CN105003479A - 一种大流量插装式三位四通电液伺服阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大流量插装式三位四通电液伺服阀，包括控制单元和四个插装式二通伺服阀；控制单元的四个信号输出口分别与四个插装式二通伺服阀的控制信号输入口连接；控制单元的四个信号输入口分别与四个插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口连接；四个插装式二通伺服阀两两串联，一个阀的出油口与另一个阀的进油口相连接，形成两组串联双阀；两组串联双阀的出油口均用于与油箱相连接，两组串联双阀的进油口均用于与液压油源相连接；相当于两组串联双阀并联，构成桥式回路，形成具有三位四通功能的大流量插装式电液伺服阀；插装式二通伺服阀在控制单元的控制下，通过改变其阀口开度实现油液流向及油液流量的改变；有效解决目前电液伺服阀存在的大流量与高频响之间的矛盾，具有大流量与高频响的技术特性。

Description

一种大流量插装式三位四通电液伺服阀及其控制方法

技术领域

本发明属于流体传动及控制领域，更具体的，涉及一种大流量插装式三位四通电液伺服阀及其控制方法。

背景技术

电液伺服系统由于其输出功率大、控制精度高、结构紧凑等优点,在工业控制领域被广泛地应用。随着电液伺服系统工业应用领域的不断发展,对电液伺服系统的要求越来越高。而电液伺服阀作为电液伺服系统中电气单元和液压单元的连接枢纽，是系统中的关键控制元件，对其要求也相应越来越高。在大型液压阻尼器高频电液加载试验台中,要求伺服系统输出力较大且具有较高频率；为满足该要求，需要电液伺服阀同时满足高压、大流量及高频响等技术要求。而现有的电液伺服阀随着流量的增加，频率响应会相应降低，难以同时满足大流量及高频响的技术要求。

为提高电液伺服阀的流量及频响，现有技术是采用高性能的电—机械转换装置或先导级放大的方法；实践表明，无论采用何种先进的电—机械转换装置，都难以实现2000L/min以上的流量。在面对大流量需求时，需采用先导级放大的方案即先导阀驱动主阀的结构形式；而现有的具有三位四通功能的大流量电液伺服阀，多为三级伺服阀，主阀阀芯采用滑阀结构，具有线性度好，流量增益高等优点，但由于滑阀通流能力及结构特性的限制，难以实现大流量(2000L/min以上)高频响的性能需求。

为了实现大流量，现有技术里，大流量插装式二通伺服阀的主阀采用插装式锥阀，但该类伺服阀只具有二位二通的功能，不能实现三位四通，因此其应用范围较窄，面对大多数电液伺服系统，特别是类似大型阻尼器电液加载试验台时，无法满足需求。

因此，对于具有三位四通功能的大流量电液伺服阀，且同时满足大流量与高频响需求，是流体控制领域的迫切需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种大流量插装式三位四通电液伺服阀及其控制方法，其目的在于解决现有的电液伺服阀随着流量的增加，频率响应降低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种大流量插装式三位四通电液伺服阀，包括控制单元和四个插装式二通伺服阀；

控制单元的四个信号输出口分别与四个插装式二通伺服阀的控制信号输入口相连接；控制单元的四个反馈信号输入口分别与四个插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口相连接；

四个插装式二通伺服阀两两串联，一个阀的出油口与另一个阀的进油口相连接，形成两组串联双阀；具体的，第一插装式二通伺服阀的出油口与第二插装式二通伺服阀的进油口相连接，形成第一串联双阀；

第三插装式二通伺服阀的出油口与第四插装式二通伺服阀的进油口相连接，形成第二串联双阀；

两组串联双阀的出油口均用于与油箱相连接，进油口均用于与液压油源相连接，相当于两组串联双阀并联，构成桥式回路，形成具有三位四通功能的大流量插装式电液伺服阀；

四个插装式二通伺服阀在控制单元的控制下，通过调整各阀口开度的来实现对油液流向及油液流量的调整；上述四个插装式二通伺服阀的串并联结构及控制，实现大流量与高频响。

优选地，一个插装式二通伺服阀包括先导阀和插装式主阀，由先导阀驱动插装式主阀阀芯运动；

先导阀采用小流量高频响的电液伺服阀；插装式主阀采用主动控制插装式锥阀，其阀芯采用中空结构，阀芯上下端相连通，压力相等，受力平衡，同时阀芯带有位移传感器；

先导阀的第一工作油口与插装式主阀控制腔的上腔连接，第二工作油口与插装式主阀控制腔的下腔连接；先导阀的控制信号输入端作为插装式二通伺服阀的控制信号输入口；插装式主阀的位移传感器的位移电信号输出口作为插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口；插装式主阀的进油口作为插装式二通伺服阀的进油口，插装式主阀的出油口作为插装式二通伺服阀的出油口。

