CN105339851B

CN105339851B - 液压设备及其操作方法

Info

Publication number: CN105339851B
Application number: CN201480020479.3A
Authority: CN
Inventors: H-J.费克
Original assignee: German Co Ltd Of Primary Metal Science And Technology
Current assignee: German Co Ltd Of Primary Metal Science And Technology
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2018-04-06
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: EP2790072A1; BR112015025496A2; WO2014166668A1; CN105339851A; EP2984527B1; US9836067B2; US20160062367A1; EP2984527A1

Abstract

本发明涉及一种液压致动器（1），其能够借助于主阀装置（2）和辅助阀装置（3）进行控制。主调节器（7）布置在主阀装置（2）的上游，且包括P块（9）和I块（10）。辅助调节器（8）布置在辅助阀装置（3）的上游，且包括基块（11）和I块（12）。液压设备在正常操作模式和特殊操作模式下操作。在正常操作模式下，辅助阀装置（3）被禁用。主调节器设有液压致动器（1）的主设定点变量（p*）和对应主实际量（p）。主调节器（7）确定主致动变量（s），并预定义主阀装置（2）中的主致动变量（s）。在特殊操作模式下，辅助调节器（8）的基块（11）设有液压致动器（1）的辅助设定点变量（a*）和对应辅助实际量（a）。辅助调节器（8）的基块（11）确定辅助致动变量（s'），并预定义辅助阀装置（3）中的辅助致动变量（s'）。辅助调节器（8）的I块（12）设有主设定点变量（p*）和主实际量（p）。辅助调节器（8）的I块（12）由此确定积分分量（si'）。积分分量（si'）应用至辅助致动变量（s'）。在特殊操作模式下，P块（9）设有主设定点变量（p*）和主实际量（p）。在特殊操作模式下，P块（9）确定主致动变量（s），并预定义主阀装置（2）中的主致动变量（s）。

Description

液压设备及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于液压设备的操作方法，

- 其中所述液压设备包括可借助于主阀装置和辅助阀装置进行控制的液压致动器，

- 其中主调节器布置在主阀装置的上游，所述主调节器包括P块和I块，

- 其中所述液压设备在正常模式或特殊模式下交替地操作，

- 其中，在正常模式下

-- 辅助阀装置被禁用，

--主调节器设有液压致动器的主设定点变量和对应主实际量，并且

-- 所述主调节器参考主设定点变量和主实际量确定用于主阀装置的主致动变量，并预定义主阀装置中的主致动变量。

本发明进一步涉及一种液压设备，

- 其中所述液压设备包括控制单元，

- 其中所述控制单元包括布置在主阀装置上游的主调节器，所述主调节器包括P块和I块，

- 其中所述控制单元在正常模式或特殊模式下交替地操作液压设备，

- 其中所述控制单元实施为使得在正常模式下

-- 辅助阀装置被禁用，

背景技术

这种类型的操作方法和这种类型的液压设备大体上是已知的。

在这种液压设备的情况下，液压致动器（例如，液压缸单元或液压电动机）通常借助于阀装置进行调节。阀装置使得液压致动器能够以调节的方式操作。具体来说，在液压缸单元的情况下，活塞的位置、由活塞施加的力或活塞的往复速度通常得到调节。在液压电动机的情况下，对应旋转变量得到调节。合适的阀装置为伺服阀、比例阀或切换阀。

在许多情况下，单个阀装置即足以用于致动液压致动器。然而，在许多情况下，有必要使得（至少）两个阀装置能够在液压致动器上并联运作。如果在特定时间点，两个阀装置中仅有一个被致动或所述两个阀装置被以相同方式致动，那么这不会引起任何问题。另一方面，如果在特定时间点，两个阀装置暴露于彼此独立的相应致动变量，那么由此产生的功能不得互相干扰。

