CN104088842B - 一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法和系统，所述方法包括：获取螺距反馈值f；设置螺距设定值C；接受、标定螺距反馈值f和螺距设定值C，计算C和f的差值，设置比例方向阀指令递增值为d、递增周期为T、递增周期数为n，设置常数值a，激活比例方向阀控制死区自动识别功能，产生比例方向阀自动识别控制指令u1，确定比例方向阀正向死区值为Eah和反向死区值为Eas，关闭自动识别功能开启控制死区自动补偿功能，确定比例方向阀自动补偿控制指令u2；获取比例方向阀自动补偿控制指令u2并输出模拟量控制指令；采用所述模拟量控制指令控制调距桨实现变距动作。可自动识别比例方向阀的死区值而无需繁琐的手动操作，效率高。

Description

一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法和系统

技术领域

本发明涉及一种船用比例方向阀控制技术领域，更具体的说涉及一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法和系统。

背景技术

调距桨可通过调整螺距调整推力大小和方向，因此在船舶推进系统领域得到广泛应用；配置调距桨的船舶推进系统，往往配置液压泵站以驱动桨叶变距。现有调距桨的变距液压回路中执行元件通常采用比例方向阀，调距桨的螺距调节一般采用闭环控制方法通过控制信号控制比例方向阀阀口开度、进而控制液压油流量，从而实现调距桨的螺距调节。

但是，在实际应用中发现，比例方向阀在控制信号零点附近一般都有一定的死区，当控制信号落在死区内时，比例方向阀开口极小甚至不开口，导致调距桨无法实现变距动作。在调距桨控制系统中，这将导致螺距偏离设定值一定范围内无法得到及时的调整，只有当螺距设定值与螺距实际值的偏差达到一定程度、使比例方向阀控制指令大于死区值时，螺距偏差才能得以修正；因此，比例方向阀死区的存在影响了螺距的控制精度，必须采用一定措施获知比例方向阀的死区范围并予以补偿。

在调距桨液压回路中，对比例方向阀死区的测量一般在系统调试阶段，现有一般通过手动改变比例方向阀控制指令来观察调距桨螺距是否变化，通过多次尝试，逐步确定死区值。但是，通过手动改变比例方向阀控制指令的方法存在以下问题：（1）通过多次手动改变比例方向阀控制指令逐渐逼近死区值的方法需要较长的时间，操作繁琐；（2）每个比例方向阀需重复相同的工作以确定其死区值，工作效率低下。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的通过手动改变比例方向阀控制指令确定死区值操作繁琐、工作效率低下等问题，提供一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法和系统。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法，包括以下步骤：获取螺距反馈值f；设置螺距设定值C；

接受螺距反馈值f和螺距设定值C，标定螺距设定值C和螺距反馈值f，计算螺距设定值C和螺距反馈值f的差值，设置比例方向阀指令递增值为d、比例方向阀指令递增周期为T、比例方向阀指令递增周期数为n、常数值a，激活比例方向阀控制死区自动识别功能，产生比例方向阀自动识别控制指令u1，确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas，关闭比例方向阀控制死区的自动识别功能开启比例方向阀控制死区自动补偿功能，确定比例方向阀自动补偿控制指令u2；获取比例方向阀自动补偿控制指令u2并输出模拟量控制指令；采用所述模拟量控制指令控制调距桨实现变距动作。

所述标定螺距设定值C和螺距反馈值f，包括：将螺距设定值C标定为-100～100，对应螺距反向最大值到螺距正向最大值，0对应零螺距；将螺距反馈值f标定为-100～100，对应螺距反向最大值到螺距正向最大值，0对应零螺距。

