CN105864485A - 一种差动控制的先导阀装置 - Google Patents

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本发明属于流体传动技术领域，具体为一种差动控制的先导阀装置，包括先导阀阀体、电机械转换器、阀套驱动杆与阀芯驱动杆，还包括信号采集与处理单元，信号采集与处理单元包括阀芯位移传感器、阀套位移传感器、阀芯及阀套位移差动减法器、给定反馈信号运算减法器、位移（开度）给定信号发生器、位移（开度）信号转换器、电压信号调节器、PWM信号发生器、电磁铁电压信号变送器、差动电压放大器、阀芯绕组外接线、阀套绕组外接线、电流信号取样器和U′/U信号转换器。本发明通过对先导阀电机械转换器元件参数的实时在线采集，并采用阀芯与阀套位移差动信号对先导阀的运动参数进行控制，实现提高先导阀的动态响应速度及其开度控制信号灵敏度和精度的目的。

Description

一种差动控制的先导阀装置
技术领域
本发明属于流体传动技术领域，具体为一种差动控制的先导阀装置，该装置通过对先导阀电机械转换器元件参数的实时在线采集，并采用阀芯与阀套位移差动信号对先导阀的运动参数进行控制，实现提高先导阀的动态响应速度及其开度控制灵敏度和精度的目的。
背景技术
先导阀是电液控制系统使用广泛的组件之一，主要由先导阀和电机械转换器组成，集机械、电子、液压等多个器件于一体。目前对于采用先导控制方式的大流量比例流量阀，采用的控制原理是在先导阀基础上，增加主阀阀芯位置检测装置构成了位置闭环控制结构。先导阀的输出特性直接决定了被控制介质的流量特性，从而会影响整个大流量比例流量阀装置的响应速度和控制精度，进而影响到被控制设备的动作、产品的质量及生产效率等。因此，提升先导阀的响应速度和控制精度具有重要的意义。
针对提高先导阀的响应特性及控制精度，现有研究从先导阀的电磁、机械结构、控制策略等方面开展了研究，但现有方法从单一参数改进方面开展，阀的性能提升有限。本发明提出同时从机械结构、电气控制两方面出发，采用阀芯位移和阀套位移的差动信号提取绝对位移（开度）参数，并用差动信号对先导阀的运动参数进行控制，有效提高先导阀的响应速度、控制精度等动态响应特性。
发明内容
本发明是一种差动控制的先导阀装置，旨在提高先导阀的动态响应速度和控制精度，公开一种采用差动信号对先导阀的阀开度进行检测及控制的技术方案。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种差动控制的先导阀装置，包括先导阀阀体和电机械转换器，先导阀阀体包括阀套和阀芯，电机械转换器设有两个绕组，两个绕组的线架分别经阀套驱动杆和阀芯驱动杆与先导阀阀套和阀芯相连，还包括信号采集与处理单元，信号采集与处理单元包括阀芯位移传感器、阀套位移传感器、阀芯及阀套位移差动减法器、给定反馈信号运算减法器、位移（开度）给定信号发生器、位移（开度）信号转换器、电压信号调节器、PWM信号发生器、电磁铁电压信号变送器、差动电压放大器、阀芯绕组外接线、阀套绕组外接线、电流信号取样器和U′/U信号转换器，阀芯驱动杆与阀芯位移传感器的可动部件连接，阀套驱动杆和阀套位移传感器的可动部件连接，阀套位移传感器与阀芯位移传感器的输出端与阀芯及阀套位移差动减法器的输入端连接，阀芯及阀套位移差动减法器的输出端与给定反馈信号运算减法器的一输入端连接，位移（开度）给定信号发生器的输出端与给定反馈信号运算减法器的另一输入端连接，给定反馈信号运算减法器的输出端和位移（开度）信号转换器的输入端连接，位移（开度）信号转换器的输出端和电压信号调节器的一输入端连接，电流信号取样器的输入端和阀套绕组外接线连接，电流信号取样器的输出端和U′/U信号转换器的输入端连接，U′/U信号转换器的输出端和电压信号调节器的另一输入端连接，电压信号调节器的输出端和PWM信号发生器的输入端连接，PWM信号发生器的输出端和电磁铁电压信号变送器的输入端连接，电磁铁电压信号变送器的输出端和差动电压放大器的输入端连接，差动电压放大器的输出端分别和阀芯绕组外接线、阀套绕组外接线连接。
本装置差动控制的原理为：阀芯驱动杆和阀芯位移传感器的可动部件一起运动，阀套驱动杆和阀套位移传感器的可动部件一起运动，阀套位移传感器与阀芯位移传感器的输出信号通过阀芯及阀套位移差动减法器得到位移（开度）差动信号，位移（开度）差动信号通过给定反馈信号运算减法器与给定位移（开度）信号进行减法计算实现负反馈，给定反馈信号运算减法器输出信号经位移（开度）信号转换器，转换成0~10V的电压信号；电流信号取样器通过自身取样电阻采集阀套绕组外接线信号，电流信号取样器输出信号经过U′/U信号转换器将电流信号转换成0~10V的电压信号，U′/U信号转换器的输出信号与位移（开度）转换器信号的输出信号一起输入电压信号调节器，进行电压信号比较运算后，输入到PWM信号发生器，PWM信号发生器发出相应占空比的PWM控制信号，该PWM控制信号通过电磁铁电压信号变送器转换为标准0~10V的电压信号，通过差动电压放大器分别输出给阀芯绕组外接线和阀套绕组的外接线，以驱动阀芯和阀套同时向相反方向移动，从而提高先导阀的动态响应速度和开度精度。
现有大比例流量阀用先导阀特性受机械结构和控制策略等影响，性能长期无法得到提升。本发明同时从阀体机械结构和电气控制策略两方面进行研究，提出对阀芯和阀套的相对位移进行测量，获得两者的差动信号，由现有的单阀芯位移检测改变为同时检测阀芯和阀套位移，由现有的单纯控制阀芯位移改变为同时控制阀芯和阀套向相反的方向运动，这样就使得在同等测量和控制条件下的阀芯开度测量精度和阀的动态响应速度得到明显提升。本发明可以用作大流量比例阀的先导阀，也可单独作为一种高速、高精度比例阀，在生产领域的流体控制系统中具有广阔应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-先导阀阀体，2-电机械转换器，3-阀套驱动杆，4-阀芯驱动杆，5-阀芯位移传感器，6-阀套位移传感器，7-阀芯及阀套位移差动减法器，8-给定反馈信号运算减法器，9-位移给定信号发生器，10-位移信号转换器，11-电压信号调节器，12-PWM信号发生器，13-电磁铁电压信号变送器，14-差动电压放大器，15-阀芯绕组外接线，16-阀套绕组外接线，17-电流信号取样器，18-U′/U信号转换器。
具体实施方式
一种差动控制的先导阀装置，包括先导阀阀体1、电机械转换器2、阀套驱动杆3与阀芯驱动杆4，还包括信号采集与处理单元，信号采集与处理单元包括阀芯位移传感器5、阀套位移传感器6、阀芯及阀套位移差动减法器7、给定反馈信号运算减法器8、位移给定信号发生器9、位移信号转换器10、电压信号调节器11、PWM信号发生器12、电磁铁电压信号变送器13、差动电压放大器14、阀芯绕组外接线15、阀套绕组外接线 16、电流信号取样器17和U′/U信号转换器18，阀芯驱动杆4与阀芯位移传感器5的可动部件连接，阀套驱动杆3和阀套位移传感器6的可动部件连接，阀套位移传感器6与阀芯位移传感器5的输出端与阀芯及阀套位移差动减法器7的输入端连接，阀芯及阀套位移差动减法器7的输出端与给定反馈信号运算减法器8的一输入端连接，位移给定信号发生器9的输出端与给定反馈信号运算减法器8的另一输入端连接，给定反馈信号运算减法器8的输出端和位移信号转换器10的输入端连接，位移信号转换器10的输出端和电压信号调节器11的一输入端连接，电流信号取样器17的输入端和阀套绕组外接线 16连接，电流信号取样器17的输出端和U′/U信号转换器18的输入端连接，U′/U信号转换器18的输出端和电压信号调节器11的另一输入端连接，电压信号调节器11的输出端和PWM信号发生器12的输入端连接，PWM信号发生器12的输出端和电磁铁电压信号变送器13的输入端连接，电磁铁电压信号变送器13的输出端和差动电压及放大环节14的输入端连接，差动电压及放大环节14的输出端分别和阀芯绕组外接线15、阀套绕组外接线 16连接。