当大流量插装式三位四通电液伺服阀的四个插装式二通伺服阀均保持关闭状态时，实现大流量插装式三位四通电液伺服阀的中位机能，即O型机能；

当大流量插装式三位四通电液伺服阀的第一串联双阀中，与液压油源相连接的插装式二通伺服阀开启及运动，与油箱相连接的插装式二通伺服阀保持关闭；且第二串联双阀中，与油箱相连接的插装式二通伺服阀开启及运动，与液压油源相连接的插装式二通伺服阀保持关闭；且两个开启的插装式二通伺服阀保持同步；从而实现大流量插装式三位四通电液伺服阀的左位机能；

当大流量插装式三位四通电液伺服阀的第一串联双阀中，与液压油源相连接的插装式二通伺服阀保持关闭，与油箱相连接的插装式二通伺服阀开启及运动；且第二串联双阀中，与油箱相连接的插装式二通伺服阀保持关闭，与液压油源相连接的插装式二通伺服阀开启及运动；且两个开启的插装式二通伺服阀保持同步；从而实现大流量插装式三位四通电液伺服阀的右位功能。

为实现大流量插装式电液伺服阀的三位四通功能，需要两个插装式二通伺服阀同步开启及运动；为保证双阀具有较好的同步性，在选取元件时尽量保证元件之间的差异性较小；同时在工作时保证双阀有着相近的工况。

但在实际工程应用过程中，液压系统泄漏、元器件制造误差及控制元件的性能差异等众多非线性因素，导致两个串联插装式二通伺服阀响应不同步，即双阀的非同步一定存在，双阀同步性难以保证；

如果两个串联插装式二通伺服阀不能具有较好的同步性，即一个阀响应较快，另一个阀响应较慢，则响应较慢的阀经影响整个大流量插装式电液伺服阀的性能；由于响应较慢的阀使得响应较快的阀无法发挥其性能优势，从而使得整个大流量插装式电液伺服阀响应变慢，性能变差；因此两个插装式二通伺服阀的同步性对于整个大流量插装式电液伺服阀的性能有着较大的影响。

因此，按照本发明的另一方面，提供了上述流量插装式三位四通电液伺服阀的控制方法，包括单一插装式二通伺服阀的阀芯位移闭环控制，以及为实现三位四通功能，多个插装式二通伺服阀的协同同步控制；

单一插装式二通伺服阀的控制方法实现单一插装式二通伺服阀的精确控制且保证其具有较高的频响；多个插装式二通伺服阀的协同控制实现其三位四通功能且保证大流量插装式电液伺服阀具有较好的性能；通过两者之间的有效结合，完成大流量插装式电液伺服阀的整体控制，使其具有三位四通功能，且具有较好的响应性能。