发明内容

本发明的目的在于使得阀装置的这种未相互协调的致动成为可能。

所述目的通过根据本发明的操作方法实现。根据本发明的操作方法的有利实施例提供了优选的实施方案。

根据本发明提出的是辅助调节器布置在辅助阀装置的上游，所述辅助调节器包括基块和I块，并且在特殊模式下

- 辅助调节器的基块设有液压致动器的辅助设定点变量和对应辅助实际量，

- 辅助调节器的基块参考辅助设定点变量和辅助实际量确定用于辅助阀装置的辅助致动变量，并预定义辅助阀装置的辅助致动变量，

- 辅助调节器的I块设有主设定点变量和主实际量，

- 辅助调节器的I块参考主设定点变量和主实际量确定积分分量，

- 所述积分分量应用至辅助致动变量，

- 主调节器的P块设有主设定点变量和主实际量，并且

- 主调节器的P块参考主设定点变量和主实际量确定主致动变量，并预定义主阀装置。

在操作方法的优选实施例中，在正常模式下，就主设定点变量是恒定的还是变化的执行检查。当主设定点变量恒定时，主调节器的I块被启用。当主设定点变量变化时，主调节器的I块被禁用。例如，根据所述主设定点是否被启用，可以向主调节器的I块提供或不提供主设定点变量和主实际量。

将二元切换止回阀布置在辅助阀装置的上游或下游是可能的。在这种情况下，优选的是，止回阀的打开对应于从正常模式过渡到特殊模式的过渡，且止回阀的关闭对应于从特殊模式到正常模式的过渡。

在操作方法的特别优选的实施例中，规定的是，

- 主调节器的I块用作辅助调节器的I块，

- 当从正常模式变更为特殊模式时，

-- 主调节器的I块的最新近确定的输出信号被作为针对正常模式的初始信号临时存储在缓冲存储器中，并且

-- 存储在缓冲存储器中的针对特殊模式的初始信号从缓冲存储器中被读取，并且被加载到主调节器的I块中，并且

- 当从特殊模式变更为正常模式时

-- 主调节器的I块的最新近确定的输出信号被作为针对特殊模式的初始信号临时存储在缓冲存储器中，并且

-- 存储在缓冲存储器中的针对正常模式的初始信号从缓冲存储器中被读取，并且被加载到主调节器的I块中。

在完全打开的状态下，主阀装置具有主标称流量。类似地，在完全打开的状态下，辅助阀装置具有辅助标称流量。辅助标称流量优选地显著大于主标称流量，例如至少十倍大。

可视需要确定主设定点变量和对应主实际量。一般来说，主设定点变量和对应主实际量为位置或力。

类似地，可视需要确定辅助设定点变量和对应辅助实际量。例如，辅助设定点变量和对应辅助实际量可为加速度。

一般来说，液压致动器实施为液压缸单元。

所述目的进一步通过根据本发明的液压设备实现。根据本发明的液压设备的有利实施例提供了优选的实施方案。

按照内容来说，根据本发明的液压设备和所述液压设备的实施例对应于用于实施如上所解释的操作方法和所述操作方法的实施例的装置技术。因此，为了避免重复，对上述解释进行参考。

附图说明

结合参考附图更为详细地解释的示例性实施例的以下描述，如上所描述的本发明的属性、特征和优势及其实现方式将变得更清晰且更容易理解。在示意性地示出的附图中：

图1和图2为不同情况下的液压设备。

具体实施方式

在图1中，液压设备包括液压致动器1。液压致动器1可实施为液压电动机。在图1中，液压致动器1实施为液压缸单元。液压致动器1可由两个阀装置2、3控制，所述两个阀装置2、3在下文中称为主阀装置2和辅助阀装置3。为阀装置2、3和给到前缀的其它元件和变量使用前缀“主”和“辅助”仅为了用于语言区分。前缀“主”和“辅助”不具有更深含义。

