CN111102257A - 液压缸同步控制方法及用于控制多液压缸同步动作的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压缸同步控制方法及用于控制多液压缸同步动作的系统，包括：根据已确定的基准液压缸以及基准液压缸对应的同步基准速度相对于每个液压缸的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的指令输入信号得到针对每个液压缸并满足线性控制条件的实际驱动信号；向每个比例阀输出相应的实际驱动信号，以通过比例阀来控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸的实际移动速度差带来的不同步位移。本发明省去了复杂的PID调试环节，解决了闭环控制在特定情况下会造成液压缸不同步现象的缺陷，运算方法简单，尤其适用于较低性能的控制器，经济实用。

Description

液压缸同步控制方法及用于控制多液压缸同步动作的系统

技术领域

本发明涉及液压缸控制技术领域，具体地说，是涉及一种液压缸同步控制方法及用于控制多液压缸同步动作的系统。

背景技术

在工程机械领域经常需要对多个液压缸进行同步控制，如需要至少两个液压缸同步举升重物，一般都是利用多个同步举升液压缸通过一个指令输入装置来控制负载的起升和下降(液压缸动作快慢与指令输入信号的输入量相关)，要求这些液压缸的同步性要好，才能保证设备平稳地工作。

在现有技术中，液压缸同步控制系统通常采用PID控制，对比例阀进行流量开度控制，使得当前系统在使用前需要复杂的PID调试环节，这种较为复杂的数学运算并不适用于较低性能的比例阀驱动器。另外，在向比例阀驱动器输入的指令输入信号进行不同程度变化的情况下，若该系统采用闭环控制技术，则容易出现超调、振荡等现象，造成多液压缸的不同步现象。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液压缸同步控制方法，包括：步骤一、根据已确定的基准液压缸、以及所述基准液压缸对应的同步基准速度相对于每个液压缸的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的指令输入信号得到针对每个液压缸并满足线性控制条件的实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建所述输入输出映射网络模型，使得每个比例阀工作在线性控制状态；步骤二、向每个比例阀输出相应的所述实际驱动信号，以通过比例阀来控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸的实际移动速度差带来的不同步位移。

优选地，在所述步骤一中，确定每个液压缸的最大移动速率；选取所述最大工作速率中的最小值，将该最小值对应的所述液压缸确定为所述基准液压缸，并将当前基准液压缸的所述最大移动速率确定为所述同步基准速度。

优选地，在所述步骤一中，根据指令输入信号的数字量数据，利用所述输入输出映射网络模型，得到与所述指令输入信号匹配的第一控制回路输出量；将所述第一控制回路输出量分别与每个液压缸的实际速度比率进行乘法运算，得到针对每个液压缸的控制回路输出量，进一步得到相应的所述实际驱动信号。

优选地，根据比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，检测所述每个液压缸的控制回路输出量，基于检测结果对每个液压缸的所述实际驱动信号进行优化同步控制，其中，若当前任一液压缸的控制回路输出量小于或等于所述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，则向每个液压缸输出数据量为零的实际驱动信号。

优选地，在确定每个液压缸的最大移动速率步骤中，进一步包括：获取指令输入信号的数字量的最大值，利用所述输入输出映射网络模型，得到与当前所述指令输入信号匹配的所述第一控制回路输出量，进一步得到与当前所述第一控制回路输出量匹配的所述实际驱动信号；向每个比例阀输出当前所述实际驱动信号，以控制对应液压缸的移动速度，并记录每个液压缸在满行程运动下的时间，从而得到所述每个液压缸的最大移动速率。

优选地，在所述步骤一中，在获取到的所述指令输入信号的数字量数据小于所述比例阀线性控制阈值时，利用所述输入输出映射网络模型，得到标定为零的所述第一控制回路输出量。

另一方面，本发明还提出了一种液压缸同步控制装置，所述装置包括：驱动信号生成模块，其构成为根据已确定的基准液压缸、以及所述基准液压缸对应的同步基准速度相对于每个液压缸的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的指令输入信号得到针对每个液压缸并满足线性控制条件的实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建所述输入输出映射网络模型，使得每个比例阀工作在线性控制状态；驱动信号输出模块，其构成为向每个比例阀输出相应的所述实际驱动信号，以通过比例阀来控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸的实际移动速度差带来的不同步位移。

优选地，所述装置还包括：同步基准选取模块，其中，所述同步基准选取模块，其构成为确定每个液压缸的最大移动速率，进一步选取所述最大工作速率中的最小值，将该最小值对应的所述液压缸确定为所述基准液压缸，并将当前基准液压缸的所述最大移动速率确定为所述同步基准速度。

优选地，所述驱动信号生成模块，其进一步构成为根据指令输入信号的数字量数据，利用所述输入输出映射网络模型，得到与所述指令输入信号匹配的第一控制回路输出量，将所述第一控制回路输出量分别与每个液压缸的实际速度比率进行乘法运算，得到针对每个液压缸的控制回路输出量，进一步得到相应的所述实际驱动信号。

