CN109667815B - 一种快速起竖控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速起竖控制系统，该系统包括供油单元、多级液压缸以及相互并联的多条辅助动力支路和主动力支路，还包括切换传感器、开环控制器、闭环控制器和切换控制器；所述多级液压缸的每一级液压缸均通过所述主动力支路和其中一条辅助动力支路与供油单元连通，并逐级伸出完成起竖臂的起竖；所述切换传感器，用于实时监测起竖臂的起竖状态反馈给所述切换控制器；所述开环控制器和所述闭环控制器并联后串联所述切换控制器；所述切换控制器，用于根据所述起竖臂的起竖状态选取参数调节所述主动力支路的控制状态。本发明解决了基于蓄能器式辅助动力源的快速起竖系统存在的起竖过程压力波动大和稳定时间较长的问题。

Description

一种快速起竖控制系统

技术领域

本发明涉及起竖技术领域，尤其涉及一种基于蓄能器式辅助动力源带切换控制器的快速起竖控制系统。

背景技术

导弹发射车等大型起竖设备的起竖时间影响着导弹的快速反应能力，进而影响着导弹的生存能力。

现有技术中，起竖系统通常包括单杆液压缸、一条主动力支路和一条辅助动力支路，单杆液压缸的伸出先由辅助动力支路推动，在起竖臂的起竖角度接近90°时，切换至主动力支路推动，使得起竖臂的起竖角度到达90°，完成起竖。但是存在起竖速度不可调，起竖速度一直较高，导致起竖过程的控制精度低，起竖系统稳定性差的问题。同时，由于起竖速度高以及惯性的原因，起竖臂在起竖过程中容易超过外翻点，甚至导致起竖失败。

目前针对上述问题提出的一种使用蓄能器为辅助动力源的快速起竖系统，其虽可以减小起竖时间提升快速性，也解决了起竖方法控制精度低、稳定性差、起竖臂容易超过外翻点的问题。但也存在起竖过程压力波动及稳定时间长的问题。由于辅助动力源提供的流量很大而主动力源无法提供进而导致在辅助动力源作用时系统无法闭环控制，而为了使起竖过程平稳且在某角度精确制动，系统需要进行闭环控制，由此产生了主动力源工作时的开闭环控制器切换问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种快速起竖控制系统，具有合适的开闭环控制器切换方法，解决了基于蓄能器式辅助动力源的快速起竖系统存在的起竖过程压力波动大和稳定时间较长的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供了一种快速起竖控制系统，包括供油单元、多级液压缸以及相互并联的多条辅助动力支路和主动力支路，还包括切换传感器、开环控制器、闭环控制器和切换控制器；所述多级液压缸的每一级液压缸均通过所述主动力支路和其中一条辅助动力支路与供油单元连通，并逐级伸出完成起竖臂的起竖；所述切换传感器，用于实时监测起竖臂的起竖状态反馈给所述切换控制器；所述开环控制器和所述闭环控制器并联后串联所述切换控制器；所述切换控制器，用于根据所述起竖臂的起竖状态选取参数调节所述主动力支路的控制状态。

进一步，所述多级液压缸逐级伸出完成起竖臂的起竖包括以下步骤：

步骤S1，所述每一级液压缸的伸出均先由开环控制状态的对应级别的辅助动力支路推动；除最后一级液压缸以外，其他级液压缸在接近该级液压缸最大行程时，切换至开环控制状态的主动力支路；

步骤S2，所述最后一级液压缸，在起竖臂的起竖角度接近90°时，切换至可调节开环控制状态和闭环控制状态的主动力支路推动，使得起竖臂的起竖角度到达90°，完成起竖。

进一步，还包括多级液压缸行程传感器，用于实时监测所述多级液压缸的伸出行程；所述辅助动力支路包括依次连接的开关阀、蓄能器和比例流量阀；所述步骤S1包括以下步骤：当所述多级液压缸行程传感器监测到该级液压缸接近最大行程时，连接该级液压缸的开环控制状态的辅助动力支路的开关阀和比例流量阀关闭，开环控制状态的主动力支路打开、释放液油，推动该级液压缸至最大行程。所述步骤S2包括以下步骤：所述最后一级液压缸，在起竖臂的起竖角度接近90°时，所述切换控制器基于模糊规则的调节系数选择函数来选取参数k，切换至闭环控制状态的主动力支路推动，完成起竖臂的起竖；其中，k值和(1-k)值分别是开环控制器和闭环控制器的调节系数，所述调节系数k的参数范围是(0,1)；开环控制状态时，k值取在1附近；闭环控制状态时，k值取在0附近；开环控制状态和闭环控制状态切换点前后，k值是一条从1到0的连续渐变的曲线。

