CN109441904A - 一种数字阀组pwm与pcm复合控制装置机器控制方法 - Google Patents

一种数字阀组pwm与pcm复合控制装置机器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字阀组PWM与PCM复合控制装置机器控制方法，属于液压开关控制领域。本发明在流量输出线路上设置并联在一起的高速开关开关阀与开关阀组；所述开关阀组由控制器PCM控制；所述高速开关开关阀由控制器PWM控制。本发明采用脉冲数编码，即阀均为相同增益，与传统二进制编码每个阀的均流量增益不同，大大提高了阀组输出流量的精确度，提高了系统的冗余度并且控制方法更为简单；并且将脉宽调制技术与脉码调制技术相结合，提高了阀组输出分辨率和线性度，可实现阀组快速准确的流量输出。

Description

一种数字阀组PWM与PCM复合控制装置机器控制方法
技术领域
本发明涉及液压开关控制领域，具体说是一种基于脉冲宽度调制与脉冲编码调制复合控制的数字液压阀组及控制方法。
背景技术
数字液压控制技术主要包括脉冲宽度调制(PWM)和脉冲编码调制(PCM)两种控制方式，脉冲宽度调制控制通过对开关阀的高速连续切换来控制系统输出，在PWM控制方式下，开关阀处于高速开关状态，零件容易出现磨损，严重影响开关阀的使用寿命。此外，在PWM控制下，开关阀的高频开关噪声非常大。但目前现有的高速开关阀流量相对较小，主要作为先导级控制元件，虽然切换速度快，但是单级阀流量太小，不能满足大流量的需要。PCM控制是最简单、最容易实现的数字阀实现方式，但是它是一种有级控制，它的输出流量是离散有级差的，在使用时会存在量化误差，这使得数字阀的非线性因素对系统的动静态性能产生极大的影响。
发明内容
本发明提出了一种数字阀组PWM与PCM复合控制装置机器控制方法，旨在利用脉冲宽度调制与脉冲编码调制互补的特性进行复合控制。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种数字阀组PWM与PCM复合控制装置，其特征在于：在流量输出线路上设置并联在一起的高速开关开关阀与开关阀组；所述开关阀组由控制器PCM控制；所述高速开关开关阀由控制器PWM控制；所述流量输出线路上在高速开关开关阀与开关阀组前设置进口压力传感器；所述流量输出线路上在高速开关开关阀与开关阀组后设置出口压力传感器和出口流量传感器；所述出口压力传感器、出口流量传感器和进口压力传感器的信号输出端均与控制器的信号输入端连接；所述控制器根据出口压力传感器和进口压力传感器的信号输出控制开关阀组的开闭；所述控制器根据出口流量传感器的信号输出控制高速开关开关阀的开闭。
进一步的技术方案在于，所述控制器为可编程逻辑控制器。
进一步的技术方案在于，所述开关阀组为多个并列在一起的开关阀。
进一步的技术方案在于，利用上述所述的数字阀组PWM与PCM复合控制装置的控制方法，其控制方法包括以下步骤：
(1)控制器通过出口压力传感器、出口流量传感器和进口压力传感器的信号反馈的数据，给流量输出线路输出量设定值，然后对高速开关开关阀与开关阀组进行单独控制；
(2)控制器通过出口压力传感器、进口压力传感器的信号反馈的数据，对开关阀组采用PCM控制方式进行控制，提供流量输出线路的主流量；
(3)控制器通过出口流量传感器的信号反馈的数据，对高速开关开关阀采用PWM控制方式进行控制，对流量输出线路的主流量误差进行弥补。
本发明采用上述技术方案的有益效果为：本发明中每个阀均可由控制器单独控制。利用控制器通过传感器反馈的数据和设定值进行相应控制；开关阀组采用脉码调制控制提供阀组所需的主流量；高速开关开关阀采用脉宽调制控制进行流量补充。本发明采用脉冲数编码，即阀均为相同增益，与传统二进制编码每个阀的均流量增益不同，大大提高了阀组输出流量的精确度，提高了系统的冗余度并且控制方法更为简单；并且将脉宽调制技术与脉码调制技术相结合，提高了阀组输出分辨率和线性度，可实现阀组快速准确的流量输出。
附图说明
图1为本发明的数字液压阀组原理图；
图2为本发明的阀组控制流程图；
1、高速开关开关阀；2、开关阀组；3、控制器；4、出口压力传感器；5、出口流量传感器6、进口压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图及实施示例对本发明做进一步的详细说明。
本发明如图1所示，其在流量输出线路上设置并联在一起的高速开关开关阀1与开关阀组2；所述开关阀组2由控制器3PCM控制；所述高速开关开关阀1由控制器3PWM控制；所述流量输出线路上在高速开关开关阀1与开关阀组2前设置进口压力传感器6；所述流量输出线路上在高速开关开关阀1与开关阀组2后设置出口压力传感器4和出口流量传感器5；所述出口压力传感器4、出口流量传感器5和进口压力传感器6的信号输出端均与控制器3的信号输入端连接；所述控制器3根据出口压力传感器4和进口压力传感器6的信号输出控制开关阀组2的开闭；所述控制器3根据出口流量传感器5的信号输出控制高速开关开关阀1的开闭。
本发明优选实施例中，所述控制器3为可编程逻辑控制器。
本发明优选实施例中，所述开关阀组2为多个并列在一起的开关阀。
本发明如图2所示，利用上述所述的数字阀组PWM与PCM复合控制装置的控制方法，其控制方法包括以下步骤：
(1)控制器3通过出口压力传感器4、出口流量传感器5和进口压力传感器6的信号反馈的数据，给流量输出线路输出量设定值，然后对高速开关开关阀1与开关阀组2进行单独控制；
(2)控制器3通过出口压力传感器4、进口压力传感器6的信号反馈的数据，对开关阀组2采用PCM控制方式进行控制，提供流量输出线路的主流量；
(3)控制器3通过出口流量传感器5的信号反馈的数据，对高速开关开关阀1采用PWM控制方式进行控制，对流量输出线路的主流量误差进行弥补。
对于传统PCM控制方法阀组流量输出的离散性，并且采用二进制编码中每个阀的流量增益不一样，动态响应特性不一致、最终控制特性不确定性以及流量冲击现象比较严重等问题，本发明另辟蹊径，采用两种改进：(1)采用相同增益的脉冲数编码，每个阀动态响应一致性较高，简化了控制的复杂性，提高了阀组冗余度并且理论上不存在流量冲击现象；(2)采用PWM控制单个开关阀，对阀组输出的流量进行补偿，提高阀组输出流量的精度及线性度；阀组控制流程图如图2所示。
假设4位流量增益均为1的液压开关阀组需提供的流量为8.5L/min，通过出口压力传感器、进口压力传感器测得的压力分别为0MPa、9MPa，流量为0L/min，且由控制器PWM控制的高速开关开关阀占空比与流量呈线性关系，输出占空比最多保留小数点后2位。
则根据式(1)阀口流量方程可知，在此压差下每个开关阀的最大流量为3L/min，
式中，Q为开关阀在一定压差下的最大流量，Qa为开关阀流量增益，Pin为进口压力传感器测得的阀组进油口压力，Pout为出口压力传感器测得的阀组出油口压力。
则由PCM控制的开关阀提供的主流量为6L/min，需要2个开关阀保持开启，1个开关阀关闭；需要补偿的流量为2.5L/min，即由式(2)可知，PWM信号控制需要输入的占空比τ为0.83。
式中，τ为需要输入的占空比，Qb为需要补偿的流量。
至此，该例中根据要求得到了最终的控制策略。
实际上高速开关开关阀占空比与流量关系复杂，可通过线性比转化公式进行线性化，如式(3)所示
式中，τ′为线性转换后的占空比，其中高速开关开关阀电气延时阶段用时为t1，阀芯开启阶段用时为t2，断电延时阶段用时为t3，阀芯关闭阶段用时为t4，T为开关周期。

