CN106122140A - 一种补充式双缸同步液压控制方法及系统 - Google Patents

一种补充式双缸同步液压控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种补充式双缸同步液压控制方法及系统，该系统包括：两个安装有行程传感器的多级液压缸、主泵比例调速阀和电液切换阀、辅泵比例调速阀和两组换向阀、油缸平衡阀组、两组油缸大腔阀块和小腔阀块，及PLC控制器；该方法为通过全行程最大允许误差及补油临界值，通过主泵承担伸出或收回负载、辅泵对滞后液压缸进行动态补油的思路，通过PLC控制器对液压缸同步控制，使双缸快速同步稳定运行。本发明通过直接在液压缸油路输入端并联接入补充油路，可在不频繁改变主泵控制速度的同时，通过辅泵补油实现双缸的同步，减少了负载振荡发生，双缸同步稳定性好；通过调整双缸主泵、辅泵液压流量控制曲线，可适应不同负载的高精度同步操作。

Description

一种补充式双缸同步液压控制方法及系统
技术领域
本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种补充式双缸同步液压控制方法及系统。
背景技术
发射车起竖负载质量不断增加，其起竖装置也就需选择双缸液压缸，使负载质量大幅增加的基础上，仍能保持其在起竖过程的平稳。但是，双缸同时操作会存在一个严重的问题，即双缸同时做同步起或落操作时，存在一定的同步误差，该误差的存在对液压缸影响非常严重，尤其是发射车起竖机构存在总行程长而初始行程短的特点，双缸均需采用多级油缸，在换级过程的不同步，将会导致液压缸缸筒和活塞杆变形，甚至导致严重的安全事故。
双缸同步液压系统控制一般采用的同步纠偏控制系统，根据其应用场合的精度要求，控制方法有调速阀分流同步系统、比例换向阀的PID控制等。例如专利号为CN103388602A的一种协同式高精度液压双缸同步系统及其控制方法，通过基于高速开关阀及模糊控制策略的协同式双缸同步控制方法，利用高速开关阀的流量特性以及模糊控制策略，实现对液压缸的协同速度控制实现双缸同步控制，但该方法采用高速开关阀对液压系统要求较高，不适合发射车多变的工作环境，而且其同步精度也不能满足发射车起竖机构在起竖过程中对双缸同步精度的要求。
发明内容
针对现有技术状况及精度需求，本发明的第一目的在于：提供一种控制精度高、伸缩行程长、负载质量大、基于同步辅助补油控制策略的补充式双缸同步液压系统及其控制方法，大幅降低流量同步控制过频引起的振荡及同步误差问题，提高液压系统运行的可靠性及安全性。本发明的第二目的是提供一种设有所述双缸同步控制液压系统的发射车起竖系统。
本发明采用的技术解决方案如下：
一种补充式双缸同步液压控制方法，具体为：采集两个液压缸的行程信息，按照如下方式控制主泵和辅泵压力及流量输出对两个液压缸进行液压控制：
两液压缸伸出过程中，当|液压缸A行程值-液压缸B行程值|≥两个液压缸行程平均值对应的补油临界值时，触发补油流程，具体为：若第一液压缸A行程值＞第二液压缸B行程值，则控制辅泵的压力及流量输出给第二液压缸B大腔补油，直至第一液压缸A行程值-第二液压缸B行程值≤0，停止给第二液压缸B大腔补油；若第二液压缸B行程值＞第一液压缸A行程值，则控制辅泵的压力及流量输出给第一液压缸A大腔补油，直至第二液压缸B行程值-第一液压缸A行程值≤0，停止给第一液压缸A大腔补油；
两液压缸回收过程中，当|第一液压缸A行程值-第二液压缸B行程值|≥两个液压缸行程平均值对应的补油临界值时触发补油流程，具体为：若第一液压缸A行程值＞第二液压缸B行程值，第一液压缸A速度较慢，则控制辅泵压力及流量输出给第一液压缸A小腔补油，直至第一液压缸A行程值-第二液压缸B行程值≤0时，停止给第一液压缸A小腔补油；若第二液压缸B行程值＞第一液压缸A行程值，第二液压缸B速度较慢，则控制辅泵压力及流量输出给第二液压缸B小腔补油，直至第二液压缸B行程值-第一液压缸A行程值≤0，停止给第二液压缸B小腔补油；
两液压缸伸出和回收过程中，当|第一液压缸A行程值-第二液压缸B行程值|≥两个液压缸行程平均值对应的最大允许误差时，暂停主泵压力流量输出，只开通单缸辅泵补油流程；
两液压缸伸出和回收过程中，当单个油缸行程超过目标点行程时主泵停止工作，仅通过辅泵进行补油直至两个油缸行程平均值达到目标点行程时，辅泵停止工作，本轮操作完成。
本发明一种补充式双缸同步液压控制系统，包括：两个安装有行程传感器的多级液压缸、主泵比例调速阀和电液切换阀、辅泵比例调速阀和两组辅泵换向阀、油缸平衡阀组、两组油缸大腔阀块和小腔阀块，固化有控制策略的PLC控制器；