优选地，所述驱动信号输出模块，其进一步构成为根据比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，检测所述每个液压缸的控制回路输出量，基于检测结果对每个液压缸的所述实际驱动信号进行优化同步控制，其中，若当前任一液压缸的控制回路输出量小于或等于所述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，则向每个液压缸输出数据量为零的实际驱动信号。

另外，本发明提出了一种用于控制多液压缸同步动作的系统，所述系统包括：指令输入装置，其用于发送指令输入信号；至少两个比例阀，其用于接收相应的所述实际驱动信号，并控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸的实际移动速度差带来的不同步位移；与每个所述比例阀对应连接的液压缸；如上述所述的液压缸同步控制装置，其位于所述指令输入装置和所述比例阀之间，用于根据已确定的基准液压缸、以及所述基准液压缸对应的同步基准速度相对于每个液压缸的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的所述指令输入信号得到针对每个液压缸并满足线性控制条件的实际驱动信号，以及向每个所述比例阀输出相应的所述实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建所述输入输出映射网络模型，使得每个比例阀工作在线性控制状态。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提出了一种液压缸同步控制方法及用于控制多液压缸同步位置的系统。该方法和系统，省去了复杂的PID调试环节，解决了闭环控制在特定情况下会造成液压缸不同步现象的缺陷，没有过于复杂的数学运算，尤其适用于较低性能的驱动控制器，经济实用。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，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

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于控制多液压缸同步动作的系统的结构示意图。

图2为本申请实施例的用于控制多液压缸同步动作的系统中的液压缸同步控制装置20的工作流程图。

图3为本申请实施例的液压缸同步控制方法的步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在工程机械领域经常需要对多个液压缸进行同步控制，如需要至少两个液压缸同步举升重物，一般都是利用多个同步举升液压缸通过一个指令输入装置来控制负载的起升和下降(液压缸动作快慢与指令输入信号的输入量相关)，要求这些液压缸的同步性要好，才能保证设备平稳地工作。在现有技术中，液压缸同步控制系统通常采用PID控制，对比例阀进行流量开度控制，使得当前系统在使用前需要复杂的PID调试环节，进一步，这种复杂的数学运算并不适用于较低性能的比例阀驱动控制器。另外，若该系统采用闭环控制技术，则容易出现超调、振荡现象，造成两个液压缸的不同步现象。

针对上述现有技术中的问题，本发明提出了一种液压缸同步控制方法及系统。该方法和系统可用于具有比例阀装置的电液比例控制硬件系统中，利用预设的输入输出映射网络模型使得每个比例阀工作在线性控制状态，从而通过标定多个液压缸的最大移动速率与基准同步速率的速度差比率，来得到针对每个比例阀的实际驱动信号，以补偿每个液压缸的实际移动速度差带来的不同步位移。该方法几乎不需要调试，省去了复杂的PID调试环节，没有过于复杂的数学运算，尤其适用于较低性能的比例阀驱动控制器，经济实用，更可适用于没有位移传感器的场合。

图1为本申请实施例的用于控制多液压缸同步动作的系统的结构示意图。如图1所示，该系统至少包括：指令输入装置10、液压缸同步控制装置20、至少两个比例阀30和与每个比例阀30对应配置(连接)的液压缸40。其中，指令输入装置10用于向同步控制器20发送指令输入信号。液压缸同步控制装置20与指令输入装置10连接，用于根据已确定的基准液压缸40、以及基准液压缸40对应的同步基准速度相对于每个液压缸40的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的指令输入信号得到针对每个液压缸40并满足(对应连接的比例阀)线性控制条件的实际驱动信号，并向每个比例阀30输出相应的实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建输入输出映射网络模型，使得每个比例阀30工作在线性控制状态。至少两个比例阀30均与液压缸同步控制装置20连接，用于接收相应的实际驱动信号，基于此，控制对应连接的液压缸40的移动速度，从而补偿每个液压缸40的实际移动速度差带来的不同步位移。

在一个优选实施例中，液压缸同步控制装置20集成于现有的比例阀驱动器(例如：运动控制器或移动控制器)内。由于现有的比例阀驱动器包括用于获取并处理指令输入信号的控制回路、针对每个对应连接比例阀的(至少两个)控制回路等多个控制回路，每个控制回路均输出相应的输出控制信号(模拟量)，故每个控制回路的输出控制信号均具有相应的控制回路输出量(下述)，也就是相应输出控制信号的数字量数据。其中，上述实际驱动信号是上述针对每个对应连接比例阀的控制回路的输出控制信号。下述的每个液压阀的控制回路输出量为针对每个对应连接比例阀的控制回路的输出控制信号的数字量数据。下述第一控制回路输出量为用于获取并处理指令输入信号的控制回路的输出控制信号的数字量数据。