其中，单一插装式二通伺服阀的阀芯位移闭环控制方法具体如下：

a、通过阀芯位置控制信号，控制先导阀阀芯运动，使得先导阀的阀口开度变化，使得先导阀的输出流量发生变化，驱动插装式主阀阀芯运动；

b、获取主阀阀芯的位移信号，并将所述阀芯位置控制信号与阀芯的位移信号对比，获取阀芯位移的误差；

c、将阀芯位移误差通过校正，获取阀芯位置控制信号校正值；

d、通过所述阀芯位置控制信号校正值，控制先导阀阀芯运动，调整先导阀的阀口开度大小，以调整先导阀的输出流量，以驱动插装式主阀阀芯运动；

按照上述a～d步骤循环，实现对插装式二通伺服阀阀芯位移的闭环控制。

优选的，对四个插装式二通伺服阀的协同同步控制方法具体如下：

(1)在一组阀同步开启及运动的过程中，另外一组阀的阀芯位移输入指令为零，使其保持关闭状态；

(2)采用基于同步误差交叉耦合的同步模糊控制方法，实现两个插装式二通伺服阀的同步控制，以使得大流量插装式电液伺服阀具有较好的响应性能；

优选的，步骤(2)中基于同步误差交叉耦合的同步模糊控制方法具体如下：

(2.1)将两个同步运动的插装式二通伺服阀的阀芯位移指令保持一致，实现各插装式二通伺服阀阀芯位移的闭环控制；

(2.2)获取两个同步运动的插装式二通伺服阀的阀芯位移误差，并根据两个阀芯位移误差，获取两个同步运动的插装式二通伺服阀之间的同步误差；

(2.3)将上述同步误差乘以交叉耦合增益系数，获取同步误差补偿控制量；

并根据同步误差补偿控制量与单一插装式二通伺服阀的控制量，获取插装式二通伺服阀阀芯位移输入控制量；

通过同步误差的运算反馈，减小响应较快的阀的控制量，使其响应变慢；而增大响应较慢的阀的控制量，使其响应变快；从而实现两者的同步控制；其中的交叉耦合增益系数通过模糊控制整定获取，是一个时变参数。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)通过多个高响应的插装式二通伺服阀的串并联设计及控制，与传统的滑阀式大流量电液伺服阀相比，有效解决目前电液伺服阀存在的大流量与高频响之间的矛盾，具有大流量与高频响的技术特性；

(2)与工业常用的大流量高响应插装式二通伺服阀相比，其具有三位四通功能，具有更为广泛的应用前景，能够满足工业应用，特别是高频电液加载试验台对于大流量伺服阀的迫切需求。

附图说明

图1是实施例提供的大流量插装式三位四通功能电液伺服阀结构原理示意图；

图2是实施例提供的基于交叉耦合的双阀同步控制方法原理图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

Ⅰ-第一插装式二通伺服阀、Ⅱ-第二插装式二通伺服阀、Ⅲ-第三插装式二通伺服阀、Ⅳ-第四插装式二通伺服阀、Ⅴ-控制单元；

5.1-控制单元第一控制信号输出口、5.3-控制单元第二控制信号输出口、5.5-控制单元第三控制信号输出口、5.7-控制单元第四控制信号输出口；

5.2-控制单元第一反馈信号输入口、5.4-控制单元第二反馈信号输入口、5.6-控制单元第三反馈信号输入口、5.8-控制单元第四反馈信号输入口；

1.1-第一插装式二通伺服阀的控制信号输入口、2.1-第二插装式二通伺服阀的控制信号输入口、3.1-第三插装式二通伺服阀的控制信号输入口、4.1-第四插装式二通伺服阀的控制信号输入口；

1.2-第一插装式二通伺服阀的先导阀、2.2-第二插装式二通伺服阀的先导阀、3.2-第三插装式二通伺服阀的先导阀、4.2-第四插装式二通伺服阀的先导阀；

1.3-第一插装式二通伺服阀的先导阀的第一工作油口、1.4-第一插装式二通伺服阀的先导阀的第二工作油口、2.3-第二插装式二通伺服阀的先导阀的第一工作油口、2.4-第二插装式二通伺服阀的先导阀的第二工作油口、3.3-第三插装式二通伺服阀的先导阀的第一工作油口、3.4-第三插装式二通伺服阀的先导阀的第二工作油口、4.3-第四插装式二通伺服阀的先导阀的第一工作油口、4.4-第四插装式二通伺服阀的先导阀的第二工作油口；

1.8-第一插装式二通伺服阀的插装式主阀、2.8-第二插装式二通伺服阀的插装式主阀、3.8-第三插装式二通伺服阀的插装式主阀、4.8-第四插装式二通伺服阀的插装式主阀；

1.5-第一插装式主阀的控制腔下腔、1.6-第一插装式主阀的控制腔上腔、2.5-第二插装式主阀的控制腔下腔、2.6-第二插装式主阀的控制腔上腔、3.5-第三插装式主阀的控制腔下腔、3.6-第三插装式主阀的控制腔上腔、4.5-第四插装式主阀的控制腔下腔、4.6-第四插装式主阀的控制腔上腔；

