CN103775711B - 一种大流量直动压电减压阀控制方法 - Google Patents
一种大流量直动压电减压阀控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于传动装置换挡油压减压装置控制技术领域，为能够实现直动压电减压装置的高精度闭环压力控制，保证液压系统的准确减压和快速稳压功能，本发明提供一种大流量直动压电减压阀控制方法，基于内嵌式位移传感原理，通过压电驱动减压装置阀芯位移闭环控制方法，有效减少减压装置阀芯的振动，从而提高减压装置的减压速度和稳压精度；本发明的大流量直动压电减压阀控制方法控制精度高、响应速度快、简单实用，能有力保证减压装置满足传动换挡操纵液压系统的需求。
Description
技术领域
本发明属于传动装置换挡油压减压装置控制技术领域，具体涉及一种大流量直动压电减压阀控制方法，该控制方法能够实现直动压电减压装置的高精度闭环压力控制，保证液压系统的准确减压和快速稳压功能。
背景技术
传动换挡操纵液压系统中减压装置后压力稳定性与减压快慢速度，对换挡操纵精度和缓冲精度均有着重大影响，目前采用的减压装置为传统的液控减压装置，控制困难、响应较慢而且容易磨损和卡死，不易修正，从而容易导致系统失效。而针对新型压电驱动直动减压装置，可以利用其快速响应和比例特性，采用先进控制方法实现高精度压力控制。通过本发明的大流量直动压电减压阀控制方法可以实现减压阀阀芯位移的高精度控制，从而完成减压装置的快速稳压和准确减压功能。在专利网上未检索到该类大流量压电减压装置控制方法相关专利。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种大流量直动压电减压阀控制方法，通过先进控制方法，通过控制压电驱动直动减压装置阀芯的位移量，完成大流量直动压电减压装置减压功能，实现传动换挡控制油压的高精度减压和稳压。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种大流量直动压电减压阀控制方法，其特征在于：该控制方法主要包括压电驱动减压阀和压电减压装置PID控制器，其中压电驱动减压阀主要由压电堆执行器、压电减压阀阀芯和内嵌式位移传感器组成；具体包括如下步骤：
步骤一，当压电减压装置PID控制器通电后，系统开始自检及程序初始化，用户输入进出油口目标压力偏差值ΔPo；
步骤二，预置压电堆执行器驱动参数初始值，实现压电减压装置的初始工作状态，根据压电堆执行器驱动参数初始值，对压电堆执行器输出驱动信号；
步骤三，采集压电减压装置PID控制器根据内嵌式位移传感器实时测试压电减压阀阀芯的位移变化量x；
步骤四，将所述位移变化量x传输至压电减压装置PID控制器的信号调理模块中进行模数转换后传输至微控制器中，进行位移变化量x向减压装置进出油口压力偏差值的转换，根据公式计算当前进出油口压力偏差值ΔPi，其中Cd为流量系数，A为阀芯圆柱面积，d为阀口直径，ρ为液体密度，h0为阀口开度；
步骤五，计算压力控制偏差值ΔPo-ΔPi获取当前控制参数，根据压力偏差值ΔPo-ΔPi判断当前控制结果是否满足精度要求，如果满足则结束控制；如果不满足，重新调整控制参数，重复步骤一至步骤四，继续开展PID控制，计算新的进出油口压力偏差值ΔPi，根据公式得出压电堆执行器新的驱动参数，开始新一轮控制循环，直至压力控制偏差值ΔPo-ΔPi满足要求后停止控制。
其中，使所述控制偏差值ΔPo-ΔPi保持在允许的偏差范围内，保证实现高精度稳压和快速减压功能。
其中，所述压电驱动减压阀主要由压电执行机构、液压放大机构和减压阀体3个部件组成；所述减压阀体分为上减压阀体和下减压阀体两部分，上减压阀体内部装有压电执行机构和液压放大机构，上减压阀体和下减压阀体通过连接螺栓并配以弹簧垫片和平垫进行连接，上减压阀体和下减压阀体之间采用纸垫进行密封，下减压阀体的下部通过减压阀盖板进行密封。下减压阀体内部具有一个内嵌式位移传感器，实现阀芯位移实时测试及信号传输。
其中，所述压电减压装置PID控制器主要包括微处理器、信号调理模块、扩展存储模块、电源处理模块和压电执行器驱动模块组成；其中微处理器用于压力PID控制算法的计算及压电堆执行器驱动参数计算；同时接收信号调理电路的位移传感器信号；电源处理模块实现24V供电电压向微处理器5V供电电压和位移传感器12V供电电压的转换；压电执行器驱动模块用于驱动压电堆执行器。
