CN107269611B - 利用液压油缸升降设备的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用液压油缸升降设备的方法，该方法通过一个参照油缸以及多个跟随油缸同时升降设备：A、对所述参照油缸以及跟随油缸的升降速度进行控制。B、对所述参照油缸以及跟随油缸的油压进行PID闭环控制。本发明通过一个参照油缸以及多个跟随油缸同时升降设备，通过参照油缸与跟随油缸的位移差补偿跟随油缸的速度以及油压，以使参照油缸与跟随油缸能精确的同步升降，避免被升降设备发生偏移，从而造成损坏。

Description

利用液压油缸升降设备的方法
技术领域
本发明属于液压顶升技术领域，尤其涉及一种利用液压油缸升降设备的方法。
背景技术
在叶轮动力试验中，其中一个重要测试项目是将导流片放置到超大型水箱中进行测试。这种超大型的水箱，宽4米，长6米，在蓄满水的情况下重达132吨。在测试过程中，水箱会要求从地面抬升到3m的平台面上和从平台面回落至地面，而将这种跨度大且分量重的水箱从地面抬升到平面上是不容易的事，并且要求在提升的过程中，水箱不允许有偏移(<1mm)，否则水箱就会被轨道卡住，无法继续抬升，甚至会造成水箱的损坏。
有人想到利用丝杆机构来提升这种超大重型设备的抬升。虽然利用丝杆机构进行抬升具有精度高的优点，能够避免超大重型设备在抬升过程中不发生偏移，但是丝杆机构所能提供的力有限，不能达到抬升超大重型设备所需的力，因此，最终利用丝杆机构进行抬升这种超大重型设备还是无法实现。
发明内容
基于此，针对上述技术问题，提供一种利用液压油缸升降设备的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种利用液压油缸升降设备的方法，该方法通过一个参照油缸以及多个跟随油缸同时升降设备：
A、对所述参照油缸以及跟随油缸的升降速度进行控制：
A01、预设所述参照油缸与跟随油缸的位移差所对应的增速或减速的补偿值；
A02、将所述参照油缸以及跟随油缸的行程微分成连续的微行程；
A03、控制所述参照油缸以及跟随油缸在各微行程中以相等的原始速度进行升降；
A04、在油缸升降过程中，实时检测所述参照油缸与每个跟随油缸的位移差，根据相应的增速或减速的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，以使该跟随油缸在下一个微行程以补偿后的速度升降设备，所述补偿后的速度最大为所述参照油缸原始速度的两倍，最小为0；
B、对所述参照油缸以及跟随油缸的油压进行PID闭环控制：
B01、控制所述参照油缸以及跟随油缸以相等的原始油压进行升降；
B02、在所述参照油缸上升过程中，按预设采样周期采样所述参照油缸的油压值，将该油压值作为反馈信号，通过以下公式进行PID逆向完全微分运算,给参照油缸的比例溢流阀一个调整值输出，补偿该参照油缸的油压，以使该参照油缸以补偿后的油压顶升设备：
其中，EVn为在当前采样周期的油压偏差值，EVn-1为在上一个采样周期的油压偏差值，SV为原始油压值，PVfn为在当前采样周期采样到的油压值，PVfn-1为在上一个采样周期采样到的油压值，PVfn-2为在两个采样周期之前采样周期采样到的油压值，ΔMV为油压变化值，MVn为给比例溢流阀的调整值，Dn为当前微分项，Ts为采样周期，Kp为比例常数，TI为积分常数，TD为微分常数；
B03、在所述跟随油缸的上升过程中，按预设采样周期采样所述参照油缸与每个跟随油缸的位移差，将该位移差值作为反馈信号，通过以下公式进行PID正向完全微分运算，给相应跟随油缸的比例溢流阀一个调整值输出，补偿该跟随油缸的油压，以使该跟随油缸以补偿后的油压顶升设备：
其中，EVn为在当前采样周期的位移偏差值，EVn-1为在上一个采样周期的位移偏差值，SV为预设允许位移差值，PVfn为在当前采样周期的位移差值，PVfn-1为在上一个采样周期的位移差值，PVfn-2为在两个采样周期之前采样周期的位移差值，ΔMV为油压变化值，MVn为给比例溢流阀的调整值，Dn为当前微分项，Ts为采样周期，Kp为比例常数，TI为积分常数，TD为微分常数。
所述步骤A01进一步包括：
预设在油缸上升时的位移差值范围一和位移差值范围二，以及在油缸下降时的位移差值范围三和位移差值范围四，所述位移差值范围一以及位移差值范围三为所述参照油缸与跟随油缸位移相减的正值范围，所述位移差值范围二以及位移差值范围四为所述跟随油缸与参照油缸位移相减的正值范围，所述位移差值范围一、位移差值范围二、位移差值范围三以及位移差值范围四均包括按差值由小至大依次划分的多档区间；
预设对应每档区间的速度补偿值。
所述步骤A04进一步包括：
在油缸上升时，取参照油缸与跟随油缸位移相减的正值，根据该正值从所述位移差值范围一中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行增速；
在油缸上升时，取跟随油缸与参照油缸位移相减的正值，根据该正值从所述位移差值范围二中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行减速；
在油缸下降时，取参照油缸与跟随油缸位移相减的正值，根据该正值从所述位移差值范围三中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行减速；
在油缸下降时，取跟随油缸与参照油缸位移相减的正值，根据该正值从所述位移差值范围四中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行增速。
