CN111608977A - 一种重型升降舞台高精度同步控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种重型升降舞台高精度同步控制系统，包括工业计算机和若干套泵控缸支路系统，每套泵控缸支路系统包括主泵、比例变量泵和液压缸；主泵、比例变量泵并联输出通过三位四通电液换向阀控制液压缸活塞杆的伸缩运动，工业计算机用于控制比例变量泵和主泵的供液量、三位四通电液换向阀的换向；液压缸的活塞杆端部设置有用于采集液压缸的活塞杆的位移距离位移传感器。该种控制系统能够通过每组泵控缸支路系统内的比例变量泵实时调整该组液压缸输出轴的端部位移方向和速度，保证了多组液压缸输出轴的端部位移方向和速度能够保持同步，提高稳定性的同时还能够消除舞台升降过程中的噪音。

Description

一种重型升降舞台高精度同步控制系统
技术领域
本发明涉及重型舞台同步控制技术领域，具体的说是一种重型升降舞台高精度同步控制系统。
背景技术
舞台设备是剧场、体育馆等各类文化设施中必不可少的基本设备，现有的重型升降舞台大多数采用是机械的方式来实现舞台的升降动作，机械式的重型舞台不仅占地面积大，噪声也大，这对于观众们来说无法在安静舒适的环境下欣赏台上艺术表演者优秀的节目。同时，重型升降舞台的同步性和可靠性比较差，这对于舞台上的艺术表演者来说无法发挥出最好的状态，将最好的表演呈现给台下的观众。所以急需设计出一种重型舞台泵控缸液压位置高精度闭环同步控制系统，在日常的演出过程中，来保证观众观赏节目有个安静舒适的环境，来保证艺术表演者们能够将最好的表演呈现给观众，提高工作效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种重型升降舞台高精度同步控制系统，能够通过每组泵控缸支路系统内的比例变量泵实时调整该组液压缸输出轴的端部位移方向和速度，保证了多组液压缸输出轴的端部位移方向和速度能够保持同步，提高稳定性的同时还能够消除舞台升降过程中的噪音。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：包括工业计算机和若干套泵控缸支路系统，每套泵控缸支路系统包括主泵、比例变量泵和液压缸；所述的主泵、比例变量泵并联输出通过三位四通电液换向阀控制液压缸活塞杆的伸缩运动，所述的液压缸的活塞杆端部均与舞台底面传动连接；
所述的工业计算机用于控制比例变量泵和主泵的供液量、三位四通电液换向阀的换向；
所述的液压缸的活塞杆端部设置有位移传感器，所述的位移传感器与工业计算机信号连接，所述的位移传感器用于采集液压缸的活塞杆的位移距离。
所述的比例变量泵的输出口通过第一供油管路与三位四通电液换向阀的供油口连通，所述的主泵的输出口通过第二供油管路与三位四通电液换向阀的供油口连通，所述的第一供油管路和第二供油管路均设有单向阀，所述的第一供油管路与第一远程控制溢流阀连接，所述的第二供油管路与第二远程控制溢流阀连接，所述的第一远程控制溢流阀和第二远程控制溢流阀与工业计算机信号控制连接。
所述的三位四通电液换向阀的供油口与液压缸连通的油路上设置有防爆阀、液压锁和平衡阀，所述的防爆阀通过断开油路用于维持舞台位置，所述的液压锁和平衡阀用于维持舞台升降平稳，所述的液压锁设置在防爆阀和三位四通电液换向阀之间，所述的平衡阀设置在液压锁和三位四通电液换向阀之间。
所述的平衡阀包括内置溢流阀和内置单向阀，所述的内置溢流阀通过设置有节流阀的油路与油箱连通；所述的液压锁的控制部通过第一两位三通电磁换向阀与控制油泵的输出端连通，所述的第一两位三通电磁换向阀用于控制液压锁的开关状态；所述的三位四通电液换向阀的控制部通过第二两位三通电磁换向阀与控制油泵的输出端连通，所述的第二两位三通电磁换向阀用于控制切换三位四通电液换向阀的工作位；
所述的第一两位三通电磁换向阀和第二两位三通电磁换向阀并联，所述的控制油泵的输出端还与溢流阀连通。
所述的防爆阀和液压锁之间的油路上连接有压力传感器，所述的压力传感器与工业计算机信号连接。
所述的比例变量泵内包括第一容腔、第二容腔和斜盘，所述的第一容腔包括比例变量泵容腔和带弹簧的压力反馈活塞的容腔，所述的第二容腔包括控制活塞的容腔和比例流量比例阀与控制活塞连通处的容腔，所述的斜盘用于控制第一容腔和第二容腔之间的大小比例；
所述的斜盘上设置有角位移传感器，所述的角位移传感器用于将斜盘的角度值转化为电信号输入工业计算机；所述的工业计算机用于控制比例流量比例阀的阀芯位移，进而控制控制活塞的位移方向；所述的控制活塞的传动轴端部与斜盘传动连接；所述的斜盘还与带弹簧的压力反馈活塞的传动轴端部传动连接。
所述的比例变量泵与比例放大器信号控制连接，所述的比例放大器通过D/A模块与工业计算机控制连接；所述的位移传感器通过A/D模块与工业计算机信号连接。
该种重型升降舞台高精度同步控制系统能够产生的有益效果为：
第一，通过比例变量泵和主泵的配合使用能够精准控制每组泵控缸支路系统内液压缸的流量，提高了液压缸伸缩的控制精度；