1.7-第一插装式主阀的阀芯位移传感器、2.7-第二插装式主阀的阀芯位移传感器、3.7-第三插装式主阀的阀芯位移传感器、4.7-第四插装式主阀的阀芯位移传感器；

1.9-第一插装式二通伺服阀的进油口、1.10-第一插装式二通伺服阀的出油口、2.9-第二插装式二通伺服阀的进油口、2.10-第二插装式二通伺服阀的出油口、3.9-第三插装式二通伺服阀的进油口、3.10-第三插装式二通伺服阀的出油口、4.9-第四插装式二通伺服阀的进油口、4.10-第四插装式二通伺服阀的出油口；

T-回油油口T、G-单一插装式二通伺服阀复合控制器的传递函数、G1-第一插装式二通伺服阀的阀芯位移与输入指令的传递函数、G3-第二插装式二通伺服阀的阀芯位移与输入指令的传递函数、K1-第一交叉耦合增益系数、K3-第二交叉耦合增益系数。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例提供的大流量插装式三位四通功能电液伺服阀结构原理如图1所示，包括第一插装式二通伺服阀Ⅰ、第二插装式二通伺服阀Ⅱ、第三插装式二通伺服阀Ⅲ、第四插装式二通伺服阀Ⅳ、控制单元Ⅴ；四个插装式二通伺服阀规格相同，均由先导阀和插装式主阀组成，先导阀采用小流量高频响的电液伺服阀；

在实施例里，先导阀采用日本油研公司LVSG-03-60,其截止频率可达290Hz；插装式主阀采用美国MOOG公司DSHR系列主动控制式插装锥阀；

第一插装式二通伺服阀的控制信号输入口1.1与控制单元Ⅴ的第一控制信号输出口5.1连接；第二插装式二通伺服阀的控制信号输入口2.1与控制单元Ⅴ的第二控制信号输出口5.3连接、第三插装式二通伺服阀的控制信号输入口3.1与控制单元Ⅴ的第三控制信号输出口5.5连接、第四插装式二通伺服阀的控制信号输入口4.1与控制单元Ⅴ的第一控制信号输出口5.7连接；

第一插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口1.7与控制单元Ⅴ的第一反馈信号输入口5.2连接；第二插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口2.7与控制单元Ⅴ的第二反馈信号输入口5.4连接、第三插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口3.7与控制单元Ⅴ的第三反馈信号输入口5.6连接、第四插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口4.7与控制单元Ⅴ的第二反馈信号输入口5.8连接；

第二插装式二通伺服阀Ⅱ的进油口2.9与第三插装式二通伺服阀Ⅲ的进油口3.9相连接，形成大流量插装式三位四通电液伺服阀的压力油口P，用于连接外部液压油源；第二插装式二通伺服阀Ⅱ的出油口2.10与第一插装式二通伺服阀Ⅰ的进油口1.9相连接，形成大流量插装式三位四通电液伺服阀的工作油口A，用于连接外部电液伺服阀系统中执行元件的第一工作油口；第三插装式二通伺服阀Ⅲ的出油口3.10与第四插装式二通伺服阀Ⅳ的进油口4.9相连接，形成大流量插装式三位四通电液伺服阀的工作油口B，用于连接外部电液伺服阀系统中执行元件的第二工作油口；第一插装式二通伺服阀Ⅰ的出油口1.10与第四插装式二通伺服阀Ⅳ的出油口4.10连接，形成大流量插装式三位四通电液伺服阀的回油油口T，用于连接外部油箱。

四个插装式二通伺服阀具有相同的规格和结构，其内部连接关系也相同；以下以第一插装式二通伺服阀Ⅰ为例来阐述其构成；

第一插装式二通伺服阀Ⅰ包括先导阀1.2和插装式主阀1.8；先导阀的控制信号输入口作为第一插装式二通伺服阀Ⅰ的控制信号输入口1.1，先导阀1.2的第一工作油口1.3与插装式主阀1.8的控制器上腔1.6相连接，先导阀1.2的第二工作油口1.4与插装式主阀1.8的控制器下腔1.5相连接，第一插装式主阀1.8的位移传感器的位移电信号输出口作为第一插装式二通伺服阀Ⅰ的阀芯位移信号输出口，插装式主阀1.8的进油口作为第一插装式二通伺服阀Ⅰ的进油口1.9，插装式主阀1.8的出油口作为第一插装式二通伺服阀Ⅰ的出油口1.10；