所述位移差值范围一、位移差值范围二、位移差值范围三以及位移差值范围四均包括按差值由小至大依次划分的六档区间；
所述位移差值范围一的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：40000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：120000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：160000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：200000脉冲/秒；
所述位移差值范围二的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：40000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：120000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：160000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：200000脉冲/秒；
所述位移差值范围三的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：6000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：50000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
所述位移差值范围四的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：6000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：50000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒。
当所述正值对应的区间为第六档时，根据该区间对应的补偿值，通过双泵合流的方式补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度。
所述参照油缸以及跟随油缸的电机的每转脉冲数为60000个脉冲，速度为4000000脉冲/每秒。
本发明通过一个参照油缸以及多个跟随油缸同时升降设备，通过参照油缸与跟随油缸的位移差补偿跟随油缸的速度以及油压，以使参照油缸与跟随油缸能精确的同步升降，避免被升降设备发生偏移，从而造成损坏。
具体实施方式
一种利用液压油缸升降设备的方法，该方法通过一个参照油缸以及多个跟随油缸同时升降设备，在本实施例中，跟随油缸为三个，参照油缸以及跟随油缸的油泵电机的每转脉冲数为60000个脉冲，速度为4000000脉冲/每秒，使得四个油缸的油泵电机能迅速同步启动，瞬间加减速，用精准脉冲数控制达到位置同步：
A、通过控制各油缸的油泵电机的转速，控制各油缸的流量，进而对参照油缸以及跟随油缸的升降速度进行控制：
A01、预设参照油缸与跟随油缸的位移差所对应的增速或减速的补偿值:
预设在油缸上升时的位移差值范围一和位移差值范围二，以及在油缸下降时的位移差值范围三和位移差值范围四，位移差值范围一以及位移差值范围三为参照油缸与跟随油缸位移相减的正值范围，位移差值范围二以及位移差值范围四为跟随油缸与参照油缸位移相减的正值范围，位移差值范围一、位移差值范围二、位移差值范围三以及位移差值范围四均包括按差值由小至大依次划分的多档区间。
预设对应每档区间的速度补偿值。
具体地，位移差值范围一、位移差值范围二、位移差值范围三以及位移差值范围四均包括按差值由小至大依次划分的六档区间；
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：40000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：120000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：160000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：200000脉冲/秒；
位移差值范围二的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：40000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：120000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：160000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：200000脉冲/秒；
位移差值范围三的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：6000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：50000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
位移差值范围四的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：6000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：50000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒。
