CN102192217A - 基于多控制策略全数字电液位置控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多控制策略全数字电液位置控制系统，它包括用于检测被控对象位置信号的检测元件、与检测元件相连接的PLC控制器，还包括与PLC控制器相连接的校正补偿元件和信号放大器、以及信号放大器连接的电液数字阀，电液数字阀连接有执行元件，执行元件通过反馈元件与PLC控制器连接，其控制方法为，根据检测到的被控对象的信号与基准信号的差值进行分阶段控制电液数字阀中不同的阀工作，达到控制执行元件以不同的速度动作纠正偏差，克服了现有电液位置控制系统常出现的故障，运行十分不可靠的缺陷。具有控制精度高，响应快，工作稳定可靠，自适应性强的优点，可适用于各种需要分阶段控制的工业应用场合。

Description

基于多控制策略全数字电液位置控制系统

技术领域

本发明是利用分段控制集成式电液数字阀和微机(PLC)的有机结合，实现适应式的电液位置控制。它不同于电液伺服阀的单输入、单输出的模拟式结构，是一种智能型的输入、输出的位置电液控制系统。其特点是：通过微机(PLC)将多种信号综合后，以不同控制状态指挥电液数字阀，解决了稳定、准确达到被控对象的精确位置。该系统可适用于冶金设备、航天设备、机床、飞机方位控制及其它工业设备控制中。

背景技术

现有的技术中，涉及到高精度的电液位置控制领域，一般采用电液伺服阀控制系统，由于电液伺服阀系统对油质过滤精度高，易受外界干扰，而工业应用的环境中污染严重，难以满足电液伺服阀的要求，常常存在卡涩、拒动的问题，致使控制系统常常出现故障，运行十分不可靠。而且电液伺服阀存在系统造价昂贵、加工复杂不易维护管理等缺陷。特别是在需要分阶段控制不同流量的工业应用中，如在工业生产中，需要完成一套动作，既包括快速或中速前进(或后退)，又包括慢速接近，还包括微动以准确定位，现有的伺服电液位置控制系统不能解决这一问题。

发明内容

本发明的目的就是要解决现有的电液伺服阀控制系统存在的问题，而提供一种控制精确、稳定可靠、可选择性好、抗污染能力强的一种新型电液位置控制系统。

本发明的目的是通过如下措施来达到的：一种基于多控制策略全数字电液位置控制系统，它包括用于检测被控对象位置信号的检测元件1、与检测元件1相连接的PLC控制器3，还包括与PLC控制器3相连接的信号放大器4、以及信号放大器4连接的电液数字阀5，电液数字阀5连接有执行元件6，执行元件6通过反馈元件8与PLC控制器3连接，所述的电液数字阀5包括并联连接的电磁换向阀57、电磁球阀I 58、电磁球阀II 59，所述的电磁换向阀57与并联连接的液控单向阀I 53和液控单向阀II 54串联连接，所述的电磁球阀I 58与液控单向阀III 55串联连接，所述的电磁球阀II 59与液控单向阀IV 56串联连接，所述的电磁换向阀57、电磁球阀I 58和电磁球阀II 59和电液控单向可调节流阀510均与信号放大器4连接。

在上述技术方案中，基于多控制策略全数字电液位置控制系统，还包括电液控单向可调节流阀510，所述的电磁换向阀57与油源11连接的油路上连接有电液控单向可调节流阀510。

在上述技术方案中，所述的电磁换向阀57的进油口P与电液控单向可调节流阀510的输出口连接，电液控单向可调节流阀510的进油口连接油源511，所述的电磁球阀I 58和电磁球阀II 59的进油口P连接在油源511的压力油管路上，电磁换向阀57的回油口T连接回油箱512，电磁球阀I 58和电磁球阀II 59的回油口T连接回油箱512的回油管路上。

进一步地，所述的电磁球阀I 58和电磁球阀II 59为常闭式电磁球阀。

在上述技术方案中，所述的PLC控制器3的控制方法为：

开始：PLC控制器3初始化，检测被控元件的位置信号，得到信号输入到PLC控制器，进行比较、校正；

然后，将信号检测元件移动至被控制点中间确认为基点，移动被控元件；

最后，计算被控元件控制点与基点的偏差值Δu，进行比例积分计算，确定被控元件的位移量。

进一步地，所述的被控元件的位移量具体确定方法为：当

Δu＞A时，PLC控制器输出信号给电磁换向阀57、电液控单向可调节流阀510和电磁球阀I 58或电磁球阀II 59同时动作，控制被控元件快速运动，减小大偏差，并将减小后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当B＜Δu＜A时，PLC控制器输出信号给电磁换向阀57和电液控单向可调节流阀510，控制被控元件中速运动，减小偏差并将减小后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当C＜Δu＜B时，PLC控制器输出信号给电磁球阀I 58，控制被控元件低速运动，减小偏差并将消除后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当Δu＜C时，PLC控制器输出信号给电磁球阀II 59，PLC控制器输出PWM脉宽调制信号，驱动电磁球阀II 59输出微小流量，控制执行元件6的微小移动使Δu逼近为零，达到准确控制被控元件的位移，上述的A、B、C是预先设定的位移值，其中，A＞B＞C。