主阀装置2可实施为常见的伺服阀或比例阀。这种类型的阀具有规定的调节。或者，主阀装置2可包括仅具有二元切换的两个或四个切换阀。在这种情况下，切换阀可例如借助于脉冲宽度调制或脉冲码调制进行控制，以使得在这种情况下，主阀装置2同样具有规定的调节。

辅助阀装置3还可以与主阀装置2相同的方式具体实施。优选地，止回阀4相对于液压系统（未图示）布置在辅助阀装置3的上游或下游。止回阀4优选地实施为具有低频、二元切换的切换阀，也就是其具有完全打开的状态或完全关闭的状态。

液压设备进一步包括控制单元5。所述控制单元5一般实施为执行计算机程序6的软件可编程控制单元。控制单元5在各情况下为主阀装置2和辅助阀装置3实施调节器7、8，所述调节器7、8依据控制技术布置在相应阀装置2、3的上游。在下文中，两个调节器7、8被称为主调节器7和辅助调节器8。

主调节器7实施为PI调节器（高阶调节器）。主调节器7包括至少一个P块9和一个I块10。P块9具有纯比例性能；I块10具有纯积分性能。I块10被用于检测实践中无法避免的液压流体泄漏以及用于设定主阀装置2的工作点，以使得所述泄漏在稳定状态下得到补偿。为此目的，I块10具有重置时间。重置时间一般相对较长，以使得主调节器7相对较慢地变更到工作点。辅助调节器8包括基块11和I块12。基块11基本上可实施任何控制器特征。在最简单的情况下，基块11具有纯比例性能，以使得基块11为P块。与主调节器7的I块10类似，I块12具有纯积分性能。

控制单元5交替地在正常模式或特殊模式下操作液压设备。下文将首先描述正常模式，并且然后描述特殊模式。

在正常模式下，仅主调节器7和主阀装置2活动。另一方面，辅助阀装置3和辅助调节器8被禁用。在正常模式下，辅助阀装置3不在液压致动器1上运作。在正常模式下，向主调节器7提供液压致动器1的主设定点变量p*和对应主实际量p。主调节器7参考主设定点变量p*和主实际量p确定主阀装置2的主致动变量s。具体来说，主调节器7的P块9确定比例分量sp，且主调节器7的I块10确定积分分量si。比例分量sp和积分分量si在节点13处被添加至主致动变量s。主调节器7预定义主阀装置2中的主致动变量s。

主设定点变量p*和主实际量p可例如为位置或力。例如，主调节器7和主阀装置2可用于在滚轧机内的金属条上加载撑套器，或利用力或厚度调节操作滚轧机的滚轧台。

在特殊模式下，参见图2，辅助调节器8和辅助阀装置3被启用。主调节器7的P块9以及主阀装置2未被禁用，但是以与正常模式不同的方式操作。另一方面，主调节器7的I块10被禁用。

在特殊模式下，向辅助调节器8的基块11提供液压致动器1的辅助设定点变量a*和对应辅助实际量a。辅助调节器8的基块11参考辅助设定点变量a*和辅助实际量a确定辅助阀装置3的辅助致动变量s'，并预定义辅助阀装置3中的辅助致动变量s'。因此，具体来说，当基块11具有比例性能时，基块11确定比例分量sp'。

另一方面，不是向辅助调节器8的I块12提供辅助设定点变量a*和辅助实际量a，而是提供主设定点变量p*和主实际量p。辅助调节器8的I块12使用这些变量p*、p来确定积分分量si'。比例分量sp' （或更大体而言，基本分量sp'）和积分分量si'在节点14处被添加至辅助致动变量s'。因此，积分分量si'被应用至由辅助调节器8的基块11确定的辅助致动变量s'。