四个插装式二通伺服阀具有相同的规格和结构，另外三个插装式二通伺服阀Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ内部的组成和连接方式与第一插装式二通伺服阀Ⅰ完全相同。

以下具体阐述本发明的工作原理：由控制单元提供四个插装式二通伺服阀主阀的阀芯位置控制信号，由各插装式二通伺服阀的控制信号输入端接收各自的阀芯位置控制信号；先导阀阀芯在该信号的控制下运动，阀口开度变化，先导阀的输出流量发生变化，油液流入或流出插装式主阀的控制腔上下腔，从而驱动插装式主阀阀芯运动；由插装式主阀阀芯位置传感器对插装式主阀阀芯的位移进行反馈，生成阀芯位移信号，控制单元接收该阀芯位移信号，从而实现对阀芯位移的闭环控制；

为实现三位四通功能，需要第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ同步开启及运动，或者第二插装式二通伺服阀Ⅱ和第四插装式二通伺服阀Ⅳ同步开启及运动，且在两个插装式二通伺服阀同步运动过程中，另外两个插装式二通伺服阀保持关闭状态；

若四个插装式二通伺服阀均保持关闭状态，则实现电液伺服阀的中位O型机能。

对于实施例而言，根据控制单元的指令，第二插装式二通伺服阀Ⅱ和第四插装式二通伺服阀Ⅳ的先导阀处于工作状态，驱动各自的主阀阀芯同步开启及运动；由控制单元控制各自先导阀的阀口开度保持同步，且关闭插装式二通伺服阀Ⅰ和Ⅲ的阀口，实现P到A，B到T的功能；

当第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ的主阀同步开启及运动，且关闭第二插装式二通伺服阀Ⅱ和第四插装式二通伺服阀Ⅳ的阀口，则实现其P到B，A到T的功能。

插装式二通伺服阀是本发明的重要组成单元，其插装式主阀控制腔作用面积较大、行程较短、容积较小，且阀芯采用中空结构，质量较小，自身固有频率较高；实施例中，插装式二通伺服阀作用面积为1433mm²，有效行程24mm，容积60200mm³，质量为7.8kg，其液压固有频率可达556Hz；在高响应的先导阀控制下，其阀芯位移能够具有较高的频率响应，25％阀芯位移能够具有45Hz的频响，从而使得插装式二通伺服阀能够满足大流量与高频响的特性要求；将四个相同规格的插装式二通伺服阀构成串并联回路，使其具备了三位四通功能，同时满足了大流量与高频响的特性要求。

从工作原理分析可知，三位四通功能需要两个插装式二通伺服阀保持同步开启、运动及关闭；以下结合实施例具体阐述本发明提供的大流量插装式电液伺服阀的控制方法，包括单一插装式二通伺服阀的阀芯位移闭环控制，以及为实现三位四通功能，多个插装式二通伺服阀的协同同步控制；

单一插装式二通伺服阀的控制方法实现单一插装式二通伺服阀的精确控制且保证其具有较高的频响；多个插装式二通伺服阀的协同控制实现其三位四通功能且保证大流量插装式电液伺服阀具有较好的性能；通过两者之间的有效结合，完成大流量插装式电液伺服阀的整体控制，使其具有三位四通功能，且具有较好的响应性能。

其中，单一插装式二通伺服阀的控制方法具体如下：

(1)通过将阀芯位移输入指令与阀芯位移反馈值对比做差，获取阀芯位移的误差；将阀芯位移误差通过复合控制方法进行校正，生成单一插装式二通伺服阀的控制量；

(2)通过该控制量控制插装式二通伺服阀的先导阀阀口开度，以利用先导阀驱动插装式主阀阀芯运动，实现单一插装式二通伺服阀阀芯位移的闭环控制。

其中，多个插装式二通伺服阀的协同同步控制方法用于完成四个插装式二通伺服阀的协同控制及其中两个插装式二通伺服阀的同步控制；

具体的，当需要实现电液伺服阀P到A，B到T的左位机能时，通过将第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ位移指令设为零，使得第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ保持关闭；同步的，通过将第二插装式二通伺服阀Ⅱ和第四插装式二通伺服阀Ⅳ的位移指令设为相同的X，使得第二插装式二通伺服阀Ⅱ和第四插装式二通伺服阀Ⅳ同步开启及运动；