A02、控制参照油缸以及跟随油缸在各微行程中以相等的原始速度进行升降,即各油缸均以相同的原始速度进行匀速升降。
A03、控制参照油缸以及跟随油缸在各微行程中以相等的原始速度进行升降。
A04、在油缸升降过程中，实时检测参照油缸与每个跟随油缸的位移差，根据相应的增速或减速的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，以使该跟随油缸在下一个微行程以补偿后的速度升降设备，补偿后的速度最大为参照油缸原始速度的两倍，最小为0，即等待。
具体地，在油缸上升时，取参照油缸与跟随油缸位移相减的正值，根据该正值从位移差值范围一中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行增速。
在油缸上升时，取跟随油缸与参照油缸位移相减的正值，根据该正值从位移差值范围二中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行减速。
在油缸下降时，取参照油缸与跟随油缸位移相减的正值，根据该正值从位移差值范围三中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行减速。
在油缸下降时，取跟随油缸与参照油缸位移相减的正值，根据该正值从位移差值范围四中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行增速。
上述的第一档区间为允许的差值区间，故对应的补偿值为0。
较佳的，当上述正值对应的区间为第六档时，根据该区间对应的补偿值，通过双泵合流的方式补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度。
B、通过各油缸的比例溢流阀，对参照油缸以及跟随油缸的油压进行PID闭环控制：
B01、控制参照油缸以及跟随油缸以相等的原始油压进行升降；
B02、为了确保参照油缸的运动平稳，在参照油缸上升过程中，通过参照油缸内的压力传感器，按预设采样周期采样参照油缸的油压值，将该油压值作为反馈信号，通过以下公式进行PID逆向完全微分运算,给参照油缸的比例溢流阀一个调整值输出，补偿该参照油缸的油压，以使该参照油缸以补偿后的油压顶升设备：
其中，EVn为在当前采样周期的油压偏差值，EVn-1为在上一个采样周期的油压偏差值，SV为原始油压值，PVfn为在当前采样周期采样到的油压值，PVfn-1为在上一个采样周期采样到的油压值，PVfn-2为在两个采样周期之前采样周期采样到的油压值，ΔMV为油压变化值，MVn为给比例溢流阀的调整值，Dn为当前微分项，Ts为采样周期，Kp为比例常数，TI为积分常数，TD为微分常数。
B03、在跟随油缸的上升过程中，按预设采样周期采样参照油缸与每个跟随油缸的位移差，将该位移差值作为反馈信号，通过以下公式进行PID正向完全微分运算，给相应跟随油缸的比例溢流阀一个调整值输出，补偿该跟随油缸的油压，以使该跟随油缸以补偿后的油压顶升设备：
其中，EVn为在当前采样周期的位移偏差值，EVn-1为在上一个采样周期的位移偏差值，SV为预设允许位移差值，PVfn为在当前采样周期的位移差值，PVfn-1为在上一个采样周期的位移差值，PVfn-2为在两个采样周期之前采样周期的位移差值，ΔMV为油压变化值，MVn为给比例溢流阀的调整值，Dn为当前微分项，Ts为采样周期，Kp为比例常数，TI为积分常数，TD为微分常数。
本发明的参照油缸以及跟随油缸内采用SSI分辨率为226、精度3000.000mm的绝对位移传感器进行位移量反馈，从而计算位移差。
本发明通过一个参照油缸以及多个跟随油缸同时升降设备，通过参照油缸与跟随油缸的位移差补偿跟随油缸的速度以及压力，以使参照油缸与跟随油缸能精确的同步升降，避免被升降设备发生偏移，从而造成损坏。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种利用液压油缸升降设备的方法，其特征在于，该方法通过一个参照油缸以及多个跟随油缸同时升降设备：
A、对所述参照油缸以及跟随油缸的升降速度进行控制：
A01、预设所述参照油缸与跟随油缸的位移差所对应的增速或减速的补偿值；
A02、将所述参照油缸以及跟随油缸的行程微分成连续的微行程；
A03、控制所述参照油缸以及跟随油缸在各微行程中以相等的原始速度进行升降；
A04、在油缸升降过程中，实时检测所述参照油缸与每个跟随油缸的位移差，根据相应的增速或减速的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，以使该跟随油缸在下一个微行程以补偿后的速度升降设备，所述补偿后的速度最大为所述参照油缸原始速度的两倍，最小为0；
B、对所述参照油缸以及跟随油缸的油压进行PID闭环控制：
B01、控制所述参照油缸以及跟随油缸以相等的原始油压进行升降；
B02、在所述参照油缸上升过程中，按预设采样周期采样所述参照油缸的油压值，将该油压值作为反馈信号，通过以下公式进行PID逆向完全微分运算,给参照油缸的比例溢流阀一个调整值输出，补偿该参照油缸的油压，以使该参照油缸以补偿后的油压顶升设备：
EVn＝SV-PVfn
MVn＝∑ΔMV，
其中，EVn为在当前采样周期的油压偏差值，EVn-1为在上一个采样周期的油压偏差值，SV为原始油压值，PVfn为在当前采样周期采样到的油压值，PVfn-1为在上一个采样周期采样到的油压值，PVfn-2为在两个采样周期之前采样周期采样到的油压值，ΔMV为油压变化值，MVn为给比例溢流阀的调整值，Dn为当前微分项，Ts为采样周期，Kp为比例常数，TI为积分常数，TD为微分常数；