进一步地，所述的PLC控制器发出的信号，控制电液控单向可调节流阀510的不同开度状态，使电液控单向可调节流阀510输出不同流量控制被控元件的位移速度。

更进一步地，当系统采集到被控元件7的位置信号时，经过PLC校验后微小的位移偏差进行比例积分计算，由PLC控制器3发出相应的指令给执行元件6，驱动执行元件6进行工作。

上述PWM脉宽调制信号具体实施方法是：对检测元件1测量的被控对象7偏移量与基点的偏差进行比例和积分运算，其计算结果设有U，其与被控对象7位移Y之差乘以放大系数K后的值Δu，将Δu折算为与偏差量的大小成正比的脉冲宽度Ti，计算脉冲周期为T时的占空比D＝Ti/T×100％作为输出信号，作为电液数字阀5的导通时间进行脉宽调节，控制了执行元件6工作。

本发明基于多控制策略全数字电液位置控制系统，通过控制单元PLC控制器发出控制指令，经由PWM放大器放大后，分别或同时控制电磁换向阀57、电液控单向可调节流阀510、电磁球阀I 58和电磁球阀II 59的动作，提供不同的流量油液供给执行元件，实现不同阶段的速度控制。执行元件6通过反馈元件8与PLC控制器3连接，将执行元件6的信号实时传送给PLC控制器3，PLC控制器3根据反馈回的信号和基准信号计算偏差量，根据偏差量的大小来确定电液数字阀5的动作，并通过反馈元件8实时发送信号给PLC控制器3，形成一个闭环，达到位置精确定位的目的。

本发明所采用的控制方法，PLC控制器3根据所判断的偏差量范围确定电液数字阀5中的不同阀的动作，实现执行元件6以阶段性的速度纠正位移偏差，实现了执行元件6位移的精确控制，工作运行可靠性高，基本上是零故障，满足了生产要求。

附图说明

图1是本发明的系统结构组成框图；

图2是本发明的电液数字阀结构应用示意图；

图3是系统中的信号处理方法示意图；

图4是本发明的控制方法流程图；

图中：1、检测元件，2、校正补偿元件，3、PLC控制器，4、信号放大器，5、电液数字阀，6、执行元件，7、被控对象，8、反馈元件，53、液控单向阀I，54、液控单向阀II，55、液控单向阀III，56、液控单向阀IV，57、电磁换向阀，58、电磁球阀I，59、电磁球阀II，510、电液控单向可调节流阀，511、油源。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例详细描述本发明基于多控制策略全数字电液位置控制系统，但它们并不构成对本发明的限定。

参阅图1所示的基于多控制策略全数字电液位置控制系统，它包括用于检测被控对象7位置信号的检测元件1、与检测元件1相连接的PLC控制器3，还包括与PLC控制器3相连接的校正补偿元件2和信号放大器4、以及信号放大器4连接的电液数字阀5，电液数字阀5连接有执行元件6，执行元件6通过反馈元件8与PLC控制器3连接，其特征在于：所述的电液数字阀5包括并联连接的电磁换向阀57、电磁球阀I 58和电磁球阀II 59，所述的电磁换向阀57与油源511连接的油路上连接有电液控单向可调节流阀510，所述的电磁换向阀57与并联连接的液控单向阀I 53和液控单向阀II 54串联连接，所述的电磁球阀I 58与液控单向阀III 55串联连接，所述的电磁球阀II 59与液控单向阀IV 56串联连接，所述的电磁换向阀57、电液控单向可调节流阀510、电磁球阀I 58、电磁球阀II 59和电液控单向调节流阀510均与信号放大器4连接。

参阅图2可知，电液数字阀5中，PLC控制器3发出的控制信号直接进入信号放大器4，信号放大器4放大后可控制电磁换向阀57、电液控单向可调节流阀510、电磁球阀I 58和电磁球阀II 59的单独动作或联合动作，电磁换向阀57的输入端连接电液控单向可调节流阀510，电磁换向阀57的输出端通过液控单向阀I 53和液控单向阀II 54连接执行元件，电磁球阀I 58和电磁球阀II 59的输出端通过液控单向阀III 55和液控单向阀IV 56连接执行元件6。