所述激活比例方向阀控制死区自动识别功能、产生比例方向阀自动识别控制指令u1、确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas，包括：激活比例方向阀控制死区自动识别功能，此时屏蔽由闭环控制算法产生的比例方向阀控制指令；比例方向阀自动识别控制指令u1按照u1=n*d的规律递增，即第1个时间周期内比例方向阀控制指令为d，第2个时间周期内为2d，依次类推，在每个时间周期结束之前检测螺距反馈值f在本周期内的变化是否大于a，若大于a，则将当前u1值赋给正向死区值Eah，此时比例方向阀正向死区完成了自动识别；比例方向阀自动识别控制指令u1归零；比例方向阀自动识别控制指令u1按照u1=n*d的规律递减，即第1个时间周期内比例方向阀控制指令为-d，第2个时间周期内为-2d，依次类推，在每个时间周期结束之前检测螺距反馈值f在本周期内的变化是否大于a，若大于a，则将当前u值赋给反向死区值Eas，此时完成了比例方向阀反向死区识别。

所述确定比例方向阀自动补偿控制指令u2，包括：比例方向阀自动补偿控制指令u2按式u=g(C-f)+Eah计算；比例方向阀自动补偿控制指令u2按式u=g(C-f)+Eas计算；上述g为系数。

一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿系统，包括以下部分：螺距传感器，用于实时检测螺距反馈值f；螺距设置装置，用于设置螺距设定值C；控制单元，用于接受螺距反馈值f和螺距设定值C，用于标定螺距设定值C和螺距反馈值f，用于计算螺距设定值C和螺距反馈值f的差值，用于设置比例方向阀指令递增值为d、比例方向阀指令递增周期为T、比例方向阀指令递增周期数为n、常数值a，用于激活比例方向阀控制死区自动识别功能并产生比例方向阀自动识别控制指令u1，用于确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas，用于关闭比例方向阀控制死区的自动识别功能开启比例方向阀控制死区自动补偿功能，用于确定比例方向阀自动补偿控制指令u2；螺距控制单元，用于获取比例方向阀自动补偿控制指令u2并输出模拟控制指令；比例方向阀，用于根据模拟控制指令的方向和大小、控制液压油的方向和流量、从而控制调距桨实现变距动作。

所述控制单元为可编程逻辑控制器。

所述的螺距设置装置中包括控制手柄。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、对于每个比例方向阀，均可自动识别比例方向阀的死区值而无需繁琐的手动操作，效率较高，解决了现有的手动测量比例方向阀死区值操作繁琐、效率低下的问题。

2、每个比例方向阀均可通过相同的方法确定死区值，自动记录该值并在控制中予以补偿，具有良好的通用性，提高了机电液系统的调试效率；且发明中的方法操作简单，降低了对技术人员技术水平及调试经验的要求。

附图说明

图1是本发明中比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法流程图。

图2是本发明中比例方向阀控制死区的自动识别及补偿系统结构示意图。

图中，螺距传感器1，调距桨2。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

实施例一

参见图1，一种船用比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法，包括以下步骤：

获取螺距反馈值f。

设置螺距设定值C。

接受螺距反馈值f和螺距设定值C，标定螺距设定值C和螺距反馈值f，计算螺距设定值C和螺距反馈值f的差值，设置比例方向阀指令递增值为d、比例方向阀指令递增周期为T、比例方向阀指令递增周期数为n、常数值a，激活比例方向阀控制死区自动识别功能，产生比例方向阀自动识别控制指令u1，确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas，关闭比例方向阀控制死区的自动识别功能开启比例方向阀控制死区自动补偿功能，确定比例方向阀自动补偿控制指令u2。

其中，当比例方向阀自动识别控制指令u1或者比例方向阀自动补偿控制指令u2落在比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas两个值之间时，比例方向阀开口极小或不开口。

具体地，所述标定螺距设定值C和螺距反馈值f，包括将螺距设定值C标定为-100～100，对应螺距反向最大值（调距桨全倒车）到螺距正向最大值（调距桨全正车），0对应零螺距，此时调距桨无推力；将螺距反馈值f标定为-100～100，对应螺距反向最大值到螺距正向最大值，0对应零螺距。