辅助设定点变量a*和辅助实际量a可例如为加速度。在特殊模式下，辅助阀装置3和辅助调节器8的基块11可例如用于阻尼或补偿不期望的振动，所述不期望的振动在装置（例如，滚轧台）的借助于液压致动器1调节的操作期间发生。具体来说，为了阻尼和抑制不期望的振动（轧机颤动），辅助实际量a以相对较高的频率振荡，所述相对较高的频率一般为约100 Hz至约150 Hz。

在特殊模式下，主设定点变量p*和主实际量p未提供至整个主调节器7，而是仅提供至主调节器7的P块9。与在正常模式下类似，主调节器7的P块9确定比例分量sp。因此，与正常模式相比，P块9的这种操作模式未变更。然而，在特殊模式下，主致动变量s直接对应于比例分量sp。因此，P块9预定义主阀装置2中的主致动变量s。

在本发明的特别优选的实施例中，在正常模式下，就主设定点变量p*是恒定还是变化执行检查。当主设定点变量p*恒定时（变化值δp* = 0），主调节器7的I块10被启用。另一方面，当主设定点变量p*变化时（变化值δp* = 1），主调节器7的I块10被禁用。例如，为此目的，根据I块10是否被启用，可向主调节器7的I块10提供或不提供主设定点变量p*和主实际量p。主调节器7的I块10的间歇式禁用表示仅当恒定操作状态被推定时才追踪主阀装置2的工作点。因此，动态调节过程对工作点无任何影响。

可视需要确定用于决定是存在正常模式还是特殊模式的情况。优选地，止回阀4的操作模式（正常模式和特殊模式）和状态彼此联接。具体来说，优选的是，止回阀4的打开对应于从正常模式过渡为特殊模式，且止回阀4的关闭对应于从特殊模式过渡为正常模式。可实现此的原因在于，例如对操作模式的变更直接引起止回阀4的对应致动，或反过来止回阀4的致动引起对应操作模式的建立。

在完全打开的状态下，主阀装置2具有主标称流量FN。类似地，在完全打开的状态下，辅助阀装置3具有辅助标称流量FN'。当辅助标称流量FN'显著大于主标称流量FN时，特别是至少十倍大时，上面所解释的根据本发明的程序特别有利。例如，辅助标称流量FN'可为主标称流量FN的三十倍、五十倍，或在一些情况下甚至是更高的倍数。

图2中的液压设备大致上对应于图1中的液压设备。然而，与图1中不同的是，在图2中，主调节器7的I块10在特殊模式下被用作辅助调节器8的I块12。因此，在特殊模式下，主调节器7的I块10确定积分分量si'。主调节器7的I块10预定义辅助阀装置3中的积分分量si'。因此，I块10的技术效果，也就是工作点的建立，得以保持。然而，在特殊模式下，I块10不在主阀装置2上运作，而是在辅助阀装置3上运作。辅助阀装置3致动时的变形因此由主调节器7的I块10进行补偿，所述变形确实造成任何对应补偿，随着在一段时间内对所述对应补偿取平均，不同于零的油流量流入或流出液压致动器1。然而，所述补偿不影响主阀装置2，而是影响辅助阀装置3。

一般来说，主阀装置2的泄漏性能和辅助阀装置3的泄漏性能彼此不同。因此，在正常模式下和在特殊模式下借助于I块10设定的工作点大体上不相同。因此，为了确保从正常模式到特殊模式或反过来的平稳过渡，在图2中的实施例的情况下，控制单元5被优选地具体实施，以使得当操作模式变更时，其存储前一工作点并相应地将主调节器7的I块10初始化。下面首先解释从正常模式到特殊模式的过渡，并且然后反过来解释从特殊模式到正常模式的过渡。

因此，让我们假定将存在从正常模式到特殊模式的过渡。操作模式变更时，I块10具有特定输出信号，也就是最新近确定的积分分量si。当从正常模式变更为特殊模式时，所述值作为针对正常模式的初始信号si0临时存储在缓冲存储器15中。针对特殊模式的初始信号si0'然后从缓冲存储器15中被读取，并且被加载到主调节器7的I块10中。