当需要实现电液伺服阀P到B，A到T的右位机能时，插装式二通伺服阀Ⅰ和Ⅲ在接受阀芯位移指令x的同时，通过将第二插装式二通伺服阀Ⅱ和第四插装式二通伺服阀Ⅳ的位移指令设为零，使得插装式二通伺服阀Ⅱ和Ⅳ保持关闭；同步的，通过将第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ位移指令设为相同的X，使得第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ同步开启及运动；

总体而言，将第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ作为一组，将第二插装式二通伺服阀Ⅱ和第四插装式二通伺服阀Ⅳ作为一组，当其中一组的阀芯位移指令不为零时，将另外一组的阀芯位移指令设为零；为保证大流量插装式电液伺服阀具有较好的响应性能，同一组内的插装式二通伺服阀的阀芯在运动过程中保持同步；以下结合实施例，具体阐述本发明提供的基于交叉耦合的双阀同步控制方法：

以下以实时例中第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ为例，阐述其基于交叉耦合的双阀同步控制方法；其原理示意图如图2，大流量插装式三位四通电液伺服阀处于P到B，A到T的右位工作状态，将第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ的输入期望指令均设为x，使得两个阀的阀芯实际响应位移分别为x1和x3，其阀芯响应误差分别为e1和e3，通过单一插装式二通伺服阀的复合控制器的控制作用，获取其各自的控制量：第一插装式二通伺服阀Ⅰ的控制量为r10，第三插装式二通伺服阀Ⅲ的控制量为r30；

交叉耦合同步控制的过程具体如下：

(1)通过将两个阀的阀芯位移误差对比做差，获取两个阀的同步误差e13，其中e13＝e3-e1＝x1-x3；

(2)将上述两个阀的同步误差e13分别乘以交叉耦合系数K1和K3，获取两个阀各自的同步误差反馈补偿量r11和r31；

(3)将两个阀各自的反馈补偿量补偿至各自的控制信号中，获取插装式二通伺服阀的最终控制量，分别为r1和r3；

其中，第一插装式二通伺服阀Ⅰ的最终控制量为原控制量r10减去补偿量r11，即r1＝r10-r11；第三插装式二通伺服阀Ⅲ的最终控制量为原控制量r30加上补偿量r31，即r3＝r30+r31；

当第一插装式二通伺服阀Ⅰ和第三插装式二通伺服阀Ⅲ为同步运动时，其同步误差为零，各自的补偿量也均为零；

当上述两个阀非同步运动时，同步误差不为零；当第一插装式二通伺服阀Ⅰ运动较快，而第三插装式二通伺服阀Ⅲ运动较慢，则e1＜e3，e13＞0，r11＞0，r31＞0；因此r1＜r10，而r3＞r30，即减小响应较快的阀控制量，而增大响应较慢的阀控制量，使得响应较快的阀响应减慢，响应较慢的阀响应加快，实现双阀同步；

当第三插装式二通伺服阀Ⅲ运动较快，而第一插装式二通伺服阀Ⅰ运动较慢，则e1＞e3，e13＜0，r11＜0，r31＜0；因此r1＞r10，而r3＜r30，同样使得响应较快的阀控制量减小，而响应较慢的阀控制量相应增大；使得响应较快的阀响应减慢，响应较慢的阀响应加快，实现双阀同步。

为了保证大流量插装式三位四通电液伺服阀的动态性能，对双阀采用不同的交叉耦合增益系数，使得同步误差对两个阀的控制量具有不同的影响；在实施例中，两个增益系数取值不同，均由模糊控制实时调整，为时变参数。

模糊控制的输入均为同步误差及同步误差的变化率，其控制规则在于当同步误差较大时，输出的值较大；当同步误差较小时，输出的值较小。通过控制模糊输出值缩放因子的大小不同来实现交叉耦合增益系数的不同；

在控制单元中对插装式二通伺服阀的响应速度做判断，对于响应较快的阀，设置相对小的耦合系数，使得同步误差对该插装式二通伺服阀的影响较小，响应减慢不明显；而对于相应较慢的阀，设置相对大的耦合增益系数，使得同步误差对该插装式二通伺服阀的影响较大，响应加快明显，从而在保证双阀同步性的同时，还使得整个大流量插装式电液伺服阀具有较高的频率响应，实现电液伺服阀的大流量及高频响特性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大流量插装式三位四通电液伺服阀，其特征在于，包括控制单元和四个插装式二通伺服阀；