进一步的，指令输入装置10在操作人员的控制下，生成与当前控制量匹配的指令输入信号，并向液压缸同步控制装置20发送。在一个实施例中，液压缸同步控制装置20采用操作手柄装置。

需要说明的是，在本发明实施例中，由于比例阀30存在死区控制问题，但越过死区后则为线性控制区，因此，利用这一原理构建输入输出映射网络模型，通过该模型在获取到比例阀死区范围内的指令输入信号数字量数据的情况下，令该模型的输出量为零，进一步，向每个比例阀30输出的实际驱动信号的数字量为零，从而使得每个比例阀30均工作在线性控制区。基于此，利用针对每个液压缸40的最大移动速率与基准同步速率的比例关系，来补偿每个液压缸40与基准液压缸40最大移动速率的差，从而实现了多个液压缸的同步控制，使得每个液压缸40的当前位置相对于原点均相同。

图2为本申请实施例的用于控制多液压缸同步动作的系统中的液压缸同步控制装置20的工作流程图。下面结合图1和图2对液压缸同步控制装置20进行详细说明。如图1所示，液压缸同步控制装置20包括：同步基准选取模块21、控制范围生成模块22、驱动信号生成模块23和驱动信号输出模块24。

具体地，参考图2，在液压缸同步控制装置20启动后，在步骤S201中首先，液压缸同步控制装置20的同步基准选取模块21用于对是否已选出基准液压缸40进行判定。若未检测出已选出基准液压缸40，则进入到步骤S202中，通过液压缸同步控制装置20内的同步基准选取模块21和控制范围生成模块22，开启确定每个液压缸40的最大移动速率和确定基准液压缸40的流程。若检测出已选出基准液压缸40，则进入到步骤S310中，通过液压缸同步控制装置20内的驱动信号生成模块23和驱动信号输出模块24，开启生成并输出针对每个比例阀30的实际驱动信号的流程。

首先，对同步基准选取模块21进行说明。在上述未选出基准液压缸40的情况下，在步骤S202中同步基准选取模块21用于通过上述指令输入装置10获取指令输入信号的数字量最大值，利用预先构建完成的输入输出映射网络模型，得到与当前指令输入信号匹配的第一控制回路输出量，进一步得到与当前第一控制回路输出量匹配的实际驱动信号。由于此处的指令输入信号为指令输入装置10的最大输出量，故此处的第一控制回路输出量也为液压缸同步控制装置20的最大输出量，进一步使得当前的实际驱动信号为最大输出量。

需要说明的是，输入输出映射网络模型为描述指令输入信号的数字量数据与第一控制回路输出量对应的线性映射关系的模型，并依据比例阀线性控制阈值进行构建。由于比例阀30的死区问题，上述比例阀线性控制阈值用于区分比例阀的死区和线性控制区的参数。该阈值根据比例阀30的配置参数信息而设定的。具体地，下述驱动信号生成模块23用于在获取到的指令输入信号的数字量未超过上述比例阀线性控制阈值时，利用输入输出映射网络模型，将第一控制回路输出量标定为0，也就是将针对每个液压阀40的控制回路输出量标定为0，进一步使得向每个比例阀30输出的实际驱动信号的数字量数据为0。下述驱动信号生成模块23用于在获取到的指令输入信号的数字量达到或超过上述比例阀线性控制阈值时，利用输入输出映射网络模型，根据指令输入信号的数字量的范围与第一控制回路输出量的线性关系，输出与当前指令输入信号的数字量的值匹配的第一控制回路输出量，使得指令输入装置10的有效数字量的值在比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量与指令输入装置10的最大输出量对应的第一控制回路输出量之间。其中，比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量为上述输入输出映射网络模型能够输出的有效的第一控制回路输出量的最小值，即使得比例阀30工作在线性控制区的最小值。

其中，第一控制回路输出量的值与本发明实施例中的比例阀30的工作电流范围相适应，使得第一控制回路输出量的最大值控制比例阀30工作在最大电流下。进一步，通过下述驱动信号生成模块23将针对每个液压阀40的控制回路输出量进行数模转换处理后，生成相应的实际驱动信号，用于向对应的比例阀30输出。当第一控制回路输出量经数模转换后得到的对应的模拟量(实际驱动信号)直接输出控制比例阀30时，模拟量最大值即对应比例阀30最高工作电流，模拟量最小值即对应比例阀30最小工作电流。

在一个实施例中，液压缸同步控制装置20采用驱动器易福门CR2532时，由于比例阀30的工作电流范围为0～1000mA，该实施例中的比例阀线性控制阈值为820。因此，比例阀30的实际驱动信号的输出范围为0～1000mA，指令输入信号的数字量的值在0～819之间的情况下，此范围对应的控制回路输出量的值为0，使得比例阀30的工作电流为0mA；指令输入信号的数字量的值在820～4096之间的情况下，此范围对应的控制回路输出量与指令输入信号的数字量的值呈线性关系。若指令输入信号的数字量的值为4096(最大值)时，对应控制回路输出量的值为1000，对应的比例阀30的最高工作电流为1000mA。具体见表1。

