电液比例溢流阀；

所述第一液压集成块包含两位两通高速开关阀，各高速开关阀的进油端之间相互连通在一个进口油路上，出油端之间相互连通在一个出口油路上；

所述第二液压集成块中包含两位两通高速开关阀，各高速开关阀的进油端之间相互连通在一个进口油路上，出油端之间相互连通在出口一个油路上；

所有高速开关阀的电磁铁均通过电缆连接到电控制系统，受计算机CPU输出的信号控制。

第一液压集成块的进口油路与定量泵的输出端口相连，第一液压集成块的出口油路与第二液压集成块的进口油路相连，并同时通过三通管道连接到液压管道的端口；

第二液压集成块的出口油路通过背压阀与油箱相接，液压管道的末端端口与蓄能器和电液比例溢流阀相连接。

所述蓄能器采用皮囊式、活塞式、重力式中的任意一种。

所述定量泵的出口端同时并联有安全阀。

上述交流液压逆变控制系统的控制方法，通过下述步骤实现：

(1)系统工作在前半周期时：计算机CPU输出控制信号，使第一液压集成块的各高速开关阀开启，第二液压集成块的各高速开关阀关闭，使定量泵输出的压力油流自第一液压集成块经三通管道流向蓄能器内，在此过程中对第一液压集成块中的受数字控制的各高速开关阀的开启或者闭合状态进行组合，实现对三通管道内流量以及流入蓄能器油量的正向简谐波动控制，同时蓄能器压力逐渐升高；

(2)系统工作在后半周期工作时：计算机CPU发出的控制信号使第一液压集成块内的各高速开关阀全部关闭，并按规律以数字控制方式对第二液压集成块内的各高速开关阀的开启或者闭合状态进行组合，这样，在蓄能器的压力作用下，油液在三通管道内反向流动，形成后半周期内的油流负向简谐波动，完成对三通管道中流量波形的一个周期控制。

所述流量峰值的变化通过被控高速开关阀的数量组合实现。

对于简谐流量运动周期值和相位值的调节则通过控制第一液压集成块、第二液压集成块中各高速开关阀的开闭频率及时延量来实现。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：

本发明交流液压逆变控制系统及其控制方法，技术手段简便易行，实现对第一液压集成块、第二液压集成块内各高速开关阀的启、闭状态进行组合，可使各个工作管路中，即油路中的油液流量按简谐振动规律实现正、反向流动。工作管路中的油液流量曲线的形成以插补方式实现。通过设置第一液压集成块、第二液压集成块内高速开关阀的数量，并调节其启闭控制周期，可实现对流量控制曲线的精细调节，达到以较小误差实现对标准流量控制曲线的拟合。

由于采用基于计算机的数字控制方式，使得对管路中振动流量的幅值和相位特性的调节可实时进行。进一步，可实现较为复杂的控制策略，以满足各类液压冲击振动设备对于运动性能、运动频率可宽范围调节的要求。

附图说明

图1为本发明交流液压逆变控制系统的结构示意图。

图2为图1中第一液压集成块、第二液压集成块分别由3只高速开关阀组成时的流量曲线图。

图3为图1中第一液压集成块、第二液压集成块分别由5只高速开关阀组成时的流量曲线图。

图4为交流液压逆变系统驱动双作用对称缸。

图5为交流液压逆变系统驱动单作用柱塞缸。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例

如图1所示，本发明交流液压逆变控制系统，包括受CPU数字控制的第一液压集成块A、第二液压集成块B、蓄能器G、液压管道、定量泵L、安全阀K、背压阀H、电液比例溢流阀N；

所述第一液压集成块A包含两位两通高速开关阀A1、A2、A3，各高速开关阀A1、A2、A3的进油端之间相互连通在一个进口油路上，出油端之间相互连通在一个出口油路上；

所述第二液压集成块B中包含两位两通高速开关阀B1、B2、B3，各高速开关阀B1、B2、B3的进油端之间相互连通在一个进口油路上，出油端之间相互连通在出口一个油路上；

所有高速开关阀A1、A2、A3、B1、B2、B3的电磁铁均通过电缆连接到电控制系统，受计算机CPU输出的信号控制。

第一液压集成块A的进口油路与定量泵L的输出端口相连，第一液压集成块A的出口油路与第二液压集成块B的进口油路相连，并同时通过三通管道连接到液压管道的端口C；

第二液压集成块B的出口油路通过背压阀H与油箱相接，液压管道的末端端口D与蓄能器G和电液比例溢流阀N相连接。

所述蓄能器G采用皮囊式、活塞式、重力式中的任意一种。所述定量泵L的出口端同时并联有安全阀K。

图1所示，高速开关阀的数量可根据流量实际控制需要来确定，一般情况下3～5支。所有高速开关阀的电磁铁均通过电缆连接到电控制系统，受计算机CPU输出的信号控制。液压集成块A的进口油路与定量泵L的输出端口相连，液压集成块A的出口油路与液压集成块B的进口油路相连，并同时通过三通管道连接到液压管道的端口C；液压集成块B的出口油路通过背压阀H与油箱相接。液压管道的末端端口D与蓄能器G和电液比例溢流阀N相连接。蓄能器G可以采用包括皮囊式、活塞式、重力式在内的各种形式蓄能器。定量泵L的出口端同时并联有安全阀K。