进一步，所述切换传感器包括起竖臂加速度传感器和起竖臂角度传感器；所述步骤S1和步骤S2包括：所述起竖臂加速度传感器实时监测起竖臂的加速度，所述辅助动力支路的比例流量阀根据预设的开启曲线实时调节蓄能器的输出流量，使得起竖臂的加速度在限定的范围内；所述步骤S2包括：所述起竖臂角度传感器实时监测起竖臂的角度，当所述起竖臂角度传感器监测到起竖臂的角度接近90°时，开环控制状态的最后一条辅助动力支路的开关阀和比例流量阀关闭，可调节开环控制状态和闭环控制状态的主动力支路打开、释放液油，推动与所述最后一条辅助动力支路连通的一级液压缸伸出，使得起竖臂的起竖角度到达90°，完成起竖。

进一步，所述起竖臂加速度传感器和起竖臂角度传感器搭载在系统的测控单元；所述测控单元还包括计算机、数据采集卡、变频器、信号调理模块、电源；所述计算机与所述数据采集卡通过USB接口相连接，并通过Labview软件交互；所述加速度传感器和所述角度传感器的输出端与所述变频器的输入端相连接；所述变频器的输出端与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块与所述数据采集卡的输入端通过电缆连接；所述角度传感器的转轴与系统外部发射装置的转轴同轴连接；所述电源的输出端分别与计算机、变频器、数据采集卡、角度传感器、加速度传感器、信号调理模块的电源输入端通过电缆连接。

进一步，所述供油单元与所述主动力支路和辅助动力支路连接的管路上设有比例溢流阀和压力表；所述步骤S1之前还包括辅助动力支路的充液过程，所述充液过程包括如下步骤：设定所述比例溢流阀的预设压力，其中一条辅助动力支路打开，开启供油单元，液油充入辅助动力支路；当所述压力表检测到辅助动力支路的压力达到比例溢流阀的预设压力后，液油从比例溢流阀流至外部油箱；所述辅助动力支路关闭，使得所述辅助动力支路的压力维持在比例溢流阀的预设压力，完成辅助动力支路的充液过程。

进一步，所述辅助动力支路分为高压辅助动力支路、中压辅助动力支路和低压辅助动力支路；所述辅助动力支路的充液顺序为低压辅助动力支路、中压辅助动力支路和高压辅助动力支路。

进一步，所述主动力支路包括比例方向阀、进油平衡阀和回油平衡阀；所述多级液压缸的每一级液压缸的进油油路均通过进油平衡阀和比例方向阀与所述供油单元的液体出口连通；所述多级液压缸的每一级液压缸的回油油路均通过回油平衡阀和比例方向阀与外部油箱连通；所述主动力支路释放液油包括如下步骤：所述供油单元中的液油通过比例方向阀和进油平衡阀进入所述多级液压缸的其中一级液压缸的进油腔，该级液压缸的回油腔中的液油通过回油平衡阀和比例方向阀流至外部油箱。

进一步，所述供油单元与所述比例方向阀之间设有高压过滤器；所述多级液压缸分为高压液压缸、中压液压缸和低压液压缸；所述比例方向阀，用于控制主辅动力源的打开、关闭以及多级液压油缸的伸缩方向，并控制主动力支路的进油量以及多级液压缸的伸缩速度；所述高压过滤器，用于降低液油中的杂质。

进一步，所述快速起竖控制系统还包括回油支路，所述回油支路上设有回油开关阀；当辅助动力支路推动多级液压缸伸出时，所述回油支路上的回油开关阀打开，使得多级液压缸的回油腔能够回油；当主动力支路释放液油时，回油支路上的回油开关阀处于关闭。

上述技术方案的有益效果如下：本发明实施例公开了一种快速起竖控制系统，包括供油单元、多级液压缸以及相互并联的多条辅助动力支路和主动力支路，还包括切换传感器、开环控制器、闭环控制器和切换控制器；所述多级液压缸的每一级液压缸均通过所述主动力支路和其中一条辅助动力支路与供油单元连通，并逐级伸出完成起竖臂的起竖；所述切换传感器，用于实时监测起竖臂的起竖状态反馈给所述切换控制器；所述开环控制器和所述闭环控制器并联后串联所述切换控制器；所述切换控制器，用于根据所述起竖臂的起竖状态选取参数调节所述主动力支路的控制状态。本发明有效解决了基于蓄能器式辅助动力源的快速起竖系统存在的压力波动和稳定时间长的问题，通过设置合理的参考信号和选取合理的参数，可以实现快速起竖条件下的系统的稳定性的要求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为一种快速起竖系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的带切换控制器的开闭环切换框图；

图3为本发明实施例的切换控制器参数k值信号变化图；

图4为不带切换控制器的开闭环切换框图；

图5为本发明实施例的带切换控制器的开闭环切换控制前信号跳变示意图；

图6为本发明实施例的带切换控制器的开闭环切换控制后信号过渡示意图；

图7为本发明实施例的带切换控制器的开闭环切换控制前后比例方向阀信号变化图。

附图标记：

1-多级液压缸；2-高压开关阀；3-高压蓄能器；4-高压比例流量阀；5-中压开关阀；6-中压蓄能器；7-中压比例流量阀；8-低压开关阀；9-低压蓄能器；10-低压比例流量阀；11-比例方向阀；12-进油平衡阀；13-回油平衡阀；14-高压过滤器；15-油泵；16-电机；17-比例溢流阀；18-压力表；19-回油开关阀。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明实施例提供了一种快速起竖控制系统，需要说明的是，为了能够对快速起竖控制系统进行清楚地描述，先介绍一下快速起竖系统的结构。