反过来，如果将存在从特殊模式到正常模式的过渡，则使用逆程序：在这种情况下，同样地，在操作模式变更时，主调节器7的I块10具有特定输出信号，也就是最新近确定的积分分量si'。当从特殊模式变更为正常模式时，所述值作为针对特殊模式的初始信号si0'临时存储在缓冲存储器15中。针对正常模式的初始信号si0然后从缓冲存储器15中被读取，并且被加载到主调节器7的I块10中。

因此，结果是当操作模式变更时，相应放弃的操作模式的积分分量si、si'被冻结，且相应新采用的操作模式的积分分量si0、si0'被禁用。

本发明具有多种优势。具体来说，能够以简单方式实现两种操作模式下的泄漏补偿，而无需变更主阀装置2的工作点。

虽然已借助于优选的示例性实施例更为详细地说明和描述本发明，但是本发明并不受所公开的示例限制，并且本领域技术人员可由此推导出其它变体而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于液压设备的操作方法，

- 其中所述液压设备包括能够借助于主阀装置（2）和辅助阀装置（3）进行控制的液压致动器（1），

- 其中主调节器（7）布置在所述主阀装置（2）的上游，所述主调节器（7）包括P块（9）和I块（10），

- 其中辅助调节器（8）布置在所述辅助阀装置（3）的上游，所述辅助调节器（8）包括基块（11）和I块（12），

- 其中所述液压设备在正常模式或特殊模式下交替地操作，

- 其中，在所述正常模式下

-- 所述辅助阀装置（3）被禁用，

-- 所述主调节器（7）设有所述液压致动器（1）的主设定点变量（p*）和对应主实际量（p），并且

-- 所述主调节器（7）参考所述主设定点变量（p*）和所述主实际量（p）确定用于所述主阀装置（2）的主致动变量（s），并预定义所述主阀装置（2）中的所述主致动变量（s），

- 其中，在所述特殊模式下

-- 所述辅助调节器（8）的所述基块（11）设有所述液压致动器（1）的辅助设定点变量（a*）和对应辅助实际量（a），

-- 所述辅助调节器（8）的所述基块（11）参考所述辅助设定点变量（a*）和所述辅助实际量（a）确定用于所述辅助阀装置（3）的辅助致动变量（s'），并预定义所述辅助阀装置（3）中的所述辅助致动变量（s'），

-- 所述辅助调节器（8）的所述I块（12）设有所述主设定点变量（p*）和所述主实际量（p），

-- 所述辅助调节器（8）的所述I块（12）参考所述主设定点变量（p*）和所述主实际量（p）确定积分分量（si'），

-- 所述积分分量（si'）应用至所述辅助致动变量（s'），

-- 所述主调节器（7）的所述P块（9）设有所述主设定点变量（p*）和所述主实际量（p），并且

-- 所述主调节器（7）的所述P块（9）参考所述主设定点变量（p*）和所述主实际量（p）确定所述主致动变量（s），并预定义所述主阀装置（2）中的所述主致动变量（s）。

2.根据权利要求1所述的操作方法，其特征在于，在所述正常模式下就所述主设定点变量（p*）是恒定的还是变化的执行检查，当所述主设定点变量（p*）恒定时，所述主调节器（7）的所述I块（10）被启用，并且当所述主设定点变量（p*）变化时，所述主调节器（7）的所述I块（10）被禁用。

3.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，二元切换止回阀（4）布置在所述辅助阀装置（3）的上游或下游，且所述止回阀（4）的打开对应于从所述正常模式到所述特殊模式的过渡，且所述止回阀（4）的关闭对应于从所述特殊模式到所述正常模式的过渡。

