CN106015692B - 插卡式颤振信号自适应比例阀放大器 - Google Patents

插卡式颤振信号自适应比例阀放大器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，该比例阀放大器包括颤振控制闭环，用于得到新的适应的颤振幅值和频率；阀位控制闭环，用于阀芯位置的精确定位；颤振叠加算法单元，其输入端与所述的颤振控制闭环和阀位控制闭环的输出端相连接用于改善阀芯位移滞环的影响；采样电流单元，用于采集输入到电液比例阀中的实际电流。通过智能信号处理算法，从电流中准确提取颤振幅值和颤振频率，输入到颤振信号自适应闭环控制算法中，计算得出新的适应阀芯位置、阀前后压差和流量的颤振幅值和频率。上述双闭环控制算法的计算结果叠加后，输出到驱动电路并作用于电磁铁，从而实现阀芯往复运动的全行程最小滞环、高精度阀芯位置和高动态响应特性。

Description

插卡式颤振信号自适应比例阀放大器
技术领域
本发明涉及一种比例阀放大器，具体涉及一种插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，它适用于各种比例控制类型的阀体。
背景技术
电液比例控制技术在应用上非常灵活、控制也相当的精准，同时具有很大的大传动比，越来越接近伺服阀。在大型机械设备的控制领域应用广泛，如机械加工、隧道挖掘、航空航天等，甚至某些大型工业设备必须使用液压控制系统来实现，如三峡大坝的水闸。
比例电磁铁在实际工作过程中，磁铁材料会存在磁滞特性，阀的运动组件和阀腔的相对运动必然形成摩擦力，此外，阀的运动组件之间通常存在机械间隙，这些因素均会导致比例阀的稳态特性呈现滞环现象。因此在电磁铁驱动信号中叠加特定参数的颤振是目前工程实际中改善阀芯位置滞环的常用方法。通过建模仿真和实验方法，证明了叠加颤振幅值能够有效的消除粘滞力；在保证阀位控制精度的基础上，大幅减小了比例阀的滞环，有效地提高了全行程的阶跃响应特性。常规的反馈控制系统对于系统内部特性的变化和外部扰动的影响具有一定的抑制能力，但由于控制器参数是固定的，所以当系统内部特性变化或者外部扰动的变化幅度很大时，系统的性能常常会大幅度下降，甚至不稳定。而自适应控制器能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化，极大地改善了常规反馈控制系统的问题。
因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种插卡式颤振信号自适应比例阀放大器。
为解决本发明的技术问题，本发明采用的技术方案是：
插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，作为插卡式比例控制器被控对象的电液比例阀，其输出端与颤振控制闭环、阀位控制闭环相连接，该比例阀放大器包括
颤振控制闭环，其第一输入端获取电液比例阀反馈回来的阀芯位置、电液比例阀前后压差和流经电液比例阀的流量，用于得到新的适应的颤振幅值和频率；
阀位控制闭环，其第一输入端获取用户制定的阀位值，用于阀芯位置的精确定位；
颤振叠加算法单元，其输入端与所述的颤振控制闭环和阀位控制闭环的输出端相连接用于改善阀芯位移滞环的影响；以及
采样电流单元，其输入端与颤振叠加算法单元的第二输出端相连接，该采样电流单元的输出端与颤振控制闭环的第二输入端相连接，用于采集输入到电液比例阀中的实际电流。
该比例阀放大器包括位移设定值、第一比较器、位移控制部件、颤振控制部件、第二比较器、颤振叠加算法单元和电流控制部件，所述第一比较器的第一输入端获取输入位移设定值，所述位移控制部件与第一比较器连接，所述颤振控制部件与第二比较器连接，所述第二比较器的第一输入端获取电流控制部件检测到比例阀的实际电流，所述电流控制部件的输入端与颤振叠加算法单元的输出端连接，所述电流控制部件的第一输出端与比例电磁铁连接，所述比例电磁铁作为插卡式颤振信号自适应的比例阀放大器的被控对象，其输出端与位移传感器连接。
所述插卡式比例控制器被控对象为比例流量阀、比例压力阀和比例换向阀中的一种。
该比例阀放大器采用插卡式，输入形式有模拟输入、数字输入、斜坡信号输入，输出形式有模拟输出、数字输出。
该比例放大器采用的原理是精确检测电磁铁的电流、阀芯位置、电液比例阀前后压差和流经电液比例阀的流量，通过智能信号处理算法，从电流中准确提取颤振幅值和颤振频率，输入到颤振信号自适应闭环控制算法中，计算出新的适应阀芯位置、阀前后压差和流量的颤振幅值和频率，该过程根据实时参数不断地修正颤振幅值和频率，从而实现颤振自适应的过程。
本发明的有益效果：该比例阀放大器采用颤振控制闭环和阀位控制闭环的双闭环系统，将阀芯位置信号叠加到颤振自适应闭环控制算法得到的新的颤振幅值和频率中，计算得出新的阀芯位置控制信号，上述双闭环控制算法的计算结果叠加后，输出到驱动电路并作用于电磁铁，从而实现阀芯往复运动的全行程最小滞环、高精度阀芯位置和高动态响应特性。