一种快速起竖系统，如图1所示，包括供油单元、多级液压缸1以及相互并联的主动力支路和多条辅助动力支路；多条辅助动力支路分为高压辅助动力支路、中压辅助动力支路和低压辅助动力支路时，高压辅助动力支路可以包括依次连接的高压开关阀2、高压蓄能器3和高压比例流量阀4，中压辅助动力支路可以包括依次连接的中压开关阀5、中压蓄能器6和中压比例流量阀7，低压辅助动力支路可以包括依次连接的低压开关阀8、低压蓄能器9和低压比例流量阀10；主动力支路包括比例方向阀11、进油平衡阀12和回油平衡阀13；高压液压缸、中压液压缸和低压液压缸的进油油路均通过进油平衡阀12和比例方向阀11与供油单元的液体出口连通；高压液压缸、中压液压缸和低压液压缸的回油油路均通过回油平衡阀13和比例方向阀11与外部油箱连通。供油单元与比例方向阀11之间设有高压过滤器14。供油单元包括油泵15(例如，定量齿轮泵)以及用于为油泵15提供动力的电机16；油泵15的液体进口与外部油箱连通，油泵15的液体出口分别与主动力支路和辅助动力支路连通。供油单元与主动力支路、高压辅助动力支路、中压辅助动力支路和低压辅助动力支路连接的管路上设置比例溢流阀17和压力表18，比例溢流阀17的数量可以为多个，主动力支路和多个辅助动力支路上分别设置一个比例溢流阀17，压力表18的数量和布置方式与比例溢流阀17基本相同，在此不一一赘述。快速起竖系统还包括回油支路，回油支路上设有回油开关阀19；多级液压缸1的回油油路通过回油支路与外部油箱连接。

实际应用中，可以将多条辅助动力支路集成在一个集成单元上，将主动力支路、高压过滤器14、单向阀16、比例溢流阀17和压力表18集成在另一个集成单元上。

图2为本发明实施例的带切换控制器的开闭环切换框图。

本发明的具体实施例公开了一种快速起竖控制系统，如图1所示，包括供油单元、多级液压缸以及相互并联的多条辅助动力支路和主动力支路，如图2所示，还包括切换传感器、开环控制器、闭环控制器和切换控制器；所述多级液压缸的每一级液压缸均通过所述主动力支路和其中一条辅助动力支路与供油单元连通，并逐级伸出完成起竖臂的起竖；所述切换传感器，用于实时监测起竖臂的起竖状态反馈给所述切换控制器；所述开环控制器和所述闭环控制器并联后串联所述切换控制器；所述切换控制器，用于根据所述起竖臂的起竖状态选取参数调节所述主动力支路的控制状态。本发明方法是将系统的控制状态从瞬时、非连续的切换过程化为渐变、连续的切换过程，也就是在开环控制器和闭环控制器并联后串联一个切换控制器，保证切换前后开闭环控制器的输出信号相同，与现有技术相比有效解决了基于蓄能器式辅助动力源的快速起竖系统存在的压力波动和稳定时间长的问题，通过设置合理的参考信号和选取合理的参数，可以实现快速起竖条件下的系统的稳定性的要求。

需要说明的是，多级液压缸1的每一级液压缸的进油油路均分别通过主动力支路和其中一条辅助动力支路与供油单元的液体出口连通；多级液压缸1的回油油路与外部油箱连通。

实际应用中，从辅助动力源开始工作至主动力源稳定衔接完毕之间有两个阶段：第一阶段是辅助动力源单独工作状态，此时系统处于开环工作状态，因为辅助动力源工作时液压缸的速度远大于主动力源工作时的速度，主动力源无法提供所需的流量，此时无法闭环控制；第二阶段是主动力源开环工作阶段，此时主动力源输出较大的流量以尽快在无杆腔建立压力并使压力稳定，进而使起竖臂角度稳定，为进入闭环控制做准备，此过程中系统处于主辅动力源的能量衔接过程，起竖臂速度变化大，难以闭环。以上两个阶段控制器均工作在开环控制状态，而起竖臂在起竖过程中为了使其能按规划的轨迹运动以保证起竖的平稳性，要求其工作在闭环控制状态下，而且由于导弹发射对弹体的初始位置有严格的要求，即对其在处于90°位置时有比较高的精度要求，所以必须用闭环来保证起竖的精度。所以整个系统的控制器在起竖过程中存在开环到闭环的切换。由于开闭环切换使比例方向阀的信号不连续，导致瞬时跳变，进而导致压力波动。为了保证切换前后开闭环控制器的输出信号相同，在开环控制器和闭环控制器并联后串联一个切换控制器。

