CN1101307C

CN1101307C - 用于注塑机中的智能型液压阀配油器及方法

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Publication number: CN1101307C
Application number: CN99121930A
Authority: CN
Inventors: 克里斯托弗·崔; 伊恩·克鲁克斯通
Original assignee: HAASKEY INJECTION SYSTEM CO Ltd
Current assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2003-02-12
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: JP2000120603A; CN1301845C; US6868305B2; KR20000029068A; CN1294001C; EP0995578B1; ATE319550T1; CN1515399A; US6289259B1; US20020013642A1; CN1515401A; DE69930218D1; EP0995578A3; CN1259427A; EP0995578A2; TW483818B; DE69930218T2; KR100663815B1; CN1282537C; CN1515400A

Abstract

对注塑机中的液压致动器进行控制的装置和方法，其中液压致动器以直线和旋转方式运动以使诸如卡模装置的注塑装置移动。将微控制器局部地安装在与致动器或液压阀配油器相邻的位置上，以使致动器能够驱动各注塑装置。此微控制器与系统控制处理器电气相连。该种分布式控制架构提高了系统的处理能力，增强了系统的可靠性，并且更易于进行更新/检修。优选地将该微控制器安装在阀配油器上，并由其对所有由该阀配油器供油的致动器进行控制。

Description

用于注塑机中的智能型液压阀配油器及方法

本发明一般涉及用于对注塑机中所用的液压致动器进行控制的装置和方法，具体涉及如何利用在致动器和/或液压阀配油器(manifold)附近局部配置的处理器来对此类液压致动器进行控制。

利用注塑机可以高速生产大量的塑料制品。例如广泛使用的PET塑料饮料容器就是以每小时几千只的生产率进行生产的。在这些高速操作的过程中，各种注塑机部件(如卡模装置、注射头、各种控制开关及其它机械部件)是由诸多液压致动器来进行传动的。这些液压致动器均被提供有能引起其某个内部隔板或活塞移动，进而驱动模塑装置的加压液压油。对隔板运动的控制是利用一个控制阀来控制流入致动器的液压油的流量来进行控制的。图1所示为一种典型的控制阀。图1中，液压致动器2包括将一个活塞室分为6和8两个分室的活塞4。活塞4的运动将驱动负荷10(其例如，可以包括模具和卡具机构)运动。位置传感器12检测负荷10的位置，并将反馈信号提供给系统控制器(详见下文)。

液压致动器2具有两条分别允许液压油从活塞室的两个分室6和8流入和流出的液压油路64和84。压力传感器66和86分别检测油路64和油路84中的压力，并将输出信号提供给系统控制器。

来自压力源(通常是一种液压流体泵；图1中并未示出)的液压油通过液压油路74输送给阀14，同时液压油也可以从阀14经液压油路94流回储油箱(图1中同样未示出)内。压力传感器76和96分别检测油路74和94中的压力，并将输出信号提供给系统控制器。

阀14通过控制流经液压致动器2各内腔的液压油的流量来使活塞4向前或向后移动从而由此驱动负荷10。如图所示，阀14具有分别与液压油路64、84、74和94相连的控制口A、B、P和T。阀14还具有分别由电磁线圈146和148驱动以对阀内液压油的流动进行控制的直流部142和换向部144。例如，当驱动直流部142与A、B、P和T口接通时，加压液压油将经油路74和64流入活塞室6并驱动活塞4顶出负荷10。另一方面，如果驱动换向部144与A、B、P和T口接通时，加压液压油将经油路74和84流入到活塞室8并驱动活塞4拉回负荷10。

在相关技术中，通过阀14来对液压致动器进行控制是一种相对简单的处理方式。例如，美国No.5062056专利(作为参考文献收录于本说明书中)表明此类致动器均可以由配置于距离注塑致动器较远的位置上以使数据处理电路不会由于机器的高热和振动而损坏的一个模拟信号处理器和/或一个可编程逻辑控制器进行控制。通常，为了保证负荷10在规定的工作范围内移动，模拟信号处理器和/或可编程逻辑控制器将通过阀14对致动器2进行闭环控制。模拟信号处理器和/或可编程逻辑控制器从压力传感器单元66、76、86和96接收反馈信号，并从位置传感器12接收位置信息，以根据预定的控制程序对阀14进行控制。通过从可编程逻辑控制器接收命令信号，模拟信号处理器还可以在致动器2的操作过程中改变操作参数，例如改变负荷10所用的成型时间和模压时间。