表1输入输出映射网络模型的一个具体示例

进一步，在步骤S202中同步基准选取模块21用于根据当前的第一控制回路输出量，经数模转换处理后，得到与当前第一控制回路输出量匹配的实际驱动信号。具体地，同步基准选取模块21将当前的最大控制回路输出量进行模数转换处理，得到最大实际驱动信号。

而后，在步骤S203中同步基准选取模块21用于向每个比例阀30输出当前实际驱动信号，以控制对应液压缸40的移动速度，并记录每个液压缸40在满行程运动下的时间，从而得到每个液压缸40的最大移动速率。具体地，在确定每个液压缸40的最大移动速率过程中，同步基准选取模块21向每个比例阀30同时输出最大实际驱动信号，使得每个比例阀30工作在最大电流下，来驱动与比例阀30对应连接的液压缸40从初始位置移动到末端行程位置。进一步，同步基准选取模块21用于根据获取到的每个液压缸40到达末端行程位置处时发送的反馈信号、以及最大实际驱动信号的发送起始时刻，记录每个液压缸40以最大移动速率从初始位置移动到末端行程位置所用的时间，从而得到每个液压缸的最大移动速率。

需要说明的是，在将上述指令输入装置10调节到最大输出量时，使得多个液压缸40由于液压管路的差异会引起液压缸动作的差异，而出现动作不同步的问题。当指令输入装置10工作在最大输出量时，利用输入输出映射网络模型，使得每个比例阀30工作在最大电流下，每个液压缸40的动作速度最快，这样，使得每个液压缸均以最大移动速率进行满行程运动。另外，通过上述获取指令输入信号的数字量的最大值，一方面使得上述标定过程用时最短，还能够解决在指令输入装置10输出量达到固定任意位置时保持不稳定的情况下，对每个液压缸40的速度差的测量的不准确性。若上述指令输入装置10采用操作手柄进行指令输入信号的输出，那么在保持固定位置时带来的最大的问题是手柄容易抖动而使得操作手柄自复位的从而影响上述标定过程。这样，若直接将指令输入装置10的输出量控制在最大值，则标定效率高且能保持稳定给定，还能减少输出量数据不稳定带来的运行时间记录结果的误差。

在一个实施例中，若用于控制多液压缸同步位置的系统具备两个液压缸40，每个液压缸40的总行程为500mm，液压缸A从初始位置到达末端行程位置用时10000ms，液压缸B从初始位置到达末端行程位置用时8000ms。以液压缸同步控制装置20的程序扫描周期20ms例，那么，液压缸A的最大移动速率为1mm/20ms，液压缸B的最大移动速率为1.25mm/20ms。也就是说，这两个液压缸40在单位扫描周期内动作行程分别为1mm、1.25mm。

参考图2，在通过上述同步基准选取模块21获取到每个液压缸40的最大移动速率后，进入到步骤S204中，来确定基准液压缸40及其对应的同步基准速度。具体地，在步骤S204中同步基准选取模块21用于确定每个液压缸的最大移动速率，进一步选取最大工作速率中的最小值，将该最小值对应的液压缸40确定为基准液压缸40，并将当前基准液压缸40的最大移动速率确定为上述同步基准速度。

需要说明的是，在获取到每个液压缸40的最大移动速率后，由于液压回路因管路长短等原因的差别而出现不同步现象，此时，选取最小的移动速率下的液压缸40为基准，使得可根据需求针对每个液压缸40都可方便地调节其移动速率，避免了高速移动的液压缸40无法调节的情况。

从上述示例可以看出，液压缸B的最大移动速率快于液压缸A的最大移动速率，两个液压缸动作同步基准速度则以液压缸A为基准。

接着，进入到步骤S205和步骤S206中通过控制范围生成模块22来确定由于多个液压缸40的最大移动速率的差异所对应的控制回路输出量的范围。进一步，对控制范围生成模块22进行说明。在步骤S205中控制范围生成模块22用于根据每个液压缸的最大移动速率，得到上述同步基准速度与每个液压缸40的最大移动速率的实际速度比率。进一步，控制范围生成模块22用于将针对每个液压缸40的实际速度比率进行存储。具体地，将同步基准速度分别与每个液压缸40的最大移动速率相除，得到相应的针对每个液压缸40的实际速度比率。从上述示例中可以看出，液压缸B的实际速度比率为0.8，由于液压缸A为基准液压缸，故其实际速度比率为1。