具体地，所述激活比例方向阀控制死区自动识别功能，产生比例方向阀自动识别控制指令u1、确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas，包括：激活比例方向阀控制死区自动识别功能，屏蔽由闭环控制算法产生的比例方向阀控制指令；比例方向阀自动识别控制指令u1按照u1=n*d的规律递增，即第1个时间周期内比例方向阀控制指令为d，第2个时间周期内为2d，依次类推，在每个时间周期结束之前检测螺距反馈值f在本周期内的变化是否大于a，若大于a，则将当前u1值赋给正向死区值Eah，此时比例方向阀正向死区完成了自动识别；比例方向阀自动识别控制指令u1归零；比例方向阀自动识别控制指令u1按照u1=n*d的规律递减，即第1个时间周期内比例方向阀控制指令为-d，第2个时间周期内为-2d，依次类推，在每个时间周期结束之前检测螺距反馈值f在本周期内的变化是否大于a，若大于a，则将当前u值赋给反向死区值Eas，此时完成了比例方向阀反向死区识别。

具体地，所述确定比例方向阀自动补偿控制指令u2，包括：比例方向阀自动补偿控制指令u2按式u=g(C-f)+Eah计算；比例方向阀自动补偿控制指令u2按式u=g(C-f)+Eas计算；上述g为系数。

获取比例方向阀控制指令u并输出模拟控制指令。

采用所述模拟控制指令控制调距桨实现变距动作。

实施例二

参见图2，一种船用比例方向阀控制死区的自动识别及补偿系统，包括以下部分：

螺距传感器1，用于实时检测螺距反馈值f。

螺距设置装置，用于设置螺距设定值C。

控制单元，用于接受螺距反馈值f和螺距设定值C，用于标定螺距设定值C和螺距反馈值f，用于计算螺距设定值C和螺距反馈值f的差值。控制单元，用于设置比例方向阀指令递增值为d、比例方向阀指令递增周期为T、比例方向阀指令递增周期数为n、常数值a，此处的比例方向阀指令递增值为d和比例方向阀指令递增周期为T均为经验值，在实际应用中根据机电液系统的不同而不同；比例方向阀指令递增周期数n为自然数，表示第n个周期，当n=1时，表示第1个周期，此时u1=d，当n=2时，表示第二个周期，此时u1=2d；常数值a也为经验值，其单位与螺距反馈值f相同，大小可设置为螺距反馈值范围的5%。控制单元，用于激活比例方向阀控制死区自动识别功能并产生比例方向阀自动识别控制指令u1；用于确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas；用于关闭比例方向阀控制死区的自动识别功能开启比例方向阀控制死区自动补偿功能；用于确定比例方向阀自动补偿控制指令u2。

螺距控制单元，用于获取比例方向阀自动补偿控制指令u2并输出模拟控制指令。

比例方向阀，用于根据模拟控制指令的方向和大小、控制液压油的方向和流量、从而控制调距桨2实现变距动作。

进一步地，所述的螺距设置装置中包括控制手柄；所述的控制手柄产生螺距设定值C，其一般为4-20mA或者-5-+5VDC的模拟量信号，标定为-100—100的信号，对应螺距设定的反向最大值和正向最大值，0代表零螺距。

优选的，述控制单元为可编程逻辑控制器。

其中螺距传感器1安装在调距桨2轴系的末端，能够检测螺距的位置信号并转换为4-20mA模拟号输出到控制单元。控制单元和比例方向阀均与螺距控制单元相连，比例方向阀则通过液压管道与调距桨2相连。

上述系统在工作时，通过螺距传感器1获取检测螺距反馈值f；控制单元用于信号的采集和输出，并进行比例方向阀死区自动识别和补偿；螺距控制单元将比例方向阀自动补偿控制指令u2转化为-10V～+10V模拟控制指令并输出驱动比例方向阀工作；比例方向阀作为执行元件调整螺旋桨2的螺距变化。