可编程逻辑控制器存储有多种用于让模拟信号处理器对注塑机的模拟装置进行控制的预定控制程序。该种可编程逻辑控制器还可以包含用于对注塑机中诸如数字电磁阀和接近开关等类型的数字装置进行控制的电路。由此，可编程逻辑控制器便可以通过模拟信号处理器或直接通过数字装置来对注塑机各部件进行控制。

然而，在’052号专利的控制方案中，需要模拟信号处理器和可编程逻辑控制器对注塑机中的所有部件执行命令并控制其操作。这就产生了处理瓶颈的问题。例如，可编程逻辑控制器可能会试图同时对多种不同的模拟装置执行闭环控制。通常，均是利用速度更快和功能更强的处理器来解决此类问题的。但是，此种高成本解决方案并不能完全解决现有致动器控制架构中所常会遇到的控制时序问题。

现有控制架构中的另一个问题是模拟信号处理器和可编程逻辑控制器的可靠性问题。如果这些装置中的任何一个出现了故障，则整个机器就必须一直停机，直到确定故障位置、安装好替换件并在其中写入用于对该特定机器进行操作的专用程序为止。由于在每部机器中各个致动器均具有独特的操作特性，所以在恢复全面生产之前，新安装的处理器必须根据相应致动器的操作特性重新进行编程和/或重新参数化。

此外，用于在每个致动器的模拟信号处理器与可编程逻辑控制器之间进行通信的专用互连线路，将使布线过多而难于安装、维护和检修。

因此，对于注塑机中的液压致动器，需要一种能够对致动器提供快速、灵活、可靠控制的控制架构。

本发明的一个目的就是通过提供一个配置于致动器附近的局部处理器来解决上述问题，使得控制功能部件能够更靠近致动器而远离中央处理器。优选地，其在每个液压油分配阀配油器上直接安装一个微控制器，且此微处理器将对耦合到那个阀配油器上的致动器进行控制。每个液压致动器均由一个局部处理器控制，从而不需要再在致动器与模拟信号处理器和/或机器控制器(如可编程逻辑控制器)之间配接大量连线。从而能够实现模块化的控制子系统。另外，当任何一个安装于阀配油器上的微处理器发生了故障时，只需要更换故障微处理器即可，而不需要另外更换中央控制器或其它的阀配油器微控制器。

本发明的上述目的和优点可以由一种结合注塑机操作的智能型液压致动器来实现，所述的注塑机具有系统控制器和液压阀配油器，该致动器具有：

液压致动器，在第一和第二位置之间响应液压油流量以直线或旋转的方式移动，或生成使受控的注塑结构移动所需的扭矩或作用力；和

微控制器，位于所述的液压阀配油器和液压致动器中的至少一个的附近，用于使所述的液压致动器在第一和第二位置之间移动，所述的微控制器与所述的系统控制器耦合。

如上所述的致动器，还具有向所述的液压致动器供应液压油的液压阀配油器，所述的微控制器位于所述的配油器附近。

如上所述的致动器，所述的液压致动器具有控制流向所述的致动器的液压油流量的阀，所述的微控制器位于所述的阀附近。

如上所述的致动器，还具有控制流向所述液压致动器的液压油流量的阀，所述的阀具有模拟驱动器，所述的微控制器具有向所述的模拟驱动器提供模拟信号的数字-模拟转换器。

如上所述的致动器，还具有用于检测所述液压致动器的操作参数的传感器，所述传感器将反馈信号提供给所述微控制器。

如上所述的致动器，所述的微控制器包括存储装置用于存储(i)所述液压致动器的控制信号，和(ii)来自所述液压致动器的反馈信号中的至少一种信号。

如上所述的致动器，所述微控制器通过对所述液压致动器的非线性特性进行反函数处理来对所述液压致动器进行闭环控制。

如上所述的致动器，还具有对流向所述液压致动器的液压油的流量进行控制的控制阀，其中所述微控制器存储有预定压降下液压油流量与阀行程的特性关系，而所述微控制器则根据所检测到的压降和所存储的特性关系来确定流经所述阀的流量。