附图说明
图1为本发明插卡式颤振信号自适应比例阀放大器的原理框图。
图2为本发明插卡式颤振信号自适应比例阀放大器的具体实施例的原理框图。
101.颤振控制闭环，102.阀位控制闭环，103.颤振叠加算法单元，104.采样电流单元，105.电液比例阀，
1.位移设定值，2.第一比较器，3.位移控制部件，31.位移控制改进PID控制单元，32.位移传感器，33.位移采集模块，34.位移采样滤波单元，4.颤振控制部件，41.PID补偿器，43.滤波器，44.颤振提取算法单元，5.第二比较器，6.颤振叠加算法单元，7.电流控制部件，71.电流控制增量式PID控制单元，72.PWM输出单元，73.电流转换电压放大单元，74.电流采样滤波单元，8.比例电磁铁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的保护范围。
图1所示，插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，作为插卡式比例控制器被控对象的电液比例阀105，其输出端与颤振控制闭环、阀位控制闭环相连接，该比例阀放大器包括
颤振控制闭环101，其第一输入端获取电液比例阀反馈回来的阀芯位置、电液比例阀前后压差和流经电液比例阀的流量，用于得到新的适应的颤振幅值和频率；
阀位控制闭环102，其第一输入端获取用户制定的阀位值，用于阀芯位置的精确定位；
颤振叠加算法单元103，其输入端与所述的颤振控制闭环和阀位控制闭环的输出端相连接用于改善阀芯位移滞环的影响；以及
采样电流单元104，其输入端与颤振叠加算法单元的第二输出端相连接，该采样电流单元的输出端与颤振控制闭环的第二输入端相连接，用于采集输入到电液比例阀中的实际电流。
被控对象为比例流量阀、比例压力阀和比例换向阀中的一种。
该比例阀放大器采用插卡式，输入形式有模拟输入、数字输入、斜坡信号输入，输出形式有模拟输出、数字输出。
如图2所示，比例电磁铁8作为插卡式颤振信号自适应的比例阀放大器的被控对象，该机构的输出端与位移传感器连接。该插卡式颤振信号自适应的比例阀放大器包含：位移设定值1、第一比较器2、位移控制部件3、颤振控制部件4、第二比较器5、颤振叠加算法单元6、电流控制部件7。
其中，第一比较器2的第一输入端获取输入位移设定值1；位移控制部件3与第一比较器2连接；颤振控制部件4的与第二比较器5连接；第二比较器5的第一输入端获取电流控制部件7检测到比例阀的实际电流；电流控制部件7的输入端与颤振叠加算法单元6的输出端连接，该电流控制部件7的第一输出端与比例电磁铁8连接。
位移控制部件3包含：位移控制改进PID控制单元31，位移传感器32，位移采集模块33，位移采样滤波单元34。其中，位移控制改进PID控制单元31的输入端与第一比较器2的输出端连接；第一比较器2通过对获取输入位移设定值与位移采样滤波单元34发送的反馈信号值进行比较计算，获取位移误差ek。
颤振控制部件4包含：PID补偿器41，位移传感器32，滤波器43，颤振提取算法单元44。其中，PID补偿器41的输入端与第二比较器5的输出端连接；第二比较器5通过对获取电流控制部件7检测到比例阀的实际电流与颤振提取算法单元44发送的反馈信号值进行比较计算，获取颤振幅值误差e'k。
本发明中，PID补偿器41引入的滤波器能够有效的滤除输入信号的干扰；积分分离与抗积分饱和算法能够有效的防止由于积分环节导致的系统稳定性变差，降低系统的超调量，避免积分饱和，同时又能减小控制器稳定性的误差，提高控制器位移的控制精度；带死区的控制算法计算能够有效的改善死区带来的颤动问题。
颤振叠加算法单元6将PID补偿器41获取的颤振幅值误差e'k和位移控制改进PID控制单元31获取的位移误差ek进行运算得到电流，发送至电流控制部件7。
电流控制部件7包含：电流控制增量式PID控制单元71，PWM输出单元72，电流转换电压放大单元73，电流采样滤波单元74。其中，电流控制增量式PID控制单元71的输入端与颤振叠加算法单元6的输出端连接，该电流控制增量PID式控制单元71的输出端与PWM输出单元72的输入端连接；PWM输出单元72的第一输出端与比例电磁铁8的输入端连接；电流转换电压放大单元73的输入端与所述的PWM输出单元的第二输出端连接；电流采样滤波单元74的输入端与所述的电流转换电压放大的输出端连接，该电流采样滤波单元的输出端与第二比较器5的输入端连接。
本发明中，电流控制增量式PID控制单元71根据获取颤振叠加算法单元输出的电流误差error进行计算，从而将获取电流环控制输出值uk，通过PWM输出单元72处理后，输送至比例电磁铁8中，控制比例电磁铁8的工作。