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，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取螺距反馈值f；

设置螺距设定值C；

接受螺距反馈值f和螺距设定值C，标定螺距设定值C和螺距反馈值f，计算螺距设定值C和螺距反馈值f的差值，设置比例方向阀指令递增值为d、比例方向阀指令递增周期为T、比例方向阀指令递增周期数为n、常数值a，激活比例方向阀控制死区自动识别功能，产生比例方向阀自动识别控制指令u1，确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas，关闭比例方向阀控制死区的自动识别功能开启比例方向阀控制死区自动补偿功能，确定比例方向阀自动补偿控制指令u2；

获取比例方向阀自动补偿控制指令u2并输出模拟量控制指令；

采用所述模拟量控制指令控制调距桨实现变距动作。

2.根据权利要求1所述的一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法，其特征在于，所述标定螺距设定值C和螺距反馈值f，包括：

将螺距设定值C标定为-100～100，对应螺距反向最大值到螺距正向最大值，0对应零螺距；

将螺距反馈值f标定为-100～100，对应螺距反向最大值到螺距正向最大值，0对应零螺距。

3.根据权利要求1所述的一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法，其特征在于，所述激活比例方向阀控制死区自动识别功能、产生比例方向阀自动识别控制指令u1、确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas，包括：

激活比例方向阀控制死区自动识别功能，此时屏蔽由闭环控制算法产生的比例方向阀控制指令；

比例方向阀自动识别控制指令u1按照u1=n*d的规律递增，即第1个时间周期内比例方向阀控制指令为d，第2个时间周期内为2d，依次类推，在每个时间周期结束之前检测螺距反馈值f在本周期内的变化是否大于a，若大于a，则将当前u1值赋给正向死区值Eah，此时比例方向阀正向死区完成了自动识别；

比例方向阀自动识别控制指令u1归零；

比例方向阀自动识别控制指令u1按照u1=n*d的规律递减，即第1个时间周期内比例方向阀控制指令为-d，第2个时间周期内为-2d，依次类推，在每个时间周期结束之前检测螺距反馈值f在本周期内的变化是否大于a，若大于a，则将当前u值赋给反向死区值Eas，此时完成了比例方向阀反向死区识别。

4.根据权利要求3所述的一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿方法，其特征在于，所述确定比例方向阀自动补偿控制指令u2，包括：

比例方向阀自动补偿控制指令u2按式u=g(C-f)+Eah计算；

比例方向阀自动补偿控制指令u2按式u=g(C-f)+Eas计算；

上述g为系数。

5.一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿系统，其特征在于，包括以下部分：

螺距传感器（1），用于实时检测螺距反馈值f；

螺距设置装置，用于设置螺距设定值C；

控制单元，用于接受螺距反馈值f和螺距设定值C，用于标定螺距设定值C和螺距反馈值f，用于计算螺距设定值C和螺距反馈值f的差值，用于设置比例方向阀指令递增值为d、比例方向阀指令递增周期为T、比例方向阀指令递增周期数为n、常数值a，用于激活比例方向阀控制死区自动识别功能并产生比例方向阀自动识别控制指令u1，用于确定比例方向阀正向死区值为Eah和比例方向阀反向死区值为Eas，用于关闭比例方向阀控制死区的自动识别功能开启比例方向阀控制死区自动补偿功能，用于确定比例方向阀自动补偿控制指令u2；

螺距控制单元，用于获取比例方向阀自动补偿控制指令u2并输出模拟控制指令；

比例方向阀，用于根据模拟控制指令的方向和大小、控制液压油的方向和流量、从而控制调距桨（2）实现变距动作。

6.根据权利要求5所述的一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿系统，其特征在于：所述控制单元为可编程逻辑控制器。

7.根据权利要求5所述的一种比例方向阀控制死区的自动识别及补偿系统，其特征在于：所述的螺距设置装置中包括控制手柄。