如上所述的致动器，还具有对流向所述液压致动器的液压油流量进行控制的第一和第二比例阀，其中所述微控制器对所述第一和第二比例阀进行控制以提供对所述液压致动器的再生和非再生控制。

根据本发明的第一方面，在另外还具有系统控制器和液压阀配油器的注塑机中结合操作的智能型液压致动器，包括一个响应液压油流量和压力而分别用于在第一位置和第二位置之间以直线或旋转方式移动的、或产生作用力或扭矩的液压致动器。微控制器位于所述的液压阀配油器和液压致动器中的至少一个的附近，以控制致动器在第一位置和第二位置之间移动。同时微控制器还被耦合到系统控制器上。

根据本发明的另一个方面，用于对具有(i)用于向液压致动器提供液压油的液压阀配油器；(ii)一个系统控制处理器；以及(iii)用于检测液压致动器的工作状况的传感器；的注塑机中的液压致动器进行控制的设备包括有一个处理器来对该致动器的运动进行控制。该处理器具有一个用于存储至少一种由处理器运行来控制运动的控制程序的存储器。该处理器安装于阀配油器之上。命令输入提供了从系统控制处理器到局部处理器的命令信号，而控制输出则提供了从处理器到液压阀的控制信号，由此实现对致动器的控制。

根据本发明再一个方面，注塑机包括：用于执行注塑操作的多种注塑部件，以及一个用于控制这些注塑部件完成注塑操作的系统控制处理器。提供有多个液压致动器以分别移动相应的注塑部件，而多个阀则分别向该组液压致动器提供液压油以使这些注塑部件发生移动。由阀配油器统一向该组阀提供液压油。处理器被安装在与如下各部件中的至少一个相邻的位置上：(i)阀配油器，(ii)该组阀中的至少一个。处理器被耦合到该组阀中的每一个以及系统控制处理器上。该处理器存储了一种用于对耦合到其上的每个液压致动器进行控制的控制程序，而处理器则根据所存储的控制程序和从系统控制处理器收到的命令信号来对该组阀进行控制。

根据本发明的另一方面，用于对从可控阀和阀配油器中获取液压油的液压致动器进行控制的方法包括如下步骤：(i)在靠近阀配油器的位置上安装一个微控制器，(ii)在微控制器中存储用于对液压致动器的运动进行控制的控制程序，(iii)向微处理器提供来自用于对液压致动器工作特性进行检测的传感器的反馈信号，(iv)向微控制器提供来自系统控制处理器的命令信号，(v)在微控制器中计算控制信号以控制相应的可控阀使液压致动器移动，其中微控制器能够根据一种或多种反馈信号、命令信号以及所存储的控制程序计算出控制信号。(vi)将控制信号传送给可控阀。

根据本发明的另一方面，其提供了一种用于对具有一个阀和一个反馈传感器的液压致动器的非线性特性进行控制的装置，其包括一个用于存储与控制阀和处理器的操作特性有关的多维数据的存储器。处理器接收来自反馈传感器的反馈信号，并根据所接收到的反馈信号从存储于存储器中的多维数据确定操作数据，随后处理器为了对液压致动器的非线性特性进行控制而通过对操作数据进行反函数运算产生控制信号，并将控制信号输出给控制阀。

本发明的另一方面涉及用于控制液压致动器的装置，其包括：耦合到致动器上并通过控制流过该阀的液压油的流动来使致动器发生移动的第一控制阀；同时耦合到第一控制阀和致动器上并通过控制流过第一控制阀和第二控制阀的液压油的流动使致动器发生移动的第二控制阀；以及安装在这些阀的相邻位置上、用于对第一控制阀和第二控制阀进行控制以引发致动器的再生控制和非再生控制的微控制器。