Claims (1)

1.一种差动控制的先导阀装置，包括先导阀阀体（1）、电机械转换器（2）、阀套驱动杆（3）与阀芯驱动杆（4），其特征在于还包括信号采集与处理单元，信号采集与处理单元包括阀芯位移传感器（5）、阀套位移传感器（6）、阀芯及阀套位移差动减法器（7）、给定反馈信号运算减法器（8）、位移给定信号发生器（9）、位移信号转换器（10）、电压信号调节器（11）、PWM信号发生器（12）、电磁铁电压信号变送器（13）、差动电压放大器（14）、阀芯绕组外接线（15）、阀套绕组外接线（16）、电流信号取样器（17）和U′/U信号转换器（18），阀芯驱动杆（4）与阀芯位移传感器（5）的可动部件连接，阀套驱动杆（3）和阀套位移传感器（6）的可动部件连接，阀套位移传感器（6）与阀芯位移传感器（5）的输出端与阀芯及阀套位移差动减法器（7）的输入端连接，阀芯及阀套位移差动减法器（7）的输出端与给定反馈信号运算减法器（8）的一输入端连接，位移给定信号发生器（9）的输出端与给定反馈信号运算减法器（8）的另一输入端连接，给定反馈信号运算减法器（8）的输出端和位移信号转换器（10）的输入端连接，位移信号转换器（10）的输出端和电压信号调节器（11）的一输入端连接，电流信号取样器（17）的输入端和阀套绕组外接线（16）连接，电流信号取样器（17）的输出端和U′/U信号转换器（18）的输入端连接，U′/U信号转换器（18）的输出端和电压信号调节器（11）的另一输入端连接，电压信号调节器（11）的输出端和PWM信号发生器（12）的输入端连接，PWM信号发生器（12）的输出端和电磁铁电压信号变送器（13）的输入端连接，电磁铁电压信号变送器（13）的输出端和差动电压放大器（14）的输入端连接，差动电压放大器（14）的输出端分别和阀芯绕组外接线（15）、阀套绕组外接线（16）连接。
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