其中，所述内嵌式位移传感器主要由传感器上体、传感器下体、线缆和密封套组成，当传感器上体和传感器下体之间的距离发生变化时，会在传感器下体上感应产生变化的磁场，从而产生相应电气信号，线缆用于为传感器下体供电和将信号传输至压电减压装置PID控制器中；所述密封套安装在下减压阀体的盖板孔中，并与盖板孔采用紧配合，保证密封效果，同时在装配时将密封套两端涂抹密封胶，辅助密封。
其中，所述传感器上体为永磁材料；传感器下体为软磁材料；所述密封套为高温耐油橡胶材料。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
1、本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法，基于内嵌式位移传感原理，通过压电驱动减压装置阀芯位移闭环控制方法，有效减少减压装置阀芯的振动，从而提高减压装置的减压速度和稳压精度；
2、本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法控制精度高、响应速度快、简单实用，能有力保证减压装置满足传动换挡操纵液压系统的需求。
附图说明
图1为本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法的原理示意图；
图2为本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法中压电驱动减压阀的结构示意图；
图3为本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法中内嵌式位移传感器的结构示意图；
图4为本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法中内嵌式位移传感器线缆密封套的结构示意图
图5为本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法中压电减压装置PID控制器的组成示意图；
图6为本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法中压电减压装置PID控制器控制算法的流程图；
图7为本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法中压电减压装置PID控制器控制结果曲线图；其中图7a为减压装置入口压力大幅度波动时减压装置出口压力结果曲线；图7b为减压装置出口负载大幅度变化时减压装置出口压力结果曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供的大流量直动压电减压阀控制方法，该控制方法主要包括压电驱动减压阀1和压电减压装置PID控制器5，其中压电驱动减压阀1主要由压电堆执行器2、压电减压阀阀芯3和内嵌式位移传感器4组成；具体包括如下步骤：
步骤一，当压电减压装置PID控制器5通电后，系统开始自检及程序初始化，用户输入进出油口目标压力偏差值ΔPo；
步骤二，预置压电堆执行器2驱动参数初始值，实现压电减压装置的初始工作状态，根据压电堆执行器2驱动参数初始值，对压电堆执行器2输出驱动信号；
步骤三，采集压电减压装置PID控制器5根据内嵌式位移传感器4实时测试压电减压阀阀芯3的位移变化量x；
步骤四，将所述位移变化量x传输至压电减压装置PID控制器5的信号调理模块23中进行模数转换后传输至微控制器中，进行位移变化量x向减压装置进出油口压力偏差值的转换，根据公式计算当前进出油口压力偏差值ΔPi，其中 Cd为流量系数，A为阀芯圆柱面积，d为阀口直径，ρ为液体密度，h0为阀口开度；
步骤五，计算压力控制偏差值ΔPo-ΔPi获取当前控制参数，根据压力偏差值ΔPo-ΔPi判断当前控制结果是否满足精度要求，如果满足则结束控制；如果不满足，重新调整控制参数，重复步骤一至步骤四，继续开展PID控制，计算新的进出油口压力偏差值ΔPi，根据公式得出压电堆执行器2新的驱动参数，开始新一轮控制循环，直至压力控制偏差值ΔPo-ΔPi满足要求后停止控制。