本发明的一个具体实施例，所述多级液压缸逐级伸出完成起竖臂的起竖包括以下步骤：

步骤S1，所述每一级液压缸的伸出均先由开环控制状态的对应级别的辅助动力支路推动；除最后一级液压缸以外，其他级液压缸在接近该级液压缸最大行程时，切换至开环控制状态的主动力支路；

步骤S2，所述最后一级液压缸，在起竖臂的起竖角度接近90°时，切换至可调节开环控制状态和闭环控制状态的主动力支路推动，使得起竖臂的起竖角度到达90°，完成起竖。

本实施例具体实现了所述多级液压缸逐级伸出完成起竖臂的起竖，也即，从辅助动力源开始工作至主动力源稳定衔接完毕之间的两个阶段，以及在起竖臂的起竖角度接近90°位置时，主动力源的工作控制器在起竖过程中从开环控制状态到闭环控制状态的切换，使得起竖能按规划的轨迹运动以保证起竖的平稳性和精确性。

需要说明的是，由于辅助动力支路作用结束后，起竖臂是逐渐减速运动的，当达到衔接时刻后，主动力支路推动起竖臂平稳衔接运动，并在一定的起竖规律下完成起竖过程。这里的衔接时刻的确定是一个关键问题，这一时刻是根据主动力支路所能提供的最大速度确定的，当辅助动力支路作用结束后减速到主动力源所能提供的最大速度时即为衔接时刻，此时从辅助动力支路切换至主动力支路时，辅助动力支路内液油的瞬时流量等于主动力支路内的液油的瞬时流量，保证了液油流量的连续性。

本发明的一个具体实施例，所述快速起竖控制系统还包括多级液压缸行程传感器，用于实时监测所述多级液压缸1的伸出行程；

所述辅助动力支路包括依次连接的开关阀、蓄能器和比例流量阀；这里对于辅助动力支路的结构，如图1所示，其包括依次连接的开关阀、蓄能器和比例流量阀；开关阀的液体进口与供油单元的液体出口连通，比例流量阀的液体出口与多级液压缸1的进油油路连通。其中，开关阀可以控制对应的辅助动力支路的打开和关闭；蓄能器是通过液油压缩气体来储存能量，具有响应快、零噪声、气腔和油腔密封可靠、尺寸小、重量轻、安装方便、容易维护和充液方便等优点，其能够瞬时提供较大流量和压力的液油，快速推动对应一级液压缸伸出；比例流量阀可以调控蓄能器的输出流量，进而控制起竖速度和加速度，避免液油的流量和压力过大而产生瞬时加速度过大，从而能够避免损伤导弹。

所述步骤S1包括以下步骤：当所述多级液压缸行程传感器监测到该级液压缸接近最大行程时，连接该级液压缸的开环控制状态的辅助动力支路的开关阀和比例流量阀关闭，开环控制状态的主动力支路打开、释放液油，推动该级液压缸至最大行程。也就是说，在起竖过程中，除了最后一级液压缸外，当多级液压缸行程传感器监测到该级液压缸接近最大行程时，开关阀和比例流量阀关闭，主动力支路打开、释放液油，推动该级液压缸至最大行程。

所述步骤S2包括以下步骤：所述最后一级液压缸，在起竖臂的起竖角度接近90°时，所述切换控制器基于模糊规则的调节系数选择函数来选取参数k，切换至闭环控制状态的主动力支路推动，完成起竖臂的起竖；

其中，k值和(1-k)值分别是开环控制器和闭环控制器的调节系数，所述调节系数k的参数范围是(0,1)；开环控制状态时，k值取在1附近；闭环控制状态时，k值取在0附近；开环控制状态和闭环控制状态切换点前后，k值是一条从1到0的连续渐变的曲线。

需要说明的是，切换控制器的调节参数k值的选择基于模糊策略。首先是由于在开环控制阶段，系统无法满足闭环控制要求，所以此时闭环控制器基本不输出，故k值取在1附近，保证开环输出；而在闭环控制阶段，开环基本不输出，所以闭环控制阶段k值取值在0附近。在切换点前后，k值是一个从1到0的快速变化曲线。迷糊规则主要是将以上描述的过程进行参数化设计。其k值的选择变化如图3所示的切换控制器参数k值信号变化图。实际应用中，k值的选择利用差值法，将k值变化时间假定为0.5s，然后k在1到0的过程中是均匀减小的差值，然后利用平滑过渡函数(比如多项式函数)将其平滑，就可以成为简单可用的调节函数。