Claims (4)

1.一种数字阀组PWM与PCM复合控制装置，其特征在于：在流量输出线路上设置并联在一起的高速开关开关阀与开关阀组；所述开关阀组由控制器PCM控制；所述高速开关开关阀由控制器PWM控制；所述流量输出线路上在高速开关开关阀与开关阀组前设置进口压力传感器；所述流量输出线路上在高速开关开关阀与开关阀组后设置出口压力传感器和出口流量传感器；所述出口压力传感器、出口流量传感器和进口压力传感器的信号输出端均与控制器的信号输入端连接；所述控制器根据出口压力传感器和进口压力传感器的信号输出控制开关阀组的开闭；所述控制器根据出口流量传感器的信号输出控制高速开关开关阀的开闭。
2.根据权利要求1所述的一种数字阀组PWM与PCM复合控制装置，其特征在于：所述控制器为可编程逻辑控制器。
3.根据权利要求1所述的一种数字阀组PWM与PCM复合控制装置，其特征在于：所述开关阀组为多个并列在一起的开关阀。
4.利用权利要求1或2或3所述的数字阀组PWM与PCM复合控制装置的控制方法，其控制方法包括以下步骤：
(1)控制器通过出口压力传感器、出口流量传感器和进口压力传感器的信号反馈的数据，给流量输出线路输出量设定值，然后对高速开关开关阀与开关阀组进行单独控制；
(2)控制器通过出口压力传感器、进口压力传感器的信号反馈的数据，对开关阀组采用PCM控制方式进行控制，提供流量输出线路的主流量；
(3)控制器通过出口流量传感器的信号反馈的数据，对高速开关开关阀采用PWM控制方式进行控制，对流量输出线路的主流量误差进行弥补。
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