其中，使所述控制偏差值ΔPo-ΔPi保持在允许的偏差范围内，保证实现高精度稳压和快速减压功能。
如图2所示，所述压电驱动减压阀1主要由压电执行机构6、液压放大机构7和减压阀体3个部件组成；所述减压阀体分为上减压阀体8和下减压阀体11两部分，上减压阀体8内部装有压电执行机构6和液压放大机构7，上减压阀体8和下减压阀体11通过连接螺栓12并配以弹簧垫片13和平垫14进行连接，上减压阀体8和下减压阀体11之间采用纸垫9进行密封，下减压阀体11的下部通过减压阀盖板进行密封。下减压阀体11内部具有一个内嵌式位移传感器4，实现阀芯位移实时测试及信号传输。
如图3所示，所述内嵌式位移传感器4主要由传感器上体15、传感器下体16、线缆17和密封套18组成，当传感器上体15和传感器下体16之间的距离发生变化时，会在传感器下体16上感应产生变化的磁场，从而产生相应电气信号，线缆17用于为传感器下体16供电和将信号传输至压电减压装置PID控制器5中；所述密封套18安装在下减压阀体11的盖板孔中，并与盖板孔采用紧配合，保证密封效果，同时在装配时将密封套18两端涂抹密封胶，辅助密封。
如图4所示，本发明提供的内嵌式位移传感器线缆密封套中密封套20具有上涂胶锥面19和下涂胶锥面21，锥面参数为0.5x45°，密封套20安装在下减压阀体11的盖板孔后，涂抹耐油耐高温密封胶于上涂胶锥面19和下涂胶锥面21，待固化后，可以投入使用。
如图5所示，所述压电减压装置PID控制器5主要包括主要包括微处理器22、信号调理模块23、扩展存储模块24、电源处理模块5和压电执行器驱动模块26组成；其中微处理器22用于压力PID控制算法的计算及压电堆执行器2驱动参数计算；同时接收信号调理电路23的位移传感器信号；电源处理模块25实现24V供电电压向微处理器22供电电压(+5V)和位移传感器4供电电压(+12V)的转换；压电执行器驱动模块26用于驱动压电堆执行器2。
其中，所述传感器上体15为永磁材料；传感器下体16为软磁材料；所述密封套18为高温耐油橡胶材料。
如图6所示，本发明提供的压电减压装置PID控制器控制算法流程，其中S5完成系统上电，为系统工作提供所需能源。S10为程序初始化，即初始化PID控制器计算程序，初始化扩展存储器32和信号调理模块31。S15为输入进出油口目标压力偏差值ΔPo。S20为预置压电执行器驱动参数初始值，实现压电减压装置的初始工作状态。S25为根据压电执行器驱动参数初始值，对压电堆执行器输出驱动信号。S30为采集位移数值x，为控制器计算当前进出口压力差值做准备。S35为计算当前进出油口压力偏差值ΔPi，为控制器PID控制算法计算做准备。S40为计算压力控制偏差值(ΔPo-ΔPi)，为控制器PID控制算法计算提供参数。S45为根据压力偏差值判断当前控制结果是否满足精度要求，如果满足则结束控制；如果不满足，重新调整控制参数，继续开展PID控制。S50为计算未来进出油口压力偏差值ΔPi+1，为新的控制循环做准备。S55为根据新的控制参数设置压电执行器驱动参数新值，实现压电堆执行器新的运动状态。S60为控制过程结束。
如图7所示，本发明提供的控制方法在减压装置入口压力大幅度波动时减压装置出口压力结果曲线，其中图7a为本发明的控制方法在减压装置入口压力大幅度波动时减压装置出口压力结果曲线；图7b为本发明的控制方法在减压装置出口负载大幅度变化时减压装置出口压力结果曲线。可以看出，本发明的控制方法在大流量压电减压装置入口压力、出口负载多变工况下均能高响应、高精度和强稳态地实现减压装置的稳压和减压功能。
工作过程：
当压电减压装置PID控制器5上电后，系统开始自检及程序初始化，用户输入进出油口目标压力偏差值ΔPo。预置压电执行器驱动参数初始值，实现压电减压装置的初始工作状态，根据压电执行器驱动参数初始值，对压电堆执行器输出驱动信号。采集位移信号x，根据公式计算当前进出油口压力偏差值ΔPi，其中Cd为流量系数，A为阀芯圆柱面积，d为阀口直径，ρ为液体密度。随后，计算压力控制偏差值(ΔPo-ΔPi)获取当前控制参数，根据压力偏差值判断当前控制结果是否满足精度要求，如果满足则结束控制；如果不满足，重新调整控制参数，继续开展PID控制，计算新的进出油口压力偏差值ΔPi+1，根据公式得出压电堆执行器新的驱动参数，开始新一轮控制循环，直至压力控制偏差值(ΔPo-ΔPi)满足要求后停止控制。使该偏差值保持在允许的偏差范围内，保证实现高精度稳压和快速减压功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种大流量直动压电减压阀控制方法，其特征在于：该控制方法主要包括压电驱动减压阀(1)和压电减压装置PID控制器(5)，其中压电驱动减压阀(1)主要由压电堆执行器(2)、压电减压阀阀芯(3)和内嵌式位移传感器(4)组成；具体包括如下步骤：