Claims (6)

1.插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，其特征在于：作为插卡式比例控制器被控对象的电液比例阀，其输出端与颤振控制闭环、阀位控制闭环相连接，该比例阀放大器包括
颤振控制闭环，其第一输入端获取电液比例阀反馈回来的阀芯位置、电液比例阀前后压差和流经电液比例阀的流量，用于得到新的适应的颤振幅值和频率；
阀位控制闭环，其第一输入端获取用户制定的阀位值，用于阀芯位置的精确定位；
颤振叠加算法单元，其输入端与所述的颤振控制闭环和阀位控制闭环的输出端相连接用于改善阀芯位移滞环的影响；以及
采样电流单元，其输入端与颤振叠加算法单元的第二输出端相连接，该采样电流单元的输出端与颤振控制闭环的第二输入端相连接，用于采集输入到电液比例阀中的实际电流。
2.根据权利要求1所述的插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，其特征在于：该比例阀放大器包括位移设定值、第一比较器、位移控制部件、颤振控制部件、第二比较器、颤振叠加算法单元和电流控制部件，所述第一比较器的第一输入端获取输入位移设定值，所述位移控制部件与第一比较器连接，所述颤振控制部件与第二比较器连接，所述第二比较器的第一输入端获取电流控制部件检测到比例阀的实际电流，所述电流控制部件的输入端与颤振叠加算法单元的输出端连接，所述电流控制部件的第一输出端与比例电磁铁连接，所述比例电磁铁作为插卡式颤振信号自适应的比例阀放大器的被控对象，其输出端与位移传感器连接。
3.根据权利要求1所述的插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，其特征在于：精确检测电磁铁的电流、阀芯位置、电液比例阀前后压差和流经电液比例阀的流量，通过智能信号处理算法，从电流中准确提取颤振幅值和颤振频率，输入到颤振信号自适应闭环控制算法中，计算出新的适应阀芯位置、阀前后压差和流量的颤振幅值和频率，该过程根据实时参数不断地修正颤振幅值和频率，从而实现颤振自适应的过程。
4.根据权利要求3所述的插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，其特征在于：自适应闭环控制算法基于双闭环系统，双闭环系统为颤振控制闭环和阀位控制闭环，将阀芯位置信号叠加到颤振自适应闭环控制算法得到的新的颤振幅值和频率中，计算得出新的阀芯位置控制信号，上述双闭环控制算法的计算结果叠加后，输出到驱动电路并作用于电磁铁，从而实现阀芯往复运动的全行程最小滞环、高精度阀芯位置和高动态响应特性。
5.根据权利要求1所述的插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，其特征在于：所述插卡式比例控制器被控对象为比例流量阀、比例压力阀和比例换向阀中的一种。
6.根据权利要求1所述的插卡式颤振信号自适应比例阀放大器，其特征在于：该比例阀放大器采用插卡式，输入形式有模拟输入、数字输入、斜坡信号输入，输出形式有模拟输出、数字输出。
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