本发明的另外一个方面特征在于至少具有一种用于存储指令集的计算机可读存储介质，其中该指令集通过执行如下步骤而使微处理器能够对液压致动器和注塑机进行控制：(i)存储一种控制程序，该程序根据来自至少一个用于对致动器的操作参数进行监控的传感器的反馈信号来提供控制信号，(ii)接收来自各传感器的反馈信号，(iii)接收来自注塑系统控制处理器的命令信号，(iv)根据所接收到的命令信号修正所存储的控制程序，(v)根据所存储的控制程序和修正后的所存储控制程序中的一种程序产生致动器控制信号。

通过接下来结合附图对优选实施例所作的详细说明将会更清楚地理解本发明，其中：

图1所示为注塑机中所用的典型液压致动器和控制阀的简要示意图；

图2所示为根据本发明的第一实施例的简要方框图；

图3所示为用于例示根据本发明的某一实施例的比例阀流量与行程之间关系的曲线图；

图4所示为用于例示根据本发明的某一实施例的流速与所需值之间关系的曲线图；

图5所示为用于例示根据本发明的某一实施例的经补偿流速与所需值之间关系的曲线图(r＝0.5)；

图6所示为用于例示根据本发明的某一实施例的经补偿流速与所需值之间关系的曲线图(r＝1.0)；

图7所示为用于例示根据本发明的双阀实施例的简要方框图；

图8所示为液压致动器的非线性特性补偿示意图；

接下来将针对如何控制注塑机中的液压致动器(既可采用直线运动方式也可采用旋转运动方式)来对本发明进行说明。然而，本发明并不仅局限于注塑机，其可以解决各种应用中所有与致动器控制有关的问题。例如，如下所述的流体便可以是任何一种用于控制致动器的常用液体或气体。本发明范围将由所附的权力要求而并不是由所详细说明的优选实施例来确定。

本发明特征在于用以提供本地化控制，提高可靠性，减少液压致动器控制系统中的布线的计算机、处理器、微控制器、或安装于液压油阀配油器和/或致动器上的微处理器。将处理器安装在阀配油器和/或致动器上将使得处理控制单元的处理和控制功能性能够被并入到集成机械装配组件中(其包括具有数字式(开闭型切换)、比例和伺服功能部件的液压控制阀、相应的阀驱动器电子器件、以及用于压力检测的压力传感器和用于致动器位置检测的直线/旋转运动传感器)。因此，无需占用系统控制资源就能实现本地化的闭环控制系统。除了提供上述处理控制功能之外，单板计算机还具有通过离散控制信号(数字的和/或模拟的)或能够使本地微处理器与系统控制处理器和/或工厂内所安装的其它处理器联网的现场总线来进行通信的能力。对于现场总线或器件级网络，微控制器可以通过光纤电缆、双铰线或其它通信装置来实现非集中式连接。现场总线所实现的非集中式网络能力将大大提高控制系统的灵活性。

通过引入计算机以及增加安装于局部阀配油器和/或致动器上的处理器的通信能力，将使其能够尽可能分别靠近散布于系统内的各致动器来分配智能处理控制。利用此类具有整体式现场总线连接性的安装于阀配油器上的处理器便可以实现对整个系统的分散控制。通过在局部微处理器上增添单板智能(计算)功能将能够提供对子系统的局部控制。其将使专用控制技术和处理知识得以利用，同时其还是开放型的从而能够很容易地接入其它子系统以进行系统集成。诸如流速线性化(详见下文)和动态阀塞断面适配(详见下文)等专用控制技术也可以被移植到局部单板计算机上。此外，单板计算机还提供了用于局部子系统各部件的附加诊断功能以及用于质量控制和监测的数据采集功能。单板计算机降低了系统控制处理器的复杂性并提高了系统的模块化程度。现在，当某一局部子系统发生了故障时，将不再需要使整个机器停机来对整个控制系统进行重新配置。而是通过替换局部微控制器和/或重新编程来快速地排除子系统的故障，并使整个机器恢复正常生产。