B03、在所述跟随油缸的上升过程中，按预设采样周期采样所述参照油缸与每个跟随油缸的位移差，将该位移差值作为反馈信号，通过以下公式进行PID正向完全微分运算，给相应跟随油缸的比例溢流阀一个调整值输出，补偿该跟随油缸的油压，以使该跟随油缸以补偿后的油压顶升设备：
EVn＝PVfn-SV
MVn＝∑ΔMV,
其中，EVn为在当前采样周期的位移偏差值，EVn-1为在上一个采样周期的位移偏差值，SV为预设允许位移差值，PVfn为在当前采样周期的位移差值，PVfn-1为在上一个采样周期的位移差值，PVfn-2为在两个采样周期之前采样周期的位移差值，ΔMV为油压变化值，MVn为给比例溢流阀的调整值，Dn为当前微分项，Ts为采样周期，Kp为比例常数，TI为积分常数，TD为微分常数。
2.根据权利要求1所述的一种利用液压油缸升降设备的方法，其特征在于，所述步骤A01进一步包括：
预设在油缸上升时的位移差值范围一和位移差值范围二，以及在油缸下降时的位移差值范围三和位移差值范围四，所述位移差值范围一以及位移差值范围三为所述参照油缸与跟随油缸位移相减的正值范围，所述位移差值范围二以及位移差值范围四为所述跟随油缸与参照油缸位移相减的正值范围，所述位移差值范围一、位移差值范围二、位移差值范围三以及位移差值范围四均包括按差值由小至大依次划分的多档区间；
预设对应每档区间的速度补偿值。
3.根据权利要求2所述的一种利用液压油缸升降设备的方法，其特征在于，所述步骤A04进一步包括：
在油缸上升时，取参照油缸与跟随油缸位移相减的正值，根据该正值从所述位移差值范围一中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行增速；
在油缸上升时，取跟随油缸与参照油缸位移相减的正值，根据该正值从所述位移差值范围二中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行减速；
在油缸下降时，取参照油缸与跟随油缸位移相减的正值，根据该正值从所述位移差值范围三中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行减速；
在油缸下降时，取跟随油缸与参照油缸位移相减的正值，根据该正值从所述位移差值范围四中找到对应的区间,根据该区间对应的补偿值，补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度，使该跟随油缸进行增速。
4.根据权利要求2所述的一种利用液压油缸升降设备的方法，其特征在于，所述位移差值范围一、位移差值范围二、位移差值范围三以及位移差值范围四均包括按差值由小至大依次划分的六档区间；
所述位移差值范围一的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：40000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：120000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：160000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：200000脉冲/秒；
所述位移差值范围二的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：40000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：120000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：160000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：200000脉冲/秒；
所述位移差值范围三的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：6000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：50000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
所述位移差值范围四的六档区间为：
第一档：0<位移差值≤0.010mm,对应的补偿值：0；
第二档：0.010<位移差值≤0.012mm,对应的补偿值：6000脉冲/秒；
第三档：0.012<位移差值≤0.160mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒；
第四档：0.160<位移差值≤0.200mm,对应的补偿值：20000脉冲/秒；
第五档：0.200<位移差值≤0.300mm,对应的补偿值：50000脉冲/秒；
第六档：位移差值>0.300mm,对应的补偿值：10000脉冲/秒。
5.根据权利要求4所述的一种利用液压油缸升降设备的方法，其特征在于，当所述正值对应的区间为第六档时，根据该区间对应的补偿值，通过双泵合流的方式补偿相应跟随油缸在下一个微行程的原始速度。
6.根据权利要求1或5所述的一种利用液压油缸升降设备的方法，其特征在于，所述参照油缸以及跟随油缸的电机的每转脉冲数为60000个脉冲，速度为4000000脉冲/每秒。
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