进一步，在步骤S206中控制范围生成模块22用于根据每个液压缸40的实际速度比率，计算每个液压缸40的最大控制回路输出量，并确定相应范围，而后，进入到步骤S310中。具体地，将每个液压缸40的实际速度比率分别与基准液压缸的最大控制回路输出量相乘，从而得到每个液压缸40的最大控制回路输出量。进一步的，控制范围生成模块22还存储有针对各种第一控制回路输出量(参见表1)的情况下，所对应的每个液压缸40的控制回路输出量，即多液压缸实际控制输出量网络模型(参见表2)。

需要说明的是，在下述步骤S310实时计算每个液压缸的控制回路输出量时，可以利用下述所述的比率乘法运算，还可以利用存储在控制范围生成模块22中的上述输入输出映射网络模型和多液压缸实际控制输出量网络模型，直接根据实时获取到的指令输入信号的数字量数据对应出每个液压缸40的控制回路输出量。本发明对此不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。

再次参考图1和图2，进一步，对驱动信号生成模块23和驱动信号输出模块24进行说明。在上述已选出基准液压缸40的情况下，执行步骤S310。

需要说明的是，上述步骤S202～步骤S206中关于获取每个液压缸40的最大移动速率及确定同步基准速度的标定过程中，需要通过获取每个液压缸40的反馈信号来得到相应的最大移动速率，但这个过程只需在液压缸同步控制装置20第一次运行时实施即可。进一步，当确定出基准液压缸及其同步基准速度后，便可利用实时获取到的指令输入信号，直接执行步骤S310内的步骤S207～步骤S209和步骤S320内的步骤S2010～步骤S2012，无需获取来自每个液压缸40的相关反馈信号，仅通过简单的比例运算的开环控制，对比例阀30进行相应的控制，从而实现同步控制多液压缸的功能。

在步骤S310中，驱动信号生成模块23用于根据已确定的基准液压缸、以及基准液压缸对应的同步基准速度相对于每个液压缸的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的指令输入信号得到针对每个液压缸40并满足(比例阀)线性控制条件的实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建输入输出映射网络模型，使得每个比例阀30工作在线性控制状态。

首先，在步骤S207中驱动信号生成模块23用于从上述控制范围生成模块22中调取每个液压缸40的实际速度比率。

然后，进入到步骤S208中驱动信号生成模块23用于根据指令输入信号的数字量数据，利用输入输出映射网络模型，得到与指令输入信号匹配的第一控制回路输出量。具体地，驱动信号生成模块23通过上述指令输入装置10实时获取指令输入信号(模拟量)，并将其转换成相应的指令输入信号的数字量数据，代入上述输入输出映射网络模型中，从而对应输出与当前实时的指令输入信号匹配的第一控制回路输出量(数字量数据)。

接着，进入到步骤S209中驱动信号生成模块23用于将第一控制回路输出量分别与每个液压缸的实际速度比率进行乘法运算，得到针对每个液压缸的控制回路输出量，进一步得到针对每个液压缸的实际驱动信号的数字量数据量。具体地，驱动信号生成模块23继续根据与当前实时的指令输入信号匹配的第一控制回路输出量(数字量数据)和步骤S207中得到的每个液压缸40的实际速度比率，得到针对每个液压缸40的控制回路输出量，也就是针对每个液压缸40的实际驱动信号的数字量数据，进一步，通过下述驱动信号输出模块24进行数模转换处理后，得到针对每个液压缸的实际驱动信号。

这样，使得每个比例阀30获得根据对应连接的液压缸30的最大移动速率下的调节后的电流驱动信号，以使得每个液压缸40的移动速率得到相应的调节，控制移动较快的液压缸40按照实际速度比率，以移动较慢的液压缸40的移动速率为基准移动进行调节，从而使得移动较快的液压缸40的运动速率向同步基准速度靠拢，进而实现了多液压缸40的移动位置的同步控制。

进一步，以上述示例为例，液压缸B要与液压缸A同步，若液压缸A的实际驱动信号的数字量数据的范围为0～1000(液压缸A的控制回路输出量)，那么，液压缸A的实际驱动信号的数字量数据的范围为0～800(液压缸A的控制回路输出量)。具体地，两个液压缸的实际驱动信号的数字量数据具体见表2。

表2液压缸A和液压缸B的实际驱动信号的数字量数据的一个具体示例

由于本发明实施例中的每个比例阀30均工作在线性控制区内，采用上述流程所计算出的每个液压缸40对应的控制回路输出量，有可能出现在指令输入信号的数字量数据大于上述比例阀线性控制阈值的情况下，液压缸同步控制装置20所输出的针对每个液压缸40对应的控制回路输出量，有大于比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，也有小于比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量的情况，这样会使得后者对应连接的比例阀30率先进入死区控制区。为了解决这个问题，本发明实施例中的液压缸同步控制装置20内的驱动信号输出模块24需要对上述生成的每个液压缸40的控制回路输出量(也就是每个液压缸40的实际驱动信号的数字量数据)进行检测。

