CN111140669B - 一种高频响大流量比例阀及其控制系统 - Google Patents

一种高频响大流量比例阀及其控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于比例阀技术领域，具体涉及一种高频响大流量比例阀及其控制系统，包括阀体、阀套、阀芯、第一连接机构、第一动力装置、第一位移传感器、第二连接机构、第二动力装置、第二位移传感器，所述阀体内套装有阀套，所述阀套内套装有阀芯，所述阀套的一端通过第一连接机构连接有第一动力装置，所述阀套与第一动力装置之间设置有第一位移传感器，所述阀芯的一端通过第二连接机构连接有第二动力装置，所述阀芯与第二动力装置之间设置有第二位移传感器。本发明通过控制阀芯与阀套同时运动，不仅提高了阀口打开和闭合的速度，还增大了阀口的最大开度，提高了阀口的最大通流量。本发明用于液体流量和方向的控制。

Description

一种高频响大流量比例阀及其控制系统
技术领域
本发明属于比例阀技术领域，具体涉及一种高频响大流量比例阀及其控制系统。
背景技术
电液比例阀是采用比例控制技术，介于开关型液压阀和电液伺服阀之间的一种液压元件，常规的比例阀是阀套嵌入阀体内固定，阀芯在电磁铁的驱动下，在阀套里运动，从而控制阀口的开度；然而，由于阀套固定，只有阀芯在运动，阀口打开和闭合的速度是有限的，即比例阀的频响不高。
发明内容
针对上述比例阀频响不高的技术问题，本发明提供了一种频响高、控制精准、误差小的高频响大流量比例阀及其控制系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高频响大流量比例阀，包括阀体、阀套、阀芯、第一连接机构、第一动力装置、第一位移传感器、第二连接机构、第二动力装置、第二位移传感器，所述阀体内套装有阀套，所述阀套内套装有阀芯，所述阀套的一端通过第一连接机构连接有第一动力装置，所述阀套与第一动力装置之间设置有第一位移传感器，所述阀芯的一端通过第二连接机构连接有第二动力装置，所述阀芯与第二动力装置之间设置有第二位移传感器。
所述阀体上设置有阀口，所述阀口分别为阀口A、阀口B、阀口P、阀口T。
所述第一动力装置、第二动力装置可以采用直线电机或丝杠滑块执行机构或电磁铁。
一种高频响大流量比例阀的控制系统，包括信号调理电路、运动控制器、阀芯位置控制器、阀套位置控制器，所述信号调理电路与运动控制器连接，所述运动控制器分别与阀芯位置控制器和阀套位置控制器连接，所述阀芯位置控制器通过第一功放电路与第一动力装置连接，所述阀套位置控制器通过第二功放电路与第二动力装置连接，所述运动控制器将输入的阀口开度信号换算成阀芯和阀套的绝对位移后，同时分配给阀芯位置控制器和阀套位置控制器，使得阀芯和阀套到达目标位置时所用的时间相同，所述第一位移传感器和第二位移传感器均通过导线连接在运动控制器上。
所述第一功放电路和第二功放电路均采用PWM模式工作，所述第一功放电路和第二功放电路的PWM控制器均采用集成芯片SG3524。
所述阀芯位置控制器和阀套位置控制器的内部构成位置闭环，所述闭环的算法采用带有前馈的PID控制算法。
所述阀口开度信号分配方案为：
Figure BDA0002371105840000021
所述X0为输入的阀口开度信号，XA为阀芯的位移信号，XB为阀套的位移信号，mA为阀芯的质量，mB为阀套的质量。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
本发明通过控制阀芯与阀套同时运动，不仅提高了阀口打开和闭合的速度，还增大了阀口的最大开度，提高了阀口的最大通流量。并且本发明设置有闭环控制系统，可以精准的控制阀芯和阀套的位移，从而控制阀口的开合程度，大大地提高了比例阀的自动化程度。
附图说明
图1为本发明比例阀的结构示意图；
图2为本发明控制系统的结构示意图；
其中：1为阀体，2为阀套，3为阀芯，4为第一连接机构，5为第一动力装置，6为第一位移传感器，7为第二连接机构，8为第二动力装置，9为第二位移传感器，10为信号调理电路，11为运动控制器，12为阀芯位置控制器，13为阀套位置控制器，14为第一功放电路，15为第二功放电路，A、B、P、T分别为阀口A、阀口B、阀口P、阀口T。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高频响大流量比例阀，如图1所示，包括阀体1、阀套2、阀芯3、第一连接机构4、第一动力装置5、第一位移传感器6、第二连接机构7、第二动力装置8、第二位移传感器9，阀体1内套装有阀套2，阀套2内套装有阀芯3。阀套2的一端通过第一连接机构4连接有第一动力装置5，阀套2可以在第一动力装置5的驱动下来回滑动，阀套2与第一动力装置5之间设置有第一位移传感器6，阀芯3的一端通过第二连接机构7连接有第二动力装置8，阀芯3可以在第二动力装置8的驱动下来回滑动，阀芯3与第二动力装置8之间设置有第二位移传感器9，在比例阀工作时，阀芯3和阀套2同时运动。
进一步，优选的，第一动力装置5、第二动力装置8可以采用直线电机或丝杠滑块执行机构或电磁铁，阀套和阀芯的运动可以是直线运动，也可以是旋转加直线运动。
进一步，阀体1上设置有阀口，优选的，阀口分别为阀口A、阀口B、阀口P、阀口T。