参阅图4可知，所述的PLC控制器的控制方法为：

开始：PLC控制器初始化，检测被控元件的位置信号，得到信号输入到PLC控制器，进行比较、校正；

然后，将信号检测元件移动至被控制点中间确认为基点，移动被控元件；

最后，计算被控元件控制点与基点的偏差值Δu，进行比例积分计算，确定被控元件的位移量。

被控元件的位移量具体确定方法为：当Δu＞A时，PLC控制器输出信号给电磁换向阀57、电液控单向可调节流阀510和电磁球阀I 58同时动作，控制被控元件快速运动，减小大偏差，并将减小后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当B＜Δu＜A时，PLC控制器输出信号给电磁换向阀57和电液控单向可调节流阀510，控制被控元件中速运动，减小偏差并将减小后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当C＜Δu＜B时，PLC控制器输出信号给电磁球阀I 58，控制被控元件低速运动，减小偏差并将消除后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当Δu＜C时，PLC控制器输出信号给电磁球阀II 59，PLC控制器输出PWM脉宽调制信号，驱动电磁球阀II 59输出微小流量，控制执行元件6的微小移动使Δu逼近为零，达到准去控制被控元件的位移，上述的A、B、C是预先设定的位移值，其中，A＞B＞C。

PLC控制器发出的信号，控制电液控单向可调节流阀的不同开度如开度为1，2，3……n等不同的开度状态，使电液控单向可调节流阀输出不同流量控制被控对象的位移速度。

被控对象7开始偏差量很大时的快速阶段，PLC控制器3发出信号经信号放大器4放大后，控制电磁换向阀57、电液控单向可调节流阀510(开度调节到最大)、电磁球阀I 58或电磁球阀II 59均收到信号，各阀同时向执行元件6供油，得到大流量油液，执行元件6快速前进，消除大的偏差量，同时反馈元件8将执行元件6的动作信号反馈回PLC控制器3；在偏差量低到一定程度的中速阶段，PLC控制器3只控制电磁换向阀57、电液控单向可调节流阀510收到信号，执行元件得到中等流量的油液，实现中速快进，此时还可通过调节电液控单向可调节流阀510开度大小来适应偏差量要求；在若偏差量进一步减小的低速阶段，此时只控制电磁球阀I 58或电磁球阀II 59动作，执行元件6获得更小的流量，低速前进；当偏差接近于零时的微调阶段，此时由一个电磁球阀I 58或电磁球阀II 59动作，微调供油，使偏差量趋近于零，达到了准确控制的要求。在快速阶段、中速阶段、低速阶段和微调阶段均能接受到PLC控制器3的信号，自动适应调节量的变化，有效实现执行元件“启”与“停”的分段控制，由PLC控制器3结合放大器4控制电液数字阀5的动作，其控制精度高，响应快，工作稳定可靠，自适应性强，可适用于各种需要分阶段控制的工业应用场合。

在具体实施例中，当系统采集到被控元件7的位置信号时，经过PLC校验后进行比例积分计算，如图3所示，对微小的位移偏差进行精确定位，最后由PLC控制器3发出相应的指令给执行元件6，驱动执行元件6进行工作。

在具体实施例中，PWM脉宽调制信号具体实施方法是，对检测元件1测量的被控对象7偏移量与基点的偏差进行比例和积分运算，其计算结果设有U，其与被控对象7位移Y之差乘以放大系数K后的值，作为输出PWM脉宽调制信号。

当U-Y＞0时，控制电液数字阀5动作，执行元件6右移；

当U-Y＜0时，控制电液数字阀5动作，执行元件6左移。

放大输出值Δu计算如下：

Δu＝K(U-Y)＞0

将Δu折算为与偏差量的大小成正比的脉冲宽度Ti，当脉冲周期为T时的占空比：D＝Ti/T×100％，脉宽调制(PWM)是根据U与Y的偏差折算为D的输出，作用到数字阀的导通时间进行脉宽(占空比)调节，从而控制了执行元件工作，达到调节的目的，位置控制的目的就是最终调节达到Δu＝0。即通过对被控对象偏离目标值(基点)的偏差比例积分或比例积分微积分运算后，得到一个与该偏差值所对应的输出信号，输出到信号放大器4放大信号，来控制执行元件6的移动，检测元件1对物件的偏移量进行测量产生位移信号，转换为数字信号后与PLC控制器3的输出信号进行综合比较放大，输出控制执行元件6移动，直到调整到比例积分运算的调节信号和执行元件6的偏差信号之差为零。

Claims (9)