最后，进入到步骤S320中，对驱动信号输出模块24进行说明。在步骤S320中驱动信号输出模块24用于向每个比例阀30输出相应的实际驱动信号，以通过比例阀来控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸40的实际移动速度差带来的不同步位移。

进一步，在通过上述驱动信号生成模块23得到针对每个液压阀40的控制回路输出量后，进入到步骤S2010中驱动信号输出模块24用于根据比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，检测每个液压缸40的控制回路输出量，基于检测结果，对针对每个液压40的实际驱动信号进行优化同步控制。具体地，驱动信号输出模块24用于将针对每个液压缸40的控制回路输出量与上述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量进行比较。其中，比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量是指通过上述输入输出映射网络模型得到的最小的有效的第一控制回路输出量。

在一个实施例中，在步骤S2011中驱动信号输出模块24用于在检测出当前任一液压缸的控制回路输出量小于或等于上述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量时，向每个液压缸40输出数据量为零的实际驱动信号。这样，驱动信号输出模块24通过对应连接的比例阀30控制每个液压缸40停止移动，以实现同步停止移动的功能，从而通过增大指令输入装置10的输出量来控制每个液压缸40继续同步进行移动。

在另一个实施例中，在步骤S2012中驱动信号输出模块24用于在检测出每个液压缸的控制回路输出量均大于上述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量时，直接将当前计算得到的每个液压缸40的控制回路输出量进行数模转换处理后，向对应连接的比例阀30输出相应的实际驱动信号。进一步，通过相应的比例阀30控制每个液压缸40实现同步移动的功能。

另一方面，本发明实施例提出了一种液压缸同步控制方法。该方法为上述液压缸同步控制装置20的实现方法。图3为本申请实施例的液压缸同步控制方法的步骤图。如图3所示，在步骤S310中液压缸同步控制装置20根据已确定的基准液压缸40、以及基准液压缸40对应的同步基准速度相对于每个液压缸40的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的指令输入信号得到针对每个液压缸并满足(比例阀)线性控制条件的实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建输入输出映射网络模型，使得每个比例阀工作在线性控制状态。

在液压缸同步控制装置20启动后，在步骤S201中首先，液压缸同步控制装置20的同步基准选取模块21用于对是否已选出基准液压缸40进行判定。若未检测出已选出基准液压缸40，则进入到步骤S202中，通过液压缸同步控制装置20内的同步基准选取模块21和控制范围生成模块22，开启确定每个液压缸40的最大移动速率和确定基准液压缸40的流程。若检测出已选出基准液压缸40，则进入到步骤S310中，通过液压缸同步控制装置20内的驱动信号生成模块23和驱动信号输出模块24，开启生成并输出针对每个比例阀30的实际驱动信号的流程。

(参考图2)在步骤S202中同步基准选取模块21按照上述所述的方式，通过上述指令输入装置10获取指令输入信号的数字量最大值，利用预先构建完成的输入输出映射网络模型，得到与当前指令输入信号匹配的第一控制回路输出量，进一步得到与当前第一控制回路输出量匹配的实际驱动信号。

需要说明的是，输入输出映射网络模型为描述指令输入信号的数字量数据与第一控制回路输出量对应的线性映射关系的模型，并依据比例阀线性控制阈值进行构建。由于比例阀30的死区问题，上述比例阀线性控制阈值用于区分比例阀的死区和线性控制区的参数。该阈值根据比例阀30的配置参数信息而设定的。具体地，在驱动信号生成模块23获取到的指令输入信号的数字量未超过上述比例阀线性控制阈值时，利用输入输出映射网络模型，得到标定为零的第一控制回路输出量，进一步使得向每个比例阀30输出的实际驱动信号的数字量数据为0。在驱动信号生成模块23获取到的指令输入信号的数字量达到或超过上述比例阀线性控制阈值时，利用输入输出映射网络模型，根据指令输入信号的数字量的范围与第一控制回路输出量的线性关系，输出与当前指令输入信号的数字量的值匹配的第一控制回路输出量，使得指令输入装置10的有效数字量的值在比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量与指令输入装置10的最大输出量对应的第一控制回路输出量之间。

而后，在步骤S203中同步基准选取模块21按照上述所述的方式，向每个比例阀30输出当前实际驱动信号，以控制对应液压缸40的移动速度，并记录每个液压缸40在满行程运动下的时间，从而得到每个液压缸40的最大移动速率。

接着，在通过上述同步基准选取模块21获取到每个液压缸40的最大移动速率后，进入到步骤S204中，来确定基准液压缸40及其对应的同步基准速度。具体地，在步骤S204中同步基准选取模块21按照上述所述的方式，确定每个液压缸的最大移动速率，进一步选取最大工作速率中的最小值，将该最小值对应的液压缸40确定为基准液压缸40，并将当前基准液压缸40的最大移动速率确定为所述同步基准速度。