本优选实施例引入了安装于为多个控制阀提供液压油的液压阀配油器(液压阀配油器同时还与多个液压致动器相互耦合)上的单板微控制器。阀配油器与系统控制处理器之间的控制和反馈信息的通信是利用离散的模拟或数字式输入和输出信号来实现的。另外引入标准化工业现场总线可以在减少连线的同时提高其通讯能力。由于每个子系统只有一个单独的通讯节点，因此其将大大减少用于支持多种现场总线装置的开销，从而使控制系统能够作出响应速度更快的控制决策。由此，液压阀配油器将成为能够完成其它阀配油器所不能实现的功能的“智能型”阀配油器。由于降低了对系统控制处理器处理能力的要求，所以系统性能和速度将得到整体性的提高。当利用现场总线来连接阀配油器微控制器和系统控制处理器时，对于具有多种部件的复杂阀配油器，系统成本将显著降低。阀配油器子系统的局部控制因而能够使对应于每个单独部件的出厂定标参数以及工作特性曲线可以被存储在单板微控制器的存储器中。由此使其能够利用高级控制策略和算法对局部子系统另外进行微调，例如，可以对由传感器和控制元件的测量值所得的反馈信号进行线性化。此外，仅仅通过修正存储于微控制器中的数据就可以实现元件的替换。此操作可以通过将存储于一种或多种诸如磁盘、CD-ROM、磁带、预编程序微控制器、EEPROM、磁光设备等类型的计算机可读存储介质中的一个或多个软件程序装入微控制器中来实现。也可以将程序通过网络连接从系统控制器下载到微控制器，或直接下载到局部微控制器中。

优选实施例的结构：

附图2是根据本优选实施例的一种结构的简要方框图，其中与如上所述参照图1所说明的结构相同的结构将标注相同的图注。图2中，液压阀配油器202从一个压力源204(如一台泵、或一个储油箱和泵)接收加压液压油，并将液压油回流到一个油箱206中。压力管路和回流管路从阀配油器202开始延伸到用于对各液压致动器进行控制的各个控制阀处。图2中，阀配油器202向图1中所说明的上述控制阀14提供加压液压油和回流液压油。

微控制器210紧邻阀配油器202(如一米以内)以控制阀14的操作，进而对致动器2进行控制。微控制器210也可以对与阀配油器202相连的其它控制阀和致动器进行控制。图2例示了安装于阀配油器202上的微控制器210，其中可以将该微控制器安装在与阀14或致动器2相邻的位置上。只要微控制器是以局部方式来进行安装的，便能够以实现根据本发明的处理方式的优点。

如图2所示，微控制器210与压力传感器66、76、86和96相连以检测流入和流出阀14的流体的压力。微控制器210也接收来自与负荷10相耦合的位置传感器12的位置信息。微控制器210也可以接收来自用于对由该微控制器进行控制的液压致动器的各种操作特性进行检测的其它系统传感器的反馈信号。因此，微控制器210可以通过控制阀14来对致动器2进行闭环控制。具体地说，微控制器210具有一个ROM(未示出)和一个RAM(也未示出)，其中存储有一个或多个控制程序，微控制器210执行这些程序以控制阀14的电磁线圈驱动器146、148。由于微控制器210含有所有必需的程序并接收所有必需的反馈信号，所以其不必访问系统控制处理器216便能够进行控制。微控制器210向系统控制处理器216提供反馈、状态、和操作信息，而系统控制处理器216则能够相应地命令微控制器210切换控制程序或修正所正执行的程序。当需要在微控制器210中安装新的控制程序时，可以在各阀配油器处以局部方式进行安装，也可以通过系统控制处理器216来进行安装。

微控制器210优选地包括D/A和A/D电路，以使其能够对子系统液压致动器所需的模拟驱动器和数字驱动器进行局部控制。

微控制器210可以采用任何用于嵌入式控制的市售微控制器，如一个具有1G ROM和62M RAM的Pentium II处理器。该微控制器可以被称作微处理器、计算机、处理器、或为注塑技术中的技术工人所熟悉的其它术语。然而，基于其在本技术领域中的特定含意，优选使用微控制器这个术语。

系统控制处理器216对注塑机进行总体的处理控制，并对提供给微控制器210的控制信号进行调度。这些信号可以包括用于根据具有某压力极限的流速简表(profi1e)来计算到控制阀的最小输出量的信号。系统控制处理器216可以从微控制器210和/或位置传感器12接收反馈信息。此信息可包括实际压力、当前位置等等。系统控制处理器216另外还从人机界面接收信息，如操作员设定的流速简表、压力极限、温控设定点等。将这些信息提供给微控制器210，随后由其决定到电磁阀驱动器146和148的正确输出。