可以理解，现有技术的策略中有一段时间闭环控制器参与计算但不输出，在达到一定的切换点后才参与输出，如图4所示不带切换控制器的开闭环切换框图，连接开环控制器的同时断开闭环控制器，切换完成后断开环控制器连接闭环控制器，因此在切换前闭环控制器不参与控制。相比现有技术，本实施例的控制策略是将开环信号和闭环信号相叠加输出，两个控制器全程同时参与控制工作，并且是通过参数化设计的叠加效应，也即k值变化曲线的策略选择，参见图3。对于k值变化曲线的具体的设计，也即从1到0的变化曲线，在连续渐变过程中可以采用选取步长，例如0.01或0.005等，从而实现调节系数选择函数的拟合输出。

整个系统的工作控制状态切换的核心机制如图2所示的带切换控制器的开闭环切换框图，使用该控制策略前后的效果分别如图5和图6所示，可知，使用该控制策略前瞬时、非连续的切换过程(跳变信号)化为使用该控制策略后渐变、连续的切换过程(连续信号)，同时使用该控制策略前后比例方向阀信号变化如图7所示，也就是通过设置合理的参考信号和选取合理的参数解决了快速起竖控制系统压力波动大及稳定时间长的问题。

本发明的一个具体实施例，所述切换传感器包括起竖臂加速度传感器和起竖臂角度传感器；也即，通过切换传感器的实时监测起竖臂加速度和起竖臂角度来设置合理的参考信号和选取合理的参数，切换控制器保证了切换前后调节开闭环控制器输出的叠加信号相同。

所述步骤S1和步骤S2包括：所述起竖臂加速度传感器实时监测起竖臂的加速度，所述辅助动力支路的比例流量阀根据预设的开启曲线实时调节蓄能器的输出流量，使得起竖臂的加速度在限定的范围内；

所述步骤S2包括：所述起竖臂角度传感器实时监测起竖臂的角度，当所述起竖臂角度传感器监测到起竖臂的角度接近90°时，开环控制状态的最后一条辅助动力支路的开关阀和比例流量阀关闭，可调节开环控制状态和闭环控制状态的主动力支路打开、释放液油，推动与所述最后一条辅助动力支路连通的一级液压缸伸出，使得起竖臂的起竖角度到达90°，完成起竖。

本发明的一个具体实施例，所述起竖臂加速度传感器和起竖臂角度传感器搭载在系统的测控单元；所述测控单元还包括计算机、数据采集卡、变频器、信号调理模块、电源；所述计算机与所述数据采集卡通过USB接口相连接，并通过Labview软件交互；所述加速度传感器和所述角度传感器的输出端与所述变频器的输入端相连接；所述变频器的输出端与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块与所述数据采集卡的输入端通过电缆连接；所述角度传感器的转轴与系统外部发射装置的转轴同轴连接；所述电源的输出端分别与计算机、变频器、数据采集卡、角度传感器、加速度传感器、信号调理模块的电源输入端通过电缆连接。

需要说明的是，蓄能器式辅助动力源快速起竖系统的测控部分包括计算机、数据采集卡、变频器、压力传感器(加速度传感器)、角度传感器、调理模块、电源等。电源的输出端分别与计算机、变频器、数据采集卡、角度传感器、压力传感器、调理模块的电源输入端通过电缆连接，也即，电源为计算机、数据采集卡、变频器、压力传感器、角度传感器、调理模块供电。计算机与数据采集卡通过USB接口相连接。通过角度传感器和加速度传感器的输出端与信号调理模块相连接，信号调理模块与数据采集卡的输入端通过电缆连接。角度传感器的转轴与发射装置的转轴同轴连接，数据采集卡与计算机的交互是通过Labview软件进行的，从而实现对角度传感器和加速度传感器采集到的数据可视化监视和软件化操作。

本发明的一个具体实施例，如图1所示，所述供油单元与所述主动力支路和辅助动力支路连接的管路上设有比例溢流阀17和压力表18；

所述步骤S1之前还包括辅助动力支路的充液过程，所述充液过程包括如下步骤：设定所述比例溢流阀17的预设压力，其中一条辅助动力支路打开，开启供油单元，液油充入辅助动力支路；当所述压力表18检测到辅助动力支路的压力达到比例溢流阀17的预设压力后，液油从比例溢流阀17流至外部油箱；所述辅助动力支路关闭，使得所述辅助动力支路的压力维持在比例溢流阀17的预设压力，完成辅助动力支路的充液过程。