进一步，进入到步骤S205和步骤S206中通过控制范围生成模块22来确定由于多个液压缸40的最大移动速率的差异所对应的控制回路输出量的范围。在步骤S205中控制范围生成模块22按照上述所述的方式，根据每个液压缸的最大移动速率，得到上述同步基准速度与每个液压缸40的最大移动速率的实际速度比率。进一步，控制范围生成模块22将针对每个液压缸40的实际速度比率进行存储。在步骤S206中控制范围生成模块22按照上述所述的方式，根据每个液压缸40的实际速度比率，计算每个液压缸40的最大控制回路输出量，并确定相应范围，而后，进入到步骤S310中。

具体地，在步骤S310中，首先，驱动信号生成模块23按照上述步骤S207所述的方式，获取每个液压缸40的实际速度比率。然后，进入到步骤S208中，按照上述所述的方式，通过驱动信号生成模块23根据指令输入信号的数字量数据，利用输入输出映射网络模型，得到与指令输入信号匹配的第一控制回路输出量。接着，进入到步骤S209中，按照上述所述的方式，通过驱动信号生成模块23将第一控制回路输出量分别与针对每个液压缸40的实际速度比率进行乘法运算，得到针对每个液压缸40的控制回路输出量，进一步得到相应的实际驱动信号。

这样，使得每个比例阀30获得根据对应连接的液压缸30的最大移动速率下的调节后的电流驱动信号，以使得每个液压缸40的移动速率得到相应的调节，控制移动较快的液压缸40按照实际速度比率，以移动较慢的液压缸40的移动速率为基准移动进行调节，从而使得移动较快的液压缸40的运动速率向同步基准速度靠拢，进而实现了多液压缸40的移动位置的同步控制。

由于本发明实施例中的每个比例阀30均工作在线性控制区内，采用上述流程所计算出的每个液压缸40对应的控制回路输出量，有可能出现在指令输入信号的数字量数据大于上述比例阀线性控制阈值的情况下，液压缸同步控制装置20所输出的针对每个液压缸40对应的控制回路输出量，有大于比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，也有小于比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量的情况，这样会使得后者对应连接的比例阀30有率先进入死区控制区。为了解决这个问题，本发明实施例中的液压缸同步控制装置20内的驱动信号输出模块24需要对上述生成的每个液压缸40的控制回路输出量(也就是每个液压缸40的实际驱动信号的数字量数据)进行检测。

最后，参考图3，进入到步骤S320中，按照上述所述的方式，驱动信号输出模块24向每个比例阀30输出相应的实际驱动信号，以通过对应连接的比例阀来控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸40的实际移动速度差带来的不同步位移。

具体地，在通过上述驱动信号生成模块23得到针对每个液压阀40的控制回路输出量后，进入到步骤S2010中驱动信号输出模块24根据比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，检测获取到的每个液压缸40的控制回路输出量，基于检测结果，对针对每个液压40的实际驱动信号进行优化同步控制。其中，驱动信号输出模块24将针对每个液压缸40的控制回路输出量与比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量进行比较。

在一个实施例中，在步骤S2011中驱动信号输出模块24在检测出任一液压缸的实际驱动信号的数字量小于或等于上述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量时，向每个液压缸40输出数据量为零的实际驱动信号。这样，驱动信号输出模块24通过对应连接的比例阀30控制每个液压缸40停止移动，以实现同步停止移动的功能，从而通过增大指令输入装置10的输出量来控制每个液压缸40继续同步进行移动。

在另一个实施例中，在步骤S2012中驱动信号输出模块24在检测出每个液压缸的实际驱动信号的数字量均大于上述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量时，直接将当前计算得到的每个液压缸40的控制回路输出量进行数模转换处理后，向对应连接的比例阀30输出相应的实际驱动信号。进一步，通过相应的比例阀30控制每个液压缸40实现同步移动的功能。

本发明提出了一种液压缸同步控制方法及用于控制多液压缸同步位置的系统。该方法和系统，可利用现有硬件系统的框架，只需对驱动控制器的软件进行改进，实现方式简单。具体利用根据比例阀有效的线性控制状态的控制阈值而预先构建的输入输出映射网络模型，一方面使得每个比例阀均工作在线性控制区，还能够利用从每个液压缸最大移动工作速率中选取基准液压缸和其对应的同步基准速度，仅通过简单的比例计算便可以调整每个比例阀的开度流量，这样，实现了每个液压阀与基准液压缸的同步控制。本发明只需第一次操作时标定一次来获取每个液压缸的最大工作速率，几乎不需要调试，省去了复杂的PID调试环节。进一步，解决了由于指令输入信号不一定是固定值，并有可能一直在变化，如果采用通常所用的闭环控制，容易出现超调、振荡等现象，从而造成两个油缸不同步。另外，本发明没有过于复杂的数学运算，尤其适用于较低性能的驱动控制器，经济实用，第一次标定后，完全可以开环运行，就是标定后可以不需要通过获取反馈信号能够实现多液压缸的同步控制。此外，针对没有采集反馈信号(例如：位移传感器)的场合，也可以借鉴此方法实现液压缸同步控制。