图2所示的控制架构，提供了对注塑机进行控制的极大灵活性。致动器控制功能可以驻留于微控制器210和/或系统控制处理器216中。在具有许多子系统的机器中，大多数控制功能将被转移到单独一个(或多个)微控制器210中。而如果是在具有较少子系统的机器中，则系统控制处理器216也可以执行某些机器控制功能。

可以将微控制器210安装在具有一个单阀的相对简单的系统中，其中微控制器存储有用于控制单个致动器的最低限度下的控制程序。或者也可以把微控制器210作为一个用于控制多个阀、多个控制轴的复杂控制器来进行安装，其中同样存储有用于每个致动器的控制程序以及用于使所有子系统致动器的操作保持同步的控制程序。微控制器210可以存储如下的控制程序如：给定压降下阀排量与流量的关系；对每个致动器的集中处理及能量调度；利用集成压力传感器进行的压力和/或作用力闭环控制；所谓的“自知(sanity)”检测(即自检)，如致动器速度与与来自位置传感器12的位置信息的关系；规定的接口协议；互不相同的致动器行程(线性的)、面积(线性的)和几何位移(旋转性的)；理论摩擦力、固有频率等；以及物理极限(位移极限、速度极限、加速度极限、冲击(jerk)极限、作用力极限、压力极限、压力变化率极限等)。

事实上，如图2所示，可以将微控制器210标准化以适用于任何一种用于对诸如图2所示的简单致动器进行控制的阀配油器。对于不同规格的控制阀和致动器，控制程序除了在启动期间所需输入的初始化参数(致动器和阀信息)之外可以完全相同。

优选地，系统控制处理器216和微控制器210之间是利用现场总线进行连接的。其是一种可以由光纤电缆、双铰线或其它适宜通讯器材所构成的双向总线。现场总线能够处理高速信息交换，因而能够提供系统控制处理器216与微控制器210之间的实时控制。系统控制器216可以向微控制器210发送控制信号以，诸如初始化处理信号、调度信号、更新控制程序等。而微控制器210则可以相应地将反馈信号，诸如阀状态、压力级别、位置传感器状态、所存储的可靠性信息等，发送给系统控制处理器216。

非线性补偿：

液压致动器具有非线性特性，诸如由于控制阀与油缸活塞之间液压油量的体积变化以及随压力变化的流量所引起的液压油稠度的变化，但是为了进行有效的参数控制，致动器应在线性区域中进行操作。例如，非线性特性可能会导致控制能力降低，甚至闭环控制不稳定。通过在液压阀配油器附近提供增强的处理能力，每台液压致动器的非线性特性均能够得到补偿以确保系统能够可靠运行。微控制器210可以存储用于对这种非线性特性进行补偿以确保对阀进行线性控制的控制程序。参考下图8，根据本发明的补偿方法，将利用一个能够在控制器中被实现的近似反函数f^-1来对主要的非线性值f进行补偿。根据图8，常规的致动器输入U将被一个能够使U和Y之间的关系近似为线性的“经校正”值所代替。这里G_A表示控制阀的动态值，G_P表示机械系统，X则表示处理状态和变量。

非线性关系f^-1形式如下：

U^c＝U·f^-1(x) …(1)

x₂＝U^c·K_A·f(x) …(2)

和

x₂＝K·U …(3)

其中K表示所确定的线性化系统的增益，K_A表示输入系统的增益G_A。与G_P(控制阀相对于机械系统动态值)的时间常数相比，控制阀的动态值G_A常可忽略。如果f(x)能够提供精确的近似，则其便可以获得良好的、鲁棒的补偿结果。

流速线性化：

考虑到如下的锐缘喷孔关系：

q_{1} = k_{v} \cdot a (x_{v}) \cdot \sqrt{p_{s} - p_{l}} \cdot \cdot \cdot \cdot (4)