一种高频响大流量比例阀的控制系统，如图2所示，包括信号调理电路10、运动控制器11、阀芯位置控制器12、阀套位置控制器13，信号调理电路10与运动控制器11连接，运动控制器11分别与阀芯位置控制器12和阀套位置控制器13连接，阀芯位置控制器12通过第一功放电路14与第一动力装置5连接，阀套位置控制器13通过第二功放电路15与第二动力装置8连接，运动控制器11将输入的阀口开度信号换算成阀芯3和阀套2的绝对位移后，同时分配给阀芯位置控制器12和阀套位置控制器13，使得阀芯3和阀套2到达目标位置时所用的时间相同，第一位移传感器6和第二位移传感器9均通过导线连接在运动控制器11上。输入信号经过信号调理电路10处理后送入运动控制器11内，运动控制器11把输入信号按照算法同时分配给阀芯位置控制器12和阀套位置控制器13，阀芯位置控制器12和阀套位置控制器13分别通过第一位移传感器6和第二位移传感器9检测实际的位置得出位置偏差，按照算法得出第一功放电路14和第二功放电路15的输入信号，用来驱动第一动力装置5和第二动力装置8运动，第一功放电路14和第二功放电路15通过控制功率管的导通时间，从而控制第一动力装置5和第二动力装置8里的实际电流大小。
进一步，优选的，第一功放电路14和第二功放电路15均采用PWM模式工作，第一功放电路14和第二功放电路15的PWM控制器均采用集成芯片SG3524。
进一步，优选的，阀芯位置控制器12和阀套位置控制器13的内部构成位置闭环，通过第一位移传感器6和第二位移传感器9检测阀套2和阀芯3的实际位置，与指令信号比较，经过闭环算法得出需要的电流值，作为功放电路的输入信号，优选的，闭环的算法采用带有前馈的PID控制算法。
进一步，优选的，阀口开度信号分配方案为：
Figure BDA0002371105840000051
X0为输入的阀口开度信号，XA为阀芯的位移信号，XB为阀套的位移信号，mA为阀芯的质量，mB为阀套的质量。
本发明的工作流程为：当比例阀的阀口P需要与阀口A相通，阀口B需要与阀口T相通时，阀芯在第二动力装置的驱动下，向左运动，同时，阀套在第一动力装置的驱动下，向右运动，此时，阀口打开，阀口P与阀口A相通，阀口B与阀口T相通。
当比例阀的阀口P需要与阀口B相通，阀口A需要与阀口T相通时，阀芯在第二动力装置的驱动下，向右运动，同时，阀套在第一动力装置的驱动下，向左运动，此时，阀口打开，阀口P与阀口B相通，阀口A与阀口T相通，由此可见，相比于传统的阀套固定式比例阀，阀口打开的速度增大。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高频响大流量比例阀的控制系统，其特征在于：包括一个比例阀，所述比例阀包括阀体(1)、阀套(2)、阀芯(3)、第一连接机构(4)、第一动力装置(5)、第一位移传感器(6)、第二连接机构(7)、第二动力装置(8)、第二位移传感器(9)，所述阀体(1)内套装有阀套(2)，所述阀套(2)内套装有阀芯(3)，所述阀套(2)的一端通过第一连接机构(4)连接有第一动力装置(5)，所述阀套(2)与第一动力装置(5)之间设置有第一位移传感器(6)，所述阀芯(3)的一端通过第二连接机构(7)连接有第二动力装置(8)，所述阀芯(3)与第二动力装置(8)之间设置有第二位移传感器(9)；
所述一种高频响大流量比例阀的控制系统，包括信号调理电路(10)、运动控制器(11)、阀芯位置控制器(12)、阀套位置控制器(13)，所述信号调理电路(10)与运动控制器(11)连接，所述运动控制器(11)分别与阀芯位置控制器(12)和阀套位置控制器(13)连接，所述阀芯位置控制器(12)通过第一功放电路(14)与第一动力装置(5)连接，所述阀套位置控制器(13)通过第二功放电路(15)与第二动力装置(8)连接，所述运动控制器(11)将输入的阀口开度信号换算成阀芯(3)和阀套(2)的绝对位移后，同时分配给阀芯位置控制器(12)和阀套位置控制器(13)，使得阀芯(3)和阀套(2)到达目标位置时所用的时间相同，所述第一位移传感器(6)和第二位移传感器(9)均通过导线连接在运动控制器(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种高频响大流量比例阀的控制系统，其特征在于：所述阀体(1)上设置有阀口，所述阀口分别为阀口A、阀口B、阀口P、阀口T。
3.根据权利要求1所述的一种高频响大流量比例阀的控制系统，其特征在于：所述第一动力装置(5)、第二动力装置(8)可以采用直线电机或丝杠滑块执行机构或电磁铁。
4.根据权利要求1所述的一种高频响大流量比例阀的控制系统，其特征在于：所述第一功放电路(14)和第二功放电路(15)均采用PWM模式工作，所述第一功放电路(14)和第二功放电路(15)的PWM控制器均采用集成芯片SG3524。
5.根据权利要求1所述的一种高频响大流量比例阀的控制系统，其特征在于：所述阀芯位置控制器(12)和阀套位置控制器(13)的内部构成位置闭环，所述闭环的算法采用带有前馈的PID控制算法。
6.根据权利要求1所述的一种高频响大流量比例阀的控制系统，其特征在于：所述阀口开度信号分配方案为：
Figure FDA0003351380260000021
所述X0为输入的阀口开度信号，XA为阀芯的位移信号，XB为阀套的位移信号，mA为阀芯的质量，mB为阀套的质量。
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