所述控制单元的四个信号输出口分别与四个插装式二通伺服阀的控制信号输入口连接；控制单元的四个信号输入口分别与四个插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口连接；

所述四个插装式二通伺服阀两两串联，一个阀的出油口与另一个阀的进油口相连接，形成两组串联双阀；

所述两组串联双阀的出油口均用于与油箱相连接，两组串联双阀的进油口均用于与液压油源相连接；相当于两组串联双阀并联，构成桥式回路，形成具有三位四通功能的大流量插装式电液伺服阀；

在控制单元的控制下，调整所述插装式二通伺服阀的阀口开度，实现对油液流向及油液流量的调整；通过所述四个插装式二通伺服阀的串并联结构及控制，实现大流量与高频响。

2.如权利要求1所述的三位四通电液伺服阀，其特征在于，所述插装式二通伺服阀包括先导阀和插装式主阀，由先导阀驱动插装式主阀阀芯运动；

所述插装式主阀采用主动控制插装式锥阀，其阀芯采用中空结构，阀芯上下端相连通，压力相等，受力平衡，所述阀芯带有位移传感器；

所述先导阀的第一工作油口与插装式主阀控制腔的上腔连接，第二工作油口与插装式主阀控制腔的下腔连接；先导阀的控制信号输入端作为插装式二通伺服阀的控制信号输入口；插装式主阀的位移传感器的位移电信号输出口作为插装式二通伺服阀的阀芯位移信号输出口；插装式主阀的进油口作为插装式二通伺服阀的进油口，插装式主阀的出油口作为插装式二通伺服阀的出油口。

3.一种如权利要求1或2所述的三位四通电液伺服阀的控制方法，其特征在于，对所述插装式二通伺服阀的阀芯位移采用闭环控制，具体如下：

a、通过阀芯位置控制信号，控制先导阀阀芯运动，使得先导阀的阀口开度变化，使得先导阀的输出流量发生变化，驱动插装式主阀阀芯运动；

b、获取主阀阀芯的位移信号，并将所述阀芯位置控制信号与阀芯的位移信号对比，获取阀芯位移的误差；

c、将阀芯位移误差通过校正，获取阀芯位置控制信号校正值；

d、通过所述阀芯位置控制信号校正值，控制先导阀阀芯运动，调整先导阀的阀口开度大小，以调整先导阀的输出流量，以驱动插装式主阀阀芯运动；

按照上述a～d步骤循环，实现对插装式二通伺服阀阀芯位移的闭环控制。

4.如权利要求3所述控制方法，其特征在于，对四个插装式二通伺服阀协同同步控制，具体如下：

(1)通过阀芯位置控制信号，使得第一串联双阀里的两个插装式二通伺服阀开启运动；同步的，将第二串联双阀里的两个二通伺服阀的阀芯位置控制信号设为零，使得第二串联双阀里的两个二通伺服阀保持关闭；

(2)采用基于同步误差交叉耦合的同步模糊控制方法，实现两个运动的插装式二通伺服阀的同步控制，以使得大流量插装式电液伺服阀具有较好的响应性能。

5.如权利要求4所述控制方法，其特征在于，步骤(2)所述的基于同步误差交叉耦合的同步模糊控制方法具体如下：

(2.1)将两个同步运动的插装式二通伺服阀的阀芯位置控制信号保持一致，且各插装式二通伺服阀阀芯位移采用闭环控制；

(2.2)获取两个同步运动的插装式二通伺服阀的阀芯位移误差，并根据两个阀芯位移的误差，获取两个同步运动的插装式二通伺服阀之间的同步误差；

(2.3)将所述同步误差乘以交叉耦合增益系数，获取同步误差补偿控制量；并根据同步误差补偿控制量与插装式二通伺服阀的控制量，获取插装式二通伺服阀阀芯位置控制量；

通过同步误差的反馈，减小响应较快的阀的控制量，使其响应变慢；而增大响应较慢的阀的控制量，使其响应变快，实现对双阀的同步控制。