步骤一，当压电减压装置PID控制器(5)通电后，系统开始自检及程序初始化，用户输入进出油口目标压力偏差值ΔPo；
步骤二，预置压电堆执行器(2)驱动参数初始值，实现压电减压装置的初始工作状态，根据压电堆执行器(2)驱动参数初始值，对压电堆执行器(2)输出驱动信号；
步骤三，采集压电减压装置PID控制器(5)根据内嵌式位移传感器(4)实时测试压电减压阀阀芯(3)的位移变化量x；
步骤四，将所述位移变化量x传输至压电减压装置PID控制器(5)的信号调理模块(23)中进行模数转换后传输至微控制器中，进行位移变化量x向减压装置进出油口压力偏差值的转换，根据公式计算当前进出油口压力偏差值ΔPi，其中Cd为流量系数，A为阀芯圆柱面积，d为阀口直径，ρ为液体密度，h0为阀口开度；
步骤五，计算压力控制偏差值ΔPo-ΔPi获取当前控制参数，根据压力偏差值ΔPo-ΔPi判断当前控制结果是否满足精度要求，如果满足则结束控制；如果不满足，重新调整控制参数，重复步骤一至步骤四，继续开展PID控制，计算新的进出油口压力偏差值ΔPi，根据公式得出压电堆执行器(2)新的驱动参数，开始新一轮控制循环，直至压力控制偏差值ΔPo-ΔPi满足要求后停止控制。
2.根据权利要求1所述的大流量直动压电减压阀控制方法，其特征在于：使所述控制偏差值ΔPo-ΔPi保持在允许的偏差范围内，保证实现高精度稳压和快速减压功能。
3.根据权利要求1所述的大流量直动压电减压阀控制方法，其特征在于：所述压电驱动减压阀(1)主要由压电执行机构(6)、液压放大机构(7)和减压阀体3个部件组成；所述减压阀体分为上减压阀体(8)和下减压阀体(11)两部分，上减压阀体(8)内部装有压电执行机构(6)和液压放大机构(7)，上减压阀体(8)和下减压阀体(11)通过连接螺栓(12)并配以弹簧垫片(13)和平垫(14)进行连接，上减压阀体(8)和下减压阀体(11)之间采用纸垫(9)进行密封，下减压阀体(11)的下部通过减压阀盖板进行密封；下减压阀体(11)内部具有一个内嵌式位移传感器(4)，实现阀芯位移实时测试及信号传输。
4.根据权利要求1所述的大流量直动压电减压阀控制方法，其特征在于：所述压电减压装置PID控制器(5)包括微处理器(22)、信号调理模块(23)、扩展存储模块(24)、电源处理模块(25)和压电执行器驱动模块(26)；其中微处理器(22)用于压力PID控制算法的计算及压电堆执行器(2)驱动参数计算；同时接收信号调理模块(23)的位移传感器信号；电源处理模块(25)实现24V供电电压向微处理器(22)5V供电电压和位移传感器(4)12V供电电压的转换；压电执行器驱动模块(26)用于驱动压电堆执行器(2)。
5.根据权利要求1所述的大流量直动压电减压阀控制方法，其特征在于：所述内嵌式位移传感器(4)主要由传感器上体(15)、传感器下体(16)、线缆(17)和密封套(18)组成，当传感器上体(15)和传感器下体(16)之间的距离发生变化时，会在传感器下体(16)上感应产生变化的磁场，从而产生相应电气信号，线缆(17)用于为传感器下体(16)供电和将信号传输至压电减压装置PID控制器(5)中；所述密封套(18)安装在下减压阀体(11)的盖板孔中，并与盖板孔采用紧配合，保证密封效果，同时在装配时将密封套(18)两端涂抹密封胶，辅助密封。
6.根据权利要求5所述的大流量直动压电减压阀控制方法，其特征在于：所述传感器上体(15)为永磁材料；传感器下体(16)为软磁材料；所述密封套(18)为高温耐油橡胶材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160406 Termination date: 20200213 |