4.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于

- 在所述特殊模式下，所述主调节器（7）的所述I块（10）被用作所述辅助调节器（8）的所述I块（12），

- 当从所述正常模式变更为所述特殊模式时，

-- 所述主调节器（7）的所述I块（10）的最新近确定的输出信号（si）被作为针对所述正常模式的初始信号（si0）临时存储在缓冲存储器（15）中，并且

-- 存储在所述缓冲存储器（15）中的针对所述特殊模式的初始信号（si0'）从所述缓冲存储器（15）中被读取，并且被加载到所述主调节器（7）的所述I块（10）中，并且

- 当从所述特殊模式变更为所述正常模式时

-- 所述主调节器（7）的所述I块（10）的所述最新近确定的输出信号（si）被作为针对所述特殊模式的初始信号（si0'）临时存储在所述缓冲存储器（15）中，并且

-- 存储在所述缓冲存储器（15）中的针对所述正常模式的所述初始信号（si0）从所述缓冲存储器（15）中被读取，并且被加载到所述主调节器（7）的所述I块（10）中。

5.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，在完全打开的状态下，所述主阀装置（2）具有主标称流量（FN），在完全打开的状态下，所述辅助阀装置（3）具有辅助标称流量（FN'），且所述辅助标称流量（FN'）显著大于所述主标称流量（FN）。

6.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，所述主设定点变量（p*）和所述对应主实际量（p）为位置或力。

7.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，所述辅助设定点变量（a*）和所述对应辅助实际量（a）为加速度。

8.根据权利要求1或2所述的操作方法，其特征在于，所述液压致动器（1）实施为液压缸单元。

9.一种液压设备，

- 其中所述液压设备包括控制单元（5），

- 其中所述控制单元（5）实施包括P块（9）和I块（10）的主调节器（7），所述主调节器（7）布置在所述主阀装置（2）的上游，

- 其中所述控制单元（5）实施包括基块（11）和I块（12）的辅助调节器（8），所述辅助调节器（8）布置在所述辅助阀装置（3）的上游，

- 其中所述控制单元（5）在正常模式或特殊模式下交替地操作所述液压设备，

- 其中所述控制单元（5）实施为使得在所述正常模式下

-- 所述辅助阀装置（3）被禁用，

- 其中所述控制单元另外实施为使得在所述特殊模式下

-- 所述积分分量（si'）应用至所述辅助致动变量（s'），

10.根据权利要求9所述的液压设备，其特征在于，所述控制单元（5）实施为使得在所述正常模式下就所述主设定点变量（p*）是恒定的还是变化的执行检查，在所述主设定点变量（p*）恒定的情况下，所述主调节器（7）的所述I块（10）被启用，且在所述主设定点变量（p*）变化的情况下，所述主调节器（7）的所述I块（10）被禁用。

11.根据权利要求9或10所述的液压设备，其特征在于，二元切换止回阀（4）布置在所述辅助阀装置（3）的上游或下游，且所述控制单元（5）实施为使得所述止回阀（4）的打开对应于从所述正常模式到所述特殊模式的过渡，且所述止回阀（4）的关闭对应于从所述特殊模式到所述正常模式的过渡。

12.根据权利要求9或10所述的液压设备，其特征在于，所述控制单元（5）实施为使得，

- 当从所述正常模式变更为所述特殊模式时，

- 当从所述特殊模式变更为所述正常模式时，

13.根据权利要求9或10所述的液压设备，其特征在于，在完全打开的状态下，所述主阀装置（2）具有主标称流量（FN），在完全打开的状态下，所述辅助阀装置（3）具有辅助标称流量（FN'），且所述辅助标称流量（FN'）显著大于所述主标称流量（FN）。

14.根据权利要求9或10所述的液压设备，其特征在于，所述主设定点变量（p*）和所述对应主实际量（p）为位置或力。

15.根据权利要求9或10所述的液压设备，其特征在于，所述辅助设定点变量（a*）和所述对应辅助实际量（a）为加速度。

16.根据权利要求9或10所述的液压设备，其特征在于，所述液压致动器（1）实施为液压缸单元。