需要说明的是，由于在工作过程中，主动力支路和多条辅助动力支路的压力不同，在充液过程中，为了调节主动力支路和多条辅助动力支路的压力，供油单元与主动力支路、高压辅助动力支路、中压辅助动力支路和低压辅助动力支路连接的管路上可以设置比例溢流阀17。在辅助动力支路的充液过程中，以高压辅助动力支路为例，打开高压辅助动力支路，开启电机16，油泵15向高压辅助动力支路内充入一定压力和流量的液油，高压辅助动力支路内的压力不断升高，当该压力超过比例溢流阀17的预设压力后，超过的液油会通过比例溢流阀17流至外部油箱，此时，关闭高压辅助动力支路，使得高压辅助动力支路的压力等于比例溢流阀17的预设压力，其他辅助支路的充液过程同理。而对于主动力支路，在辅助动力支路释放液油推动多级液压缸1伸出的同时，油泵15始终维持恒定转速，通过比例溢流阀17能够使主动力支路始终维持在恒定压力，当从辅助动力支路切换至主动力支路时，维持恒定压力的主动力支路能够及时提供具有一定压力的液油推动多级液压缸1缓慢伸出，使得辅助动力支路切换至主动力支路之间能够良好地衔接起来。此外，比例溢流阀17的设置也能够保证快速起竖系统的压力不超标，从而保证系统的安全性。补充说明的是，比例溢流阀17的数量可以为多个，主动力支路和多个辅助动力支路上分别设置一个比例溢流阀17，当然，为了简化快速起竖系统的内部结构，可以仅在主动力支路或者其中一个辅助动力支路上设置一个比例溢流阀17，由于主动力支路和多个辅助动力支路之间是相通的，快速起竖系统中仅设置一个比例溢流阀17就能够对主动力支路和多条辅助动力支路的压力进行调节。

本发明的一个具体实施例，如图1所示，所述辅助动力支路分为高压辅助动力支路、中压辅助动力支路和低压辅助动力支路；所述辅助动力支路的充液顺序为低压辅助动力支路、中压辅助动力支路和高压辅助动力支路。

需要说明的是，所谓高压辅助动力支路、中压辅助动力支路和低压辅助动力支路中的压力的高低是相对值，也就是说，在多个辅助动力支路中，起始压力最高的辅助动力支路可以称为高压辅助动力支路，起始压力最低的辅助动力支路可以称为低压辅助动力支路，起始压力处于高压辅助动力支路的压力和低压辅助动力支路的起始压力之间的辅助动力支路称为中压辅助动力支路。为了方便充液，辅助动力支路的充液顺序可以按照从低压辅助动力支路、中压辅助动力支路至高压辅助动力支路的顺序。

可以理解的是，当多条辅助动力支路分为高压辅助动力支路、中压辅助动力支路和低压辅助动力支路时，高压辅助动力支路可以包括依次连接的高压开关阀2、高压蓄能器3和高压比例流量阀4，中压辅助动力支路可以包括依次连接的中压开关阀5、中压蓄能器6和中压比例流量阀7，低压辅助动力支路可以包括依次连接的低压开关阀8、低压蓄能器9和低压比例流量阀10。

在高压液压缸伸出过程中，高压开关阀2和高压比例流量阀4打开，高压蓄能器3释放液油，推动与其连通的高压液压缸伸出；实时监测起竖臂的加速度，高压比例流量阀4根据预设的开启曲线实时调节高压蓄能器3的输出流量，使得起竖臂的加速度在限定的范围内；当监测到高压液压缸接近最大行程时，高压开关阀2和高压比例流量阀4关闭，主动力支路打开、释放液油，推动高压液压缸至最大行程。

在中压液压缸伸出过程中，中压开关阀5和中压比例流量阀7打开，中压蓄能器6释放液油，推动与其连通的中压液压缸伸出；实时监测起竖臂的加速度，中压比例流量阀7根据预设的开启曲线实时调节中压蓄能器6的输出流量，使得起竖臂的加速度在限定的范围内；当监测到中压液压缸接近最大行程时，中压开关阀5和中压比例流量阀7关闭，主动力支路打开、释放液油，推动中压液压缸至最大行程。

在低压液压缸伸出过程中，低压开关阀8和低压比例流量阀10打开，低压蓄能器9释放液油，推动与其连通的低压液压缸伸出；实时监测起竖臂的加速度，低压比例流量阀10根据预设的开启曲线实时调节低压蓄能器9的输出流量，使得起竖臂的加速度在限定的范围内；当监测到起竖臂的角度接近接近90°时，低压开关阀8和低压比例流量阀10关闭，主动力支路打开、释放液油，推动与低压液压缸伸出，使得起竖臂的起竖角度到达90°，完成起竖。

本发明的一个具体实施例，如图1所示，所述主动力支路包括比例方向阀11、进油平衡阀12和回油平衡阀13；这里对于主动力支路的结构，如图1所示，其包括比例方向阀11、进油平衡阀12和回油平衡阀13；其中比例方向阀11可以控制主辅动力源的打开、关闭以及多级液压油缸1的伸缩方向，并能精确控制主动力支路的进油量以及多级液压缸1的伸缩速度，从而优化起竖轨迹和状态；进油平衡阀12和回油平衡阀13可以平衡重力负载，并可以使起竖臂长时间停靠在任意位置。

所述多级液压缸的每一级液压缸的进油油路均通过进油平衡阀12和比例方向阀11与所述供油单元的液体出口连通；所述多级液压缸的每一级液压缸的回油油路均通过回油平衡阀13和比例方向阀11与外部油箱连通；也就是说，高压液压缸、中压液压缸和低压液压缸的进油油路均通过进油平衡阀12和比例方向阀11与供油单元的液体出口连通；高压液压缸、中压液压缸和低压液压缸的回油油路均通过回油平衡阀13和比例方向阀11与外部油箱连通。