其中：

q₁＝负荷流量

k_v＝阀系数＝

a(x_v)＝相对于给定阀行程位置x_v的喷孔面积

p_s＝供给压力

p_l＝负荷压力

C_d＝阀的流量特性

ρ＝流体密度

单阀/单轴/最低限度的自身知识(self knowledge)/最第限度的轴知识：

在固定的压降下，控制阀的流量特性与控制阀行程之间的关系(见图3)驻留于智能化阀配油器控制器中。利用此特性，通过确定当前压降、以及利用如下的公式将控制阀特征压降换算为实际压降可以计算出流经控制阀的实际流量：

Q_{actual} = Q_{characteristi c^{*}} \sqrt{\frac{{ΔP}_{actual}}{{ΔP}_{characteristic}}} \dots (6)

公式4可被重写为：

q_{1} = k_{v} \cdot a (x_{v}) \cdot \sqrt{r \cdot p_{s}} \cdot \sqrt{\frac{p_{s} - p_{1}}{r \cdot p_{s}}} = k_{v} \cdot a (x_{v}) \cdot \sqrt{r \cdot p_{s}} \cdot f (p_{x}) \cdot \cdot \cdot (7)

其中

r＝补偿率

f(p_x)＝相对于滑阀位置x的压力值

p_x＝f(p_s，p_l)

且通过选择一个反函数：

f^{- 1} (p_{x}) = \sqrt{\frac{r \cdot p_{s}}{p_{s} - p_{l}}} \cdot \cdot \cdot (8)

补偿流量将满足下列公式：

{q_{1}}^{c} = k_{v} \cdot a (x_{v}) \cdot \sqrt{p_{s} - p_{l}} \cdot f^{- 1} (p_{x}) = k_{v} \cdot a (x_{v}) \cdot \sqrt{r \cdot p_{s}} \cdot \cdot \cdot \cdot (9)

参数r用于调节控制阀的流量增益。控制阀的流量增益是由系统压力和喷孔开启的最大口径限定的。如下的流量参数曲线将有助于说明基于不同r值的补偿效果。

图4所示为用于例示未经补偿的流速与所需值之间关系的曲线图。通过增大r值，能够增加流量增益直到达到饱和极限为止。若p_l大于二分之一的供油压力值，则随着r值大于0.5，流量增益将由于控制阀的饱和而开始显示非线性特征。为了获得合适的性能，r值将限于1之内。

图5所示为用于例示r＝0.5时经补偿后的流速与所需值之间关系的曲线图，图6所示则为用于例示r＝1时经补偿后的流速与所需值之间关系的曲线图。

动态阀塞断面(spool cut)微调：

由于阀塞(spool)是单一部件，所以控制一个轴的单阀在各个阀接口(即P、T、A和B)之间具有固定的关系。通常，将阀塞断面(spoolcut)(导向油缸室的喷孔的断面)调节到使油缸容积比为2∶1，或10∶1等比值的位置上。这种固定的阀门开口比例对于常速度情况效果很好，但在构建好系统之后，通常便无法再调节阀门开口的比例了。

解决此问题的一种途径是采用两个三通(P、T和A)比例(伺服)阀(如图7所示，阀72和阀74)。这些阀72和74在P、T和A口处与压力传感器66、76、86和96相连，由此使其能够查表测算(profiling)致动器油缸(其也可以是一种旋转致动器)的压力或流入和流出量。该系统可以用于：

1.在某些情况下以再生方式对轴进行控制(即，从一个阀向另一个阀回流液压油)；对于其它情况，以非再生方式对轴进行控制(即，将液压油回流到储油箱)。

2.查表测算致动器中的压力以使系统获得最佳的加速度、速度、作用力控制、减速度、冲击等。

表1：顺序图表

功能	阀74	阀72
功能	阀74	阀72	活塞杆推出(非再生控制)	高电平信号(P到油缸)	低电平信号(油缸到油箱)
活塞杆推出(再生控制)	高电平信号(P到油缸)	高电平信号(油缸到P)	活塞杆推出(非再生控制)	高电平信号(P到油缸)	低电平信号(油缸到油箱)
活塞杆推出(再生控制)	高电平信号(P到油缸)	高电平信号(油缸到P)	活塞杆拉回	低电平信号(油缸到T)	高电平信号(P到油缸)