上述交流液压逆变控制系统的控制方法，通过下述步骤实现。

系统工作在前半周期时，从计算机系统CPU输出的控制信号使得高速开关阀A1、A2、A3开启，B1、B2、B3关闭。从定量泵L输出的压力油流自液压集成块A经三通管道流向蓄能器G内。在此过程中按照一定控制规律对液压集成块A中的受数字控制的高速开关阀A1、A2、A3启闭状态进行组合，可实现对三通管道内流量以及流入蓄能器G油量的正向(往右)简谐波动控制，同时蓄能器G压力逐渐升高。

系统工作在后半周期工作时，计算机CPU发出的控制信号使集成块A内的高速开关阀A1、A2、A3全部关闭，并按一定规律以数字控制方式对集成块B内高速开关阀B1、B2、B3的开启闭合状态进行组合，这样，在蓄能器G的压力作用下，可实现油液在三通管道内的反向(负)流动，形成后半周期内的油流负向简谐波动。至此，完成对三通管道中流量波形的一个周期控制。如此反复，可实现对管道三通管道内油流流量的简谐式周期变化的控制和调节。流量峰值的变化可通过被控开关阀的数量组合来实现，对于简谐流量运动周期值和相位值的调节则可通过控制两液压集成块A、B中各高速开关阀的开闭频率和时延量来实现。

在油液反向流动过程中，由于不同类型蓄能器特性不同(甚至同一蓄能器在不同阶段的工作特性也不同)，为保证对流量曲线的精确控制，需针对各种蓄能器采用不同形式的控制策略，这其中包括对集成电路A、B内各高速开关阀的开闭频率、开闭组合方式实施优化调整。

当集成块A内高速开关阀A1、A2、A3全部关闭时，定量泵L的出口压力急剧升高，油流从溢流阀K处溢出，返回油箱。

三通管道中油流简谐流量曲线是通过插补方法形成的。图2、图3表示了流量曲线的形成工作原理，从图中可以看出液压集成电路A、B中高速开关阀的数量越多、开关频率越快，则流量曲线更为精细，更为光滑，与标准控制曲线的误差越小。

通过液压集成电路A、B中不同高速开关阀的启闭组合，还可以实现对一般伺服阀不可更改的搭接开口形式的调整，可方便地形成正开口、零开口、负开口的形式。进一步地，通过软件程序控制的方法调节开口搭接量，可满足液压系统对压力冲击、系统效率的优化控制要求。

实际工作系统中为实现特定功能，可将三通管道替换成具有一定结构的液压负载工作装置，如图4所示的双作用液压缸E；

或也可以将蓄能器G换成如图5所示的单作用柱塞缸F等其他的液压执行工作负载装置，以执行特定的工作要求。

如上所述便可较好地实现本发明。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种交流液压逆变控制系统，其特征在于：包括受计算机CPU数字控制的第一液压集成块（A）和第二液压集成块（B）、蓄能器（G）、液压管道、定量泵（L）、安全阀（K）、背压阀（H）、电液比例溢流阀（N）； 

所述第一液压集成块（A）包含两位两通高速开关阀（A1、A2、A3），各高速开关阀（A1、A2、A3）的进油端之间相互连通在一个进口油路上，出油端之间相互连通在一个出口油路上；  

所述第二液压集成块（B）中包含两位两通高速开关阀（B1、B2、B3），各两位两通高速开关阀（B1、B2、B3）的进油端之间相互连通在一个进口油路上，出油端之间相互连通在出口一个油路上；

所有高速开关阀（A1、A2、A3、B1、B2、B3）的电磁铁均通过电缆连接到电控制系统，受计算机CPU输出的信号控制； 

第一液压集成块（A）的进口油路与定量泵（L）的输出端口相连，第一液压集成块（A）的出口油路与第二液压集成块（B）的进口油路相连，并同时通过三通管道连接到液压管道的前段端口（C）；

第二液压集成块（B）的出口油路通过背压阀（H）与油箱相接，液压管道的末端端口（D）与蓄能器（G）和电液比例溢流阀（N）相连接。

2.根据权利要求1所述的交流液压逆变控制系统，其特征在于，所述蓄能器（G）采用皮囊式、活塞式、重力式中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的交流液压逆变控制系统，其特征在于，所述定量泵（L）的出口端同时并联有安全阀（K）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的交流液压逆变控制系统的控制方法，其特征在于下述步骤：  

（1）系统工作在前半周期时：计算机CPU输出控制信号，使第一液压集成块（A）内的各高速开关阀A1、A2、A3开启，第二液压集成块（B）内的各高速开关阀B1、B2、B3关闭，使定量泵（L）输出的压力油流自第一液压集成块（A）经三通管道流向蓄能器（G）内，在此过程中对第一液压集成块（A）中的受数字控制的各高速开关阀A1、A2、A3开启或者闭合状态进行组合，实现对三通管道内流量以及流入蓄能器（G）油量的正向简谐波动控制，同时蓄能器（G）压力逐渐升高；         

（2）系统工作在后半周期工作时：计算机CPU发出的控制信号使第一液压集成块（A）内的各高速开关阀A1、A2、A3全部关闭，并按规律以数字控制方式对第二液压集成块（B）内各高速开关阀B1、B2、B3的开启或者闭合状态进行组合，这样，在蓄能器（G）的压力作用下，油液在三通管道内反向流动，形成后半周期内的油流负向简谐波动，完成对三通管道中流量波形的一个周期控制。

5.根据权利要求4所述的交流液压逆变控制系统的控制方法，其特征在于，所述流量峰值的变化通过被控高速开关阀的数量组合实现。

6.根据权利要求4所述的交流液压逆变控制系统的控制方法，其特征在于，对于简谐流量运动周期值和相位值的调节则通过控制第一液压集成块（A）、第二液压集成块（B）中各高速开关阀的开闭频率及时延量来实现。

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