所述主动力支路释放液油包括如下步骤：所述供油单元中的液油通过比例方向阀11和进油平衡阀12进入所述多级液压缸的其中一级液压缸的进油腔，该级液压缸的回油腔中的液油通过回油平衡阀13和比例方向阀11流至外部油箱。也就是说，在主动力支路释放液油过程中，供油单元中的液油通过比例方向阀11和进油平衡阀12进入高压液压缸、中压液压缸或低压液压缸的进油腔，高压液压缸、中压液压缸或低压液压缸的回油腔中的液油通过回油平衡阀13和比例方向阀11流至外部油箱。

本发明的一个具体实施例，参见图1，所述供油单元与所述比例方向阀之间设有高压过滤器14；所述多级液压缸分为高压液压缸、中压液压缸和低压液压缸；所述比例方向阀19，用于控制主辅动力源的打开、关闭以及多级液压油缸1的伸缩方向，并控制主动力支路的进油量以及多级液压缸1的伸缩速度；所述高压过滤器14，用于降低液油中的杂质。

需要说明的是，快速起竖控制系统中，高压辅助动力支路与高压液压缸连通，中压辅助动力支路与中压液压缸连通，低压辅助动力支路与低压液压缸连通。比例方向阀11可以控制主辅动力源的打开、关闭以及多级液压油缸1的伸缩方向，并能精确控制主动力支路的进油量以及多级液压缸1的伸缩速度，从而优化起竖轨迹和状态。为了避免液油中的杂质污染比例方向阀11，供油单元与比例方向阀11之间设有高压过滤器14。考虑到比例方向阀11对污染很敏感，液油中的杂质会降低比例方向阀11的控制精度，甚至失去比例方向阀11自身的作用，在比例方向阀11的液体进口处设置高压过滤器14。

本发明的一个具体实施例，参见图1，所述快速起竖控制系统还包括回油支路，所述回油支路上设有回油开关阀19；当辅助动力支路推动多级液压缸1伸出时，所述回油支路上的回油开关阀19打开，使得多级液压缸1的回油腔能够回油；当主动力支路释放液油时，回油支路上的回油开关阀19处于关闭。也即，为了保证辅助动力支路在快速供油过程中多级液压缸1的回油油路能够快速回油，上述快速起竖系统还包括回油支路，回油支路上设有回油开关阀19；多级液压缸1的回油油路通过回油支路与外部油箱连接。当辅助动力支路快速供油时，回油支路上的回油开关阀19打开，使得多级液压缸1的回油油路能够快速回油，当主动力支路缓慢供油时，回油支路上的回油开关阀19处于关闭。

综上所述，本发明公开了一种快速起竖控制系统，包括供油单元、多级液压缸以及相互并联的多条辅助动力支路和主动力支路，还包括切换传感器、开环控制器、闭环控制器和切换控制器；所述多级液压缸的每一级液压缸均通过所述主动力支路和其中一条辅助动力支路与供油单元连通，并逐级伸出完成起竖臂的起竖；所述切换传感器，用于实时监测起竖臂的起竖状态反馈给所述切换控制器；所述开环控制器和所述闭环控制器并联后串联所述切换控制器；所述切换控制器，用于根据所述起竖臂的起竖状态选取参数调节所述主动力支路的控制状态。本发明有效解决了基于蓄能器式辅助动力源的快速起竖系统存在的压力波动和稳定时间长的问题，通过设置合理的参考信号和选取合理的参数，可以实现快速起竖条件下的系统的稳定性的要求。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种快速起竖控制系统，包括供油单元、多级液压缸以及相互并联的多条辅助动力支路和主动力支路，上述快速起竖控制系统还包括切换传感器、开环控制器、闭环控制器、切换控制器以及多级液压缸行程传感器；

所述多级液压缸的每一级液压缸均通过所述主动力支路和其中一条辅助动力支路与供油单元连通，并逐级伸出完成起竖臂的起竖；

所述多级液压缸逐级伸出完成起竖臂的起竖包括以下步骤：

步骤S1，所述每一级液压缸的伸出均先由开环控制状态的对应级别的辅助动力支路推动；除最后一级液压缸以外，其他级液压缸在接近该级液压缸最大行程时，切换至开环控制状态的主动力支路；

步骤S2，所述最后一级液压缸，在起竖臂的起竖角度接近90°时，切换至可调节开环控制状态和闭环控制状态的主动力支路推动，使得起竖臂的起竖角度到达90°，完成起竖；

所述多级液压缸行程传感器，用于实时监测所述多级液压缸的伸出行程；

所述辅助动力支路包括依次连接的开关阀、蓄能器和比例流量阀；

所述步骤S1包括以下步骤：当所述多级液压缸行程传感器监测到该级液压缸接近最大行程时，连接该级液压缸的开环控制状态的辅助动力支路的开关阀和比例流量阀关闭，开环控制状态的主动力支路打开、释放液油，推动该级液压缸至最大行程；