本实施例为轴控制提供了一个附加自由度。本实施例能够无缝地调节从与控制阀的动作无关的油缸各侧油缸流入压力管路和回流管路中的液压油量。附加的控制自由度使其不再需要对单独一个控制阀的阀塞断面进行专门的设计。

本实施例根据到轴的所需流量及供油和负荷压力动态地调节阀门开口。此控制操作是以局部方式(在阀配油器微控制器中)来完成的，因而将不会使系统控制器增添任何处理开销。控制算法的复杂性对系统其它部件是透明的。可以将该组件视为具有适用于任何应用的最优阀塞断面设计的单一控制阀。

附加方案：

一种具有嵌入式微控制器的智能型阀配油器，其允许该微控制器“学习”与之相连的系统，并存储“学习”所得的特征信息以便对致动器作更精确地控制。所存储的此类特征信息的一些例子包括：

·轴的静态和动态摩擦力，及动态摩擦力是如何随速度、位置、和/或时间变化的；

·与上一次对系统进行操作相比，摩擦力的变化量；

·轴摩擦力随时间的变化趋势；(由此将使其能够对控制系统进行调节以及预测性维护)

·有效的轴质量，及随时间的变化量；以及

·轴在不同位置(油体积、质量)上的固有频率。

局部微控制器还可以存储另外的操作参数以进一步提高精度。可以将这些参数提供给系统控制器，以由其对系统操作进行类型更广地控制。例如，可以由局部微控制器来确定如下参数，并将其存储于其中和/或发送给系统控制器：

·致动器位移极限；

·致动器速度极限；

·致动器加速度简表；

·致动器冲击极限；

·压力极限；

·压力变化率简表；以及

·压力变化率极限。

另外，也可以将局部微控制器所产生的下列参数存储于该微控制器内，并将其传送给系统控制器，以便让操作员在注塑机操作中利用其进行控制。

·致动器位移；

·流速简表和作用力极限；

·作用力简表和速度极限；以及

·加速度简表。

接下来的表A和B列出某些致动器和/或系统参数，这些参数由安装在靠近致动器的位置上的局部微控制器进行控制。表A：系统参数表B：速度和作用力极限

总之，本文所说明的是一种由局部处理器进行控制的智能型液压阀配油器，其将控制功能部件就近分配给各受控单元，从而改进了系统处理性能，提高了可靠性，为更新/检修提供更大的系统灵活性，并减少了系统停机时间。

尽管根据特定的优选实施例对本发明进行了说明，但其应被理解的是本发明并不仅局限于所公开的实施例。相反，该发明意欲涵盖如下权力要求的精神和范围内的所有改进型和等价配置。所附加的权利要求的范围将给出最广泛的解释，从而将包括所有改进型及等价结构和功能。

Claims

1.一种结合注塑机操作的智能型液压致动器，所述的注塑机具有系统控制器和液压阀配油器，该致动器具有：

2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，还具有向所述的液压致动器供应液压油的液压阀配油器，所述的微控制器位于所述的配油器附近。

3.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述的液压致动器具有控制流向所述的致动器的液压油流量的阀，所述的微控制器位于所述的阀附近。

4.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，还具有控制流向所述液压致动器的液压油流量的阀，所述的阀具有模拟驱动器，所述的微控制器具有向所述的模拟驱动器提供模拟信号的数字-模拟转换器。

5.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，还具有用于检测所述液压致动器的操作参数的传感器，所述传感器将反馈信号提供给所述微控制器，

6.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述的微控制器包括存储装置用于存储(i)所述液压致动器的控制信号，和(ii)来自所述液压致动器的反馈信号中的至少一种信号。

7.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述微控制器通过对所述液压致动器的非线性特性进行反函数处理来对所述液压致动器进行闭环控制。

8.如权利要求1所述的致动器，其特征在于还具有对流向所述液压致动器的液压油的流量进行控制的控制阀，其中所述微控制器存储有预定压降下液压油流量与阀行程的特性关系，而所述微控制器则根据所检测到的压降和所存储的特性关系来确定流经所述阀的流量。

9.如权利要求1所述的致动器，其特征在于还具有对流向所述液压致动器的液压油流量进行控制的第一和第二比例阀，其中所述微控制器对所述第一和第二比例阀进行控制以提供对所述液压致动器的再生和非再生控制。