所述的高精度行程传感器与多级液压缸固定连接，并实时测量液压缸的位移信息送入PLC控制器；所述主泵比例调速阀与主泵电液切换阀串联，输出液压分为两组接入平衡阀块，继而通过大腔阀块和小腔阀块分别与对应的液压缸连接；所述平衡阀块和大腔阀块和小腔阀块用于液压缸伸出/收回暂停时，液压缸端与控制液压阀端的自主稳定辅泵比例调速阀与两组辅泵换向阀串接，其中一组辅泵换向阀输出的液压通过一组大腔阀块和小腔阀块输出给一个多级液压缸实现补油控制，另一组辅泵换向阀输出的液压通过另一组大腔阀块和小腔阀块输出给另一个多级液压缸实现补油控制；所述的PLC控制器内固化有控制策略；PLC控制器输出的模拟控制信号直接控制主泵比例调速阀、辅泵比例调速阀的液压流量，直接控制主泵电液切换阀、两组辅泵换向阀的液压压力。
所述的主泵比例调速阀与主泵流量之间、辅泵比例调速阀与辅泵流量之间、主泵电液切换阀与主泵压力及液压缸伸/缩方向之间、辅泵换向阀与辅泵压力及液压缸伸/缩方向之间均存在严格的线性关系，且这些液压阀均工作在线性工作区域；输入模拟控制信号直接控制对应液压阀的开度及方向，可直接通过主泵流量控制实现对液压缸的速度控制，通过辅泵流量的动态补充实现对双缸的同步调整。
本发明通过全行程最大允许误差及补油临界值，通过主泵承担伸出或收回负载、辅泵对滞后液压缸进行动态补油的思路，通过PLC控制器中固化的动态补油策略对液压缸同步控制，使双缸快速同步稳定运行。本发明同现有技术相比，其优越性在于：
(1)本发明通过直接在液压缸油路输入端并联接入补充辅泵油路，可在不频繁改变主泵控制速度的同时，通过辅泵补油实现双缸的同步，减少了负载振荡发生，提高了双缸同步的稳定性。试验表明，本发明提出的方法比现有方法双缸同步精度高。
(2)本发明通过PLC控制器中的控制策略调整双缸主泵、辅泵液压流量控制曲线，可适应不同负载的高精度同步操作，应用范围更广。
附图说明
图1是本发明实施例中补充式双缸同步液压控制系统结构图；
图2是本发明实施例中液压油缸起竖过程(伸出)控制策略示意图；
图3是本发明实施例中的双缸起竖全过程平均行程与主、辅泵液压流量控制参数曲线；
图4是本发明实施例中双缸同步起竖过程(伸出)PLC控制策略流程图。
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。
实施例：
某型号发射车起竖负载质量数十吨，其起竖装置经结构仿真计算推荐采用双缸多级(4级)液压缸完成负载起竖操作，其双缸间最大允许误差与油缸总长呈线性关系，其最大允许误差不大于油缸总长度的0.5％。当油缸在起竖零位时，对应的油缸伸出长度为为0mm，油缸总长度为4030mm，最大允许同步误差为20mm；当油缸起竖到垂直状态时，对应的油缸伸出长度为12010mm，油缸总长为16040mm，最大允许同步误差为80mm。
为保证双缸同步输出的稳定性和测量精度，左右起竖油缸上均安装有误差小于0.1％的高精度行程传感器，并在安装前后进行了误差校准。
在发射车上按图1所示安装补充式双缸同步液压控制系统，以双缸起竖过程(伸出)为例，其液压控制策略如图2所示。
发射车根据负载质量、液压缸特性、液压缸运行速度要求等，综合计算分析主泵液压压力保持为10MPa、全行程的液压流量控制曲线，例如在双缸换级前、到达目的为止前均进行均匀减速处理，在双缸起始运动时、换级完成后均进行了均匀增速处理，以确保运行的稳定。然后，按照2.5:1的比例设定出双缸行程平均值时辅泵对应的辅泵补油流量值，为防止液压阀自身的不稳定，其计算后流量值小于20％的按20％设定，辅泵液压压力按大于主泵液压压力2MPa设定，双缸起竖全过程平均行程与主、辅泵液压流量控制参数曲线见图3，其中主泵采用2个比例调速阀控制流量输出，其最大输出流量开度为200％。
双缸间最大允许误差按双缸起竖全过程平均行程的0.5％计算，取最大允许误差值的70％作为对应行程位置的补油临界值。
软件设计根据补充式双缸同步液压控制系统液压缸伸出补油策略，制定本实施例中双缸同步起竖过程(伸出)的PLC控制策略流程见图4。其中，在辅泵补油流程完成后，主泵在起竖过程中因超出最大允许误差而暂停的状态可自动判定无误后重新开启。软件编制完成后，将具体化的控制策略写入PLC控制器中。
在发射车上按照要求搭建补充式双缸同步液压控制系统，并进行多次空载及满载起竖系统测试。其测试结果表明，本方法能有效消除双缸的不同步，其双缸同步误差与其平均行程的比值均在0.4％以下，其最大误差比值出现在液压油缸换级位置，对于最大比值为0.46％，满足发射车结构系统要求的双缸间最大允许误差不大于油缸总长度0.5％的要求。
本发明充分考虑了液压阀在低流量控制时输出精度较低、为确保使用寿命补油阀不能频繁动作、左行程传感器和右行程传感器测量误差累积等问题，并通过换级前控制双缸减速来降低左油缸和右油缸换级不同步造成的不同步，设置补油临界值来减少系统的频繁补油等，确保其在起竖过程中的高精度稳定运行。出现同步误差与双缸平均行程的比值出现大于0.4％的原因除了多级油缸换级的不同步外，触发开启补油的补油临界值设定值较大，约为该比值的0.35％，也是造成该比值较大的一个重要原因。

