CN109723687A - 一种液压同步作动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天动力与传动技术领域，具体涉及一种同步位移控制的同时，测量载荷及进行过载保护控制的液压同步作动装置；包括脐带塔(1)、作动器(2)及桁架结构(3)；两个作动器(2)左右对称安装在脐带塔两侧，作动器一端铰接连接在脐带塔(1)上，一端铰接连接在桁架结构(3)上；所述作动器(2)外接有液压能源(4)；所述脐带塔(1)内还设有测控单元。所述作动器(2)包括比例伺服阀(7)、方向座阀(8)、单向阀组(9)、压力传感器(10)、压力传感器(11)、位移传感器(12)及液压缸(13)。

Description

一种液压同步作动装置及方法

技术领域

本发明属于航天动力与传动技术领域，具体涉及一种液压同步作动装置。

背景技术

1、相关现有技术的内容

(1)专利CN202296995U公开了伺服同步控制装置及方法，该方法采用位移同步控制，不能测量载荷和进行过载保护控制。

(1)专利CN 203187348虽然提出了位移和载荷复合同步控制，其方法是在不同组中各选择一个作动器按位移控制，同组剩余作动器以已选作动器为参照，按载荷同步控制，不是同时进行位置和载荷控制的同步控制。

2、该现有技术所存在的问题和缺陷

目前的同步控制主要采用位移控制，同步位移误差技术指标提出时，只是针对当前情况的一种经验估计，没有实际受力试验数据。单独对位移进行同步控制时，虽然位移在技术指标范围内，但由于作动器与同步运动部件为刚性连接，同步误差增大时会对同步运动部件产生较大的附加载荷，对设备产生严重的影响，加速疲劳，甚至损坏设备。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种同步位移控制的同时，测量载荷及进行过载保护控制的液压同步作动装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种液压同步作动装置，包括脐带塔、作动器及桁架结构；两个作动器左右对称安装在脐带塔两侧，作动器一端铰接连接在脐带塔上，一端铰接连接在桁架结构上；所述作动器外接有液压能源；所述脐带塔内还设有测控单元。

所述作动器包括比例伺服阀、方向座阀、单向阀组、压力传感器、压力传感器、位移传感器及液压缸；其中液压能源与比例伺服阀、方向座阀相连通，比例伺服阀与液压缸之间设有单向阀组；单向阀组与液压缸之间设有两个压力传感器；所述液压缸上设有一个位移传感器。

一种液压同步作动装置及方法，该方法实现基于所述的一种液压同步作动装置，包括以下步骤：

1)设置主作动器运动速度、目标位移；

2)点击“运行”；

3)T0：控制器根据主作动器当前位移S0，给出相应控制电压V0，主作动器保持当前位置；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器发出相应控制电压，从作动器跟随主作动器位移运动。

采集位移信号、计算位移同步误差；采集压力传感器信号，计算作动器载荷和同步误差。

判断位移、载荷同步误差是否超出范围，未超出范围，执行下一步；超出范围，控制器向两个作动器发出超差时的位移指令，作动器保持超差时的运动位置，按相应纠正程序处理。

4)T1：控制器按S1＝S0+ΔS计算主作动器位移指令，并给出相应控制电压V1，主作动器向指令位置运动；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器发出相应控制电压，从作动器跟随主作动器位移运动。

采集位移信号、计算位移同步误差；采集压力传感器信号，计算作动器载荷和同步误差；

判断位移、载荷同步误差是否超出范围，未超出范围，执行下一步；超出范围，控制器向两个作动器发出超差时的位移指令，作动器保持超差时的运动位置，按相应纠正程序处理；

5)迭代执行第4)步，直至到达目标位置。到达目标位置后，控制器按向主作动器发出目标位移指令，主作动器保持目标位置；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器输出相应控制电压，从作动器也保持目标位置；

主从作动器位移或载荷同步误差超出范围时，自动纠正偏差过程如下：点击自动纠正“运行”，主作动器不动；从作动器按主作动器实际位移运动进行纠正。

主从作动器位移或载荷同步误差超出范围时，手动纠正偏差过程如下：设置从作动器需要纠正的增量位移；点击手动纠正“运行”，主作动器不动；从作动器按增量位移运动进行纠正。

本发明的有益效果是：

1)实现高精度位移同步控制的同时，实时监测因同步运动控制误差增大而产生的附加载荷，避免附加载荷超出范围时，加速疲劳，甚至破坏设备。可以弥补设计经验的匮乏，验证技术指标的合理性；

2)同步系统的两个作动器可以同时或单独运动，便于安装和维修调试。同步误差纠正可以通过自动或手动完成，位移或载荷同步误差超出范围时，纠正比较方便。

附图说明

图1是同步作动装置作动器示意图；

图2是作动器、桁架结构运动轨迹图；

图3是作动器结构图；

图4为控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的介绍：

一种液压同步作动装置，包括脐带塔1、作动器2及桁架结构3；两个作动器2左右对称安装在脐带塔两侧，作动器一端铰接连接在脐带塔1上，一端铰接连接在桁架结构3上；所述作动器2外接有液压能源4；所述脐带塔1 内还设有测控单元。