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，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种液压缸同步控制方法，包括：

步骤一、根据已确定的基准液压缸、以及所述基准液压缸对应的同步基准速度相对于每个液压缸的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的指令输入信号得到针对每个液压缸并满足线性控制条件的实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建所述输入输出映射网络模型，使得每个比例阀工作在线性控制状态；

步骤二、向每个比例阀输出相应的所述实际驱动信号，以通过比例阀来控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸的实际移动速度差带来的不同步位移。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，

确定每个液压缸的最大移动速率；

选取所述最大工作速率中的最小值，将该最小值对应的所述液压缸确定为所述基准液压缸，并将当前基准液压缸的所述最大移动速率确定为所述同步基准速度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，

根据指令输入信号的数字量数据，利用所述输入输出映射网络模型，得到与所述指令输入信号匹配的第一控制回路输出量；

将所述第一控制回路输出量分别与每个液压缸的实际速度比率进行乘法运算，得到针对每个液压缸的控制回路输出量，进一步得到相应的所述实际驱动信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

根据比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，检测所述每个液压缸的控制回路输出量，基于检测结果对每个液压缸的所述实际驱动信号进行优化同步控制，其中，

若当前任一液压缸的控制回路输出量小于或等于所述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，则向每个液压缸输出数据量为零的实际驱动信号。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在确定每个液压缸的最大移动速率步骤中，进一步包括：

获取指令输入信号的数字量的最大值，利用所述输入输出映射网络模型，得到与当前所述指令输入信号匹配的所述第一控制回路输出量，进一步得到与当前所述第一控制回路输出量匹配的所述实际驱动信号；

向每个比例阀输出当前所述实际驱动信号，以控制对应液压缸的移动速度，并记录每个液压缸在满行程运动下的时间，从而得到所述每个液压缸的最大移动速率。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，

在获取到的所述指令输入信号的数字量数据小于所述比例阀线性控制阈值时，利用所述输入输出映射网络模型，得到标定为零的所述第一控制回路输出量。

7.一种液压缸同步控制装置，其特征在于，所述装置包括：

驱动信号生成模块，其构成为根据已确定的基准液压缸、以及所述基准液压缸对应的同步基准速度相对于每个液压缸的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的指令输入信号得到针对每个液压缸并满足线性控制条件的实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建所述输入输出映射网络模型，使得每个比例阀工作在线性控制状态；

驱动信号输出模块，其构成为向每个比例阀输出相应的所述实际驱动信号，以通过比例阀来控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸的实际移动速度差带来的不同步位移。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：同步基准选取模块，其中，

所述同步基准选取模块，其构成为确定每个液压缸的最大移动速率，进一步选取所述最大工作速率中的最小值，将该最小值对应的所述液压缸确定为所述基准液压缸，并将当前基准液压缸的所述最大移动速率确定为所述同步基准速度。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述驱动信号生成模块，其进一步构成为根据指令输入信号的数字量数据，利用所述输入输出映射网络模型，得到与所述指令输入信号匹配的第一控制回路输出量，将所述第一控制回路输出量分别与每个液压缸的实际速度比率进行乘法运算，得到针对每个液压缸的控制回路输出量，进一步得到相应的所述实际驱动信号。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述驱动信号输出模块，其进一步构成为根据比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，检测所述每个液压缸的控制回路输出量，基于检测结果对每个液压缸的所述实际驱动信号进行优化同步控制，其中，

若当前任一液压缸的控制回路输出量小于或等于所述比例阀线性控制阈值对应的第一控制回路输出量，则向每个液压缸输出数据量为零的实际驱动信号。

11.一种用于控制多液压缸同步动作的系统，其特征在于，所述系统包括：

指令输入装置，其用于发送指令输入信号；

至少两个比例阀，其用于接收相应的所述实际驱动信号，并控制对应液压缸的移动速度，从而补偿每个液压缸的实际移动速度差带来的不同步位移；

与每个所述比例阀对应连接的液压缸；

如权利要求7～10中任一项所述的液压缸同步控制装置，其位于所述指令输入装置和所述比例阀之间，用于根据已确定的基准液压缸、以及所述基准液压缸对应的同步基准速度相对于每个液压缸的最大移动速率的实际速度比率，利用预设的输入输出映射网络模型，由实时获取到的所述指令输入信号得到针对每个液压缸并满足线性控制条件的实际驱动信号，以及向每个所述比例阀输出相应的所述实际驱动信号，其中，根据比例阀线性控制阈值，构建所述输入输出映射网络模型，使得每个比例阀工作在线性控制状态。

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