Claims (2)

1.一种补充式双缸同步液压控制方法：其特征在于，具体为：采集第一液压缸(A)和第二液压缸(B)的行程信息，按照如下方式控制主泵和辅泵的压力及流量输出实现对两个液压缸的液压控制：
两液压缸伸出过程中，当|第一液压缸(A)行程值-第二液压缸(B)行程值|≥两个液压缸行程平均值对应的补油临界值时，触发补油流程，具体为：若第一液压缸(A)行程值＞第二液压缸(B)行程值，则控制辅泵的压力及流量输出给第二液压缸(B)大腔补油，直至第一液压缸(A)行程值-第二液压缸(B)行程值≤0，停止给第二液压缸(B)大腔补油；若第二液压缸(B)行程值＞第一液压缸(A)行程值，则控制辅泵的压力及流量输出给第一液压缸(A)大腔补油，直至第二液压缸(B)行程值-第一液压缸(A)行程值≤0，停止给第一液压缸(A)大腔补油；
两液压缸回收过程中，当|第一液压缸(A)行程值-第二液压缸(B)行程值|≥两个液压缸行程平均值对应的补油临界值时触发补油流程，具体为：若第一液压缸(A)行程值＞第二液压缸(B)行程值，第一液压缸(A)速度较慢，则控制辅泵压力及流量输出给第一液压缸(A)小腔补油，直至第一液压缸(A)行程值-第二液压缸(B)行程值≤0时，停止给第一液压缸(A)小腔补油；若第二液压缸(B)行程值＞第一液压缸(A)行程值，第二液压缸(B)速度较慢，则控制辅泵压力及流量输出给第二液压缸(B)小腔补油，直至第二液压缸(B)行程值-第一液压缸(A)行程值≤0，停止给第二液压缸(B)小腔补油；
两液压缸伸出和回收过程中，当|第一液压缸(A)行程值-第二液压缸(B)行程值|≥两个液压缸行程平均值对应的最大允许误差时，暂停主泵压力流量输出，只开通单缸辅泵补油流程；
两液压缸伸出和回收过程中，当单个油缸行程超过目标点行程时主泵停止工作，仅通过辅泵进行补油直至两个油缸行程平均值达到目标点行程时，辅泵停止工作，本轮操作完成。
2.一种实现权利要求1所述方法的补充式双缸同步液压控制系统，其特征在于，包括两个安装有行程传感器的多级液压缸、主泵比例调速阀和主泵电液切换阀、辅泵比例调速阀和两组辅泵换向阀、油缸平衡阀组、两组油缸大腔阀块和小腔阀块，以及PLC控制器；
一个行程传感器与一个多级液压缸固定连接，行程传感器用于实时测量液压缸的位移信息送入PLC控制器；主泵比例调速阀与主泵电液切换阀串接，主泵电液切换阀输出的液压分为两组接入油缸平衡阀组；油缸平衡阀组输出的两组液压分别通过一组大腔阀块和小腔阀块与输出给一个多级液压缸；辅泵比例调速阀与两组辅泵换向阀串接，其中一组辅泵换向阀输出的液压通过一组大腔阀块和小腔阀块输出给一个多级液压缸实现补油控制，另一组辅泵换向阀输出的液压通过另一组大腔阀块和小腔阀块输出给另一个多级液压缸实现补油控制；PLC控制器输出的模拟控制信号控制主泵比例调速阀、辅泵比例调速阀的液压流量，控制主泵电液切换阀、两组辅泵换向阀的液压压力。
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