所述作动器2包括比例伺服阀7、方向座阀8、单向阀组9、压力传感器 10、压力传感器11、位移传感器12及液压缸13；其中液压能源4与比例伺服阀7、方向座阀8相连通，比例伺服阀7与液压缸13之间设有单向阀组9；单向阀组9与液压缸13之间设有两个压力传感器10；所述液压缸13上设有一个位移传感器12。

一种液压同步作动装置及方法，该方法实现基于所述的一种液压同步作动装置，包括以下步骤：

1)设置主作动器运动速度、目标位移；

2)点击“运行”；

3)T0：控制器根据主作动器当前位移S0，给出相应控制电压V0，主作动器保持当前位置；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器发出相应控制电压，从作动器跟随主作动器位移运动。

采集位移信号、计算位移同步误差；采集压力传感器信号，计算作动器载荷和同步误差。

判断位移、载荷同步误差是否超出范围，未超出范围，执行下一步；超出范围，控制器向两个作动器发出超差时的位移指令，作动器保持超差时的运动位置，按相应纠正程序处理。

4)T1：控制器按S1＝S0+ΔS计算主作动器位移指令，并给出相应控制电压V1，主作动器向指令位置运动；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器发出相应控制电压，从作动器跟随主作动器位移运动。

采集位移信号、计算位移同步误差；采集压力传感器信号，计算作动器载荷和同步误差；

判断位移、载荷同步误差是否超出范围，未超出范围，执行下一步；超出范围，控制器向两个作动器发出超差时的位移指令，作动器保持超差时的运动位置，按相应纠正程序处理；

5)迭代执行第4)步，直至到达目标位置。到达目标位置后，控制器按向主作动器发出目标位移指令，主作动器保持目标位置；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器输出相应控制电压，从作动器也保持目标位置；

主从作动器位移或载荷同步误差超出范围时，自动纠正偏差过程如下：点击自动纠正“运行”，主作动器不动；从作动器按主作动器实际位移运动进行纠正。

主从作动器位移或载荷同步误差超出范围时，手动纠正偏差过程如下：设置从作动器需要纠正的增量位移；点击手动纠正“运行”，主作动器不动；从作动器按增量位移运动进行纠正。

单个液压作动器采用位移闭环控制，闭环控制器、比例伺服阀、液压缸、位移传感器等组成位移闭环控制。两个作动器同步运动位移控制采用主从同步控制，控制器控制两个作动器的运动指令，主作动器按设置速度和位移指令运动，从作动器把主作动器位移作为运动指令。控制器实时采集作动器的位移及两腔的工作压力，计算出作动器的载荷、位移及载荷同步误差。位移或载荷同步误差未超出技术指标范围时，程序执行正常控制子程序，系统进行同步控制。位移或载荷同步误差超出技术指标范围时，程序暂停当前执行子程序，转向同步误差纠正子程序，系统进行纠正控制。两个作动器可以同时或单独运动，同步误差纠正可以通过自动或手动完成。

图1为同步作动装置作动器与脐带塔、桁架结构的连接示意图，两个作动器左右对称安装在脐带塔两侧，作动器一端铰接连接在脐带塔上，一端铰接连接在桁架结构上。

图2为作动器、桁架结构运动轨迹图，作动器同步伸出、缩回时，桁架结构转动。

图3为液压原理图，所述的液压能源，它提供液压动力，通过两路液压管连接至两个作动器。单个作动器由液压缸、比例伺服阀、方向座阀、单向阀组、压力传感器、位移传感器等组成。

图4为控制原理图，测控单元由触摸屏、控制器、闭环控制器等组成。闭环控制器、位移传感器、比例换向阀、液压缸等组成位移闭环控制，根据控制器指令进行精确位移控制。控制器采集压力传感器信号，计算出每个作动器载荷，用于显示载荷，并把两个作动器的载荷差值作为控制条件。控制器采集位移传感器信号，用于显示位移，并把两个作动器的位移差值作为控制条件。

实施例

1)设置主作动器运动速度、目标位移；

2)点击“运行”；

3)T0：控制器根据主作动器当前位移S0，给出相应控制电压V0，主作动器保持当前位置；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器发出相应控制电压，从作动器跟随主作动器位移运动。

采集位移信号、计算位移同步误差；采集压力传感器信号，计算作动器载荷和同步误差。

判断位移、载荷同步误差是否超出范围，未超出范围，执行下一步；超出范围，控制器向两个作动器发出超差时的位移指令，作动器保持超差时的运动位置，按相应纠正程序处理。

4)T1(经过一个控制器控制周期时间Δ后)：控制器按S1＝S0+ΔS(每步增量位移，为运动速度和控制周期时间Δ的乘积)计算主作动器位移指令，并给出相应控制电压V1，主作动器向指令位置运动；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器发出相应控制电压，从作动器跟随主作动器位移运动。