1.一种基于多控制策略全数字电液位置控制系统，其特征在于：它包括用于检测被控对象位置信号的检测元件(1)、与检测元件(1)相连接的PLC控制器(3)，与PLC控制器(3)相连接的信号放大器(4)、以及信号放大器(4)连接的电液数字阀(5)，电液数字阀(5)连接有执行元件(6)，执行元件(6)通过反馈元件(8)与PLC控制器(3)连接，所述的电液数字阀(5)包括并联连接的电磁换向阀(57)、电磁球阀I(58)和电磁球阀II(59)，所述的电磁换向阀(57)与并联连接的液控单向阀I(53)和液控单向阀II(54)串联连接，所述的电磁球阀I(58)与液控单向阀III(55)串联连接，所述的电磁球阀(59)与液控单向阀IV(56)串联连接，所述的电磁换向阀(57)、电磁球阀I(58)、电磁球阀II(59)和电液控单向可调节阀(510)均与信号放大器(4)连接。

2.根据权利要求1所述的分段控制集成式电液数字阀(5)，其特征在于：它还包括电液控单向可调节流阀(510)，所述的电磁换向阀(57)与油源(511)连接的油路上连接有电液控单向可调节流阀(510)。

3.根据权利要求2所述的基于多控制策略全数字电液位置控制系统，其特征在于：所述的电磁换向阀(57)的进油口P与电液控单向可调节流阀(510)的输出口连接，电液控单向可调节流阀(510)的进油口连接油源(511)，所述的电磁球阀I(58)和电磁球阀II(59)的进油口P连接在油源(511)的压力油管路上，电磁换向阀(7)的回油口T连接回油箱(512)，电磁球阀I(58)和电磁球阀II(59)的回油口T连接回油箱(512)的回油管路上。

4.根据权利要求1或2所述的基于多控制策略全数字电液位置控制系统，其特征在于：所述的电磁球阀I(58)和电磁球阀II(59)为常闭式电磁球阀。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于多控制策略全数字电液位置控制系统，其特征在于：所述的PLC控制器(3)的控制方法为：

开始：PLC控制器初始化，检测被控元件的位置信号，得到信号输入到PLC控制器，进行比较、校正；

然后，将信号检测元件移动至被控制点中间确认为基点，移动被控元件；

最后，计算被控元件控制点与基点的偏差值Δu，进行比例积分计算，确定被控元件的位移量。

6.根据权利要求5所述的基于多控制策略全数字电液位置控制系统，其特征在于：所述的被控元件的位移量确定方法为：当

Δu＞A时，PLC控制器输出信号给电磁换向阀(57)、电液控单向可调节流阀(510)和电磁球阀I(58)或电磁球阀II(59)同时动作，控制被控元件快速运动，减小大偏差，并将减小后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当B＜Δu＜A时，PLC控制器输出信号给电磁换向阀(57)和电液控单向可调节流阀(510)，控制被控元件中速运动，减小偏差并将减小后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当C＜Δu＜B时，PLC控制器输出信号给电磁球阀I(58)或或电磁球阀II(59)，控制被控元件低速运动，减小偏差并将消除后的偏差信号反馈到PLC控制器；

当Δu＜C时，PLC控制器输出信号给电磁球阀II(59)，PLC控制器输出PWM脉宽调制信号，驱动电磁球阀II(59)输出微小流量，控制执行元件(6)的微小移动使Δu逼近为零，达到准确控制被控元件的位移，上述的A、B、C预先设定的位移值，其中，A＞B＞C。

7.根据权利要求6所述的基于多控制策略全数字电液位置控制系统，其特征在于：所述的PLC控制器发出的信号控制电液控单向可调节流阀(510)的不同开度状态，使电液控单向可调节流阀(510)输出不同流量控制被控元件的位移速度。

8.根据权利要求6所述的基于多控制策略全数字电液位置控制系统，其特征在于：检测元件(1)采集到被控元件(7)的位置信号时，经过PLC校验后微小的位移偏差进行比例积分计算，由PLC控制器(3)发出相应的指令给执行元件(6)，驱动执行元件(6)进行工作。

9.根据权利要求6所述的基于多控制策略全数字电液位置控制系统，其特征在于PWM脉宽调制信号的实施方法是：对检测元件(1)测量的被控对象(7)偏移量与基点的偏差进行比例和积分运算，其计算结果设有U，其与被控对象(7)位移Y之差乘以放大系数K后的值Δu，将Δu折算为与偏差量的大小成正比的脉冲宽度Ti，计算脉冲周期为T时的占空比D＝Ti/T×100％作为输出信号，作为电液数字阀(5)的导通时间进行脉宽调节，控制了执行元件(6)工作。

Images