所述步骤S2包括以下步骤：所述最后一级液压缸，在起竖臂的起竖角度接近90°时，所述切换控制器基于模糊规则的调节系数选择函数来选取参数k，切换至闭环控制状态的主动力支路推动，完成起竖臂的起竖；

其中，k值和(1-k)值分别是开环控制器和闭环控制器的调节系数，所述调节系数k的参数范围是(0,1)；开环控制状态时，k值取在1附近；闭环控制状态时，k值取在0附近；开环控制状态和闭环控制状态切换点前后，k值是一条从1到0的连续渐变的曲线；

所述切换传感器，用于实时监测起竖臂的起竖状态反馈给所述切换控制器；

所述开环控制器和所述闭环控制器并联后串联所述切换控制器；

从辅助动力源开始工作至主动力源稳定衔接之间有两个阶段，分别是辅助动力源单独工作阶段和主动力源开环工作阶段，所述两个阶段开闭环控制器均在开环控制状态，在起竖过程中存在开环控制到闭环控制的切换；

所述切换控制器，用于根据所述起竖臂的起竖状态选取参数调节所述主动力支路的控制状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述切换传感器包括起竖臂加速度传感器和起竖臂角度传感器；

所述步骤S1和步骤S2包括：所述起竖臂加速度传感器实时监测起竖臂的加速度，所述辅助动力支路的比例流量阀根据预设的开启曲线实时调节蓄能器的输出流量，使得起竖臂的加速度在限定的范围内；

所述步骤S2包括：所述起竖臂角度传感器实时监测起竖臂的角度，当所述起竖臂角度传感器监测到起竖臂的角度接近90°时，开环控制状态的最后一条辅助动力支路的开关阀和比例流量阀关闭，可调节开环控制状态和闭环控制状态的主动力支路打开、释放液油，推动与所述最后一条辅助动力支路连通的一级液压缸伸出，使得起竖臂的起竖角度到达90°，完成起竖。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述起竖臂加速度传感器和起竖臂角度传感器搭载在系统的测控单元；

所述测控单元还包括计算机、数据采集卡、变频器、信号调理模块、电源；所述计算机与所述数据采集卡通过USB接口相连接，并通过Labview软件交互；所述起竖臂加速度传感器和所述起竖臂角度传感器的输出端与所述变频器的输入端相连接；所述变频器的输出端与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块与所述数据采集卡的输入端通过电缆连接；所述起竖臂角度传感器的转轴与系统外部发射装置的转轴同轴连接；所述电源的输出端分别与计算机、变频器、数据采集卡、起竖臂角度传感器、起竖臂加速度传感器、信号调理模块的电源输入端通过电缆连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供油单元与所述主动力支路和辅助动力支路连接的管路上设有比例溢流阀和压力表；

所述步骤S1之前还包括辅助动力支路的充液过程，所述充液过程包括如下步骤：设定所述比例溢流阀的预设压力，其中一条辅助动力支路打开，开启供油单元，液油充入辅助动力支路；当所述压力表检测到辅助动力支路的压力达到比例溢流阀的预设压力后，液油从比例溢流阀流至外部油箱；所述辅助动力支路关闭，使得所述辅助动力支路的压力维持在比例溢流阀的预设压力，完成辅助动力支路的充液过程。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述辅助动力支路分为高压辅助动力支路、中压辅助动力支路和低压辅助动力支路；

所述辅助动力支路的充液顺序为低压辅助动力支路、中压辅助动力支路和高压辅助动力支路。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主动力支路包括比例方向阀、进油平衡阀和回油平衡阀；

所述多级液压缸的每一级液压缸的进油油路均通过进油平衡阀和比例方向阀与所述供油单元的液体出口连通；

所述多级液压缸的每一级液压缸的回油油路均通过回油平衡阀和比例方向阀与外部油箱连通；

所述主动力支路释放液油包括如下步骤：所述供油单元中的液油通过比例方向阀和进油平衡阀进入所述多级液压缸的其中一级液压缸的进油腔，该级液压缸的回油腔中的液油通过回油平衡阀和比例方向阀流至外部油箱。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述供油单元与所述比例方向阀之间设有高压过滤器；

所述多级液压缸分为高压液压缸、中压液压缸和低压液压缸；

所述比例方向阀，用于控制主辅动力源的打开、关闭以及多级液压缸的伸缩方向，并控制主动力支路的进油量以及多级液压缸的伸缩速度；

所述高压过滤器，用于降低液油中的杂质。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述快速起竖控制系统还包括回油支路，所述回油支路上设有回油开关阀；

当辅助动力支路推动多级液压缸伸出时，所述回油支路上的回油开关阀打开，使得多级液压缸的回油腔能够回油；

当主动力支路释放液油时，回油支路上的回油开关阀处于关闭。

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