采集位移信号、计算位移同步误差；采集压力传感器信号，计算作动器载荷和同步误差。

判断位移、载荷同步误差是否超出范围，未超出范围，执行下一步；超出范围，控制器向两个作动器发出超差时的位移指令，作动器保持超差时的运动位置，按相应纠正程序处理。

5)迭代执行第4)步，直至到达目标位置。到达目标位置后，控制器按向主作动器发出目标位移指令，主作动器保持目标位置；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器输出相应控制电压，从作动器也保持目标位置。

主从作动器位移或载荷同步误差超出范围时，自动纠正偏差过程如下：点击自动纠正“运行”，主作动器不动；从作动器按主作动器实际位移运动进行纠正。

主从作动器位移或载荷同步误差超出范围时，手动纠正偏差过程如下：设置从作动器需要纠正的增量位移；点击手动纠正“运行”，主作动器不动；从作动器按增量位移运动进行纠正。

系统运动控制过程如下：

1)测控单元上电初始化：采集位移信号、计算位移同步误差；采集压力传感器信号，计算作动器载荷和同步误差；控制器把第一次采集的位移作为控制指令，使两个作动器保持当前位置。

2)启动液压能源，输出预设压力和流量的液压动力。

3)打开方向座阀，单向阀组被打开，此时比例伺服阀可以控制液压缸运动。

4)开机检查时，位移、载荷同步误差超出范围时，需进行纠正(按手动、自动纠正偏差过程进行)；未超差时，执行下一步。

5)设置同步运动速度和位移，进行同步自动控制。

Claims (4)

1.一种液压同步作动装置，其特征在于：包括液压能源(4)、两个作动器(2)和测控单元；两个作动器(2)左右对称安装在脐带塔(1)两侧，作动器一端铰接连接在脐带塔(1)上，一端铰接连接在桁架结构(3)上；液压能源(4)提供液压动力，通过两路液压管连接至两个作动器(2)；测控单元控制两个作动器(2)的位移及载荷同步误差，同步提升桁架结构(2)。

2.如权利要求1所述，其特征在于：所述作动器(2)包括比例伺服阀(7)、方向座阀(8)、单向阀组(9)、两个压力传感器(10)、位移传感器(12)及液压缸(13)；其中液压能源(4)与比例伺服阀(7)、方向座阀(8)相连通，比例伺服阀(7)与液压缸(13)之间设有单向阀组(9)；单向阀组(9)与液压缸(13)之间设有两个压力传感器(10)；所述液压缸(13)上设有一个位移传感器(12)。

3.一种液压同步作动装置及方法，该方法实现基于权利要求1、2所述的一种液压同步作动装置，其特征在于：单个液压作动器采用位移闭环控制，其由闭环控制器、比例伺服阀、液压缸、位移传感器等组成。两个作动器同步运动位移控制采用主从同步控制，控制器控制两个作动器的运动指令，主作动器按设置速度和位移指令运动，从作动器把主作动器位移作为运动指令。控制器实时采集作动器的位移及两腔的工作压力，计算出作动器的载荷、位移及载荷同步误差。位移或载荷同步误差未超出技术指标范围时，程序执行正常控制子程序，系统进行同步控制。位移或载荷同步误差超出技术指标范围时，程序暂停当前执行子程序，转向同步误差纠正子程序，系统进行纠正控制。两个作动器可以同时或单独运动，同步误差纠正可以通过自动或手动完成。

4.如权利要求3所述，同步控制过程包括以下步骤：

1)设置主作动器运动速度、目标位移；

2)点击“运行”；

3)T₀：控制器根据主作动器当前位移S₀，给出相应控制电压V₀，主作动器保持当前位置；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器发出相应控制电压，从作动器跟随主作动器位移运动。

a)采集位移信号、计算位移同步误差；采集压力传感器信号，计算作动器载荷和同步误差。

b)判断位移、载荷同步误差是否超出范围，未超出范围，执行下一步；超出范围，控制器向两个作动器发出超差时的位移指令，作动器保持超差时的运动位置，按相应纠正程序处理。

4)T₁：控制器按S₁＝S₀+ΔS计算主作动器位移指令，并给出相应控制电压V₁，主作动器向指令位置运动；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器发出相应控制电压，从作动器跟随主作动器位移运动。

a)同3)a)；

b)同3)b)；

5)迭代执行第4)步，直至到达目标位置。到达目标位置后，控制器按向主作动器发出目标位移指令，主作动器保持目标位置；控制器根据主作动器实时位移，向从作动器输出相应控制电压，从作动器也保持目标位置；

主从作动器位移或载荷同步误差超出范围时，自动纠正偏差过程如下：点击自动纠正“运行”，主作动器不动；从作动器按主作动器实际位移运动进行纠正。

主从作动器位移或载荷同步误差超出范围时，手动纠正偏差过程如下：设置从作动器需要纠正的增量位移；点击手动纠正“运行”，主作动器不动；从作动器按增量位移运动进行纠正。