第二，通过在液压缸与三位四通电液换向阀的连通油路中设置防爆阀、液压锁和平衡阀，保证了液压缸运行过程中的平稳性和安全性。
第三，每套泵控缸支路系统内液压缸的输出端边缘均设置有位移传感器，以其中一套泵控缸支路系统中液压缸的输出端的位移传感器采集数据作为标准数据，当其余泵控缸支路系统内液压缸的输出端位移数据与标准数据产生差异时，由该组泵控缸支路系统内的比例变量泵改变液压缸流量，消除与标准数据的差异，实现多套控缸支路系统中液压缸的输出端同步运动。
附图说明
图1为本发明一种重型升降舞台高精度同步控制系统的系统原理图。
图2为本发明一种重型升降舞台高精度同步控制系统的结构示意图。
图3为本发明一种重型升降舞台高精度同步控制系统中泵控缸支路的液压系统原理图。
图4为本发明一种重型升降舞台高精度同步控制系统中比例变量泵的结构示意图。
图5为本发明一种重型升降舞台高精度同步控制系统中液压缸端部与舞台底部连接处的结构示意图。
说明书附图标记：1、比例变量泵；2、第一远程控制溢流阀；3、主泵；4、第二远程控制溢流阀；5、单向阀；6、三位四通电液换向阀；7、平衡阀；7.1、内置溢流阀；7.2、内置单向阀；8、节流阀；9、液压锁；10、压力传感器；11、防爆阀；12、液压缸；13.1、第一两位三通电磁换向阀；13.2、第二两位三通电磁换向阀；14、溢流阀；15、控制油泵；16、位移传感器；102、斜盘；103、带弹簧的压力反馈活塞；104、控制活塞；105、比例流量比例阀；106、角位移传感器。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。
一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：包括工业计算机和若干套泵控缸支路系统，每套泵控缸支路系统包括主泵3、比例变量泵1和液压缸12；所述的主泵3、比例变量泵1并联输出通过三位四通电液换向阀6控制液压缸12活塞杆的伸缩运动，所述的液压缸12的活塞杆端部均与舞台底面传动连接；
所述的工业计算机用于控制比例变量泵1和主泵3的供液量、三位四通电液换向阀6的换向；
所述的液压缸12的活塞杆端部设置有位移传感器16，所述的位移传感器16与工业计算机信号连接，所述的位移传感器16用于采集液压缸12的活塞杆的位移距离。
本实施例中，比例变量泵1的输出口通过第一供油管路与三位四通电液换向阀6的供油口连通，所述的主泵3的输出口通过第二供油管路与三位四通电液换向阀6的供油口连通，所述的第一供油管路和第二供油管路均设有单向阀5，所述的第一供油管路与第一远程控制溢流阀2连接，所述的第二供油管路与第二远程控制溢流阀4连接，所述的第一远程控制溢流阀2和第二远程控制溢流阀4与工业计算机信号控制连接。
本实施例中，三位四通电液换向阀6的供油口与液压缸12连通的油路上设置有防爆阀11、液压锁9和平衡阀7，所述的防爆阀11通过断开油路用于维持舞台位置，所述的液压锁9和平衡阀7用于维持舞台升降平稳，所述的液压锁9设置在防爆阀11和三位四通电液换向阀6之间，所述的平衡阀7设置在液压锁9和三位四通电液换向阀6之间。
本实施例中，平衡阀7包括内置溢流阀7.1和内置单向阀7.2，所述的内置溢流阀7.1通过设置有节流阀8的油路与油箱连通；所述的液压锁9的控制部通过第一两位三通电磁换向阀13.1与控制油泵15的输出端连通，所述的第一两位三通电磁换向阀13.1用于控制液压锁9的开关状态；所述的三位四通电液换向阀6的控制部通过第二两位三通电磁换向阀13.2与控制油泵15的输出端连通，所述的第二两位三通电磁换向阀13.2用于控制切换三位四通电液换向阀6的工作位；
本实施例中，第一两位三通电磁换向阀13.1和第二两位三通电磁换向阀13.2并联，所述的控制油泵15的输出端还与溢流阀14连通。
本实施例中，防爆阀11和液压锁9之间的油路上连接有压力传感器10，所述的压力传感器10与工业计算机信号连接。
本实施例中，比例变量泵1内包括第一容腔、第二容腔和斜盘102，所述的第一容腔包括比例变量泵容腔和带弹簧的压力反馈活塞103的容腔，所述的第二容腔包括控制活塞104的容腔和比例流量比例阀105与控制活塞104连通处的容腔，所述的斜盘102用于控制第一容腔和第二容腔之间的大小比例；
所述的斜盘102上设置有角位移传感器106，所述的角位移传感器106用于将斜盘102的角度值转化为电信号输入工业计算机；所述的工业计算机用于控制比例流量比例阀105的阀芯位移，进而控制控制活塞104的位移方向；所述的控制活塞104的传动轴端部与斜盘102传动连接；所述的斜盘102还与带弹簧的压力反馈活塞103的传动轴端部传动连接。
本实施例中，比例变量泵1与比例放大器信号控制连接，所述的比例放大器通过D/A模块与工业计算机控制连接；所述的位移传感器16通过A/D模块与工业计算机信号连接。
进一步的，该种重型升降舞台高精度同步控制系统中舞台下方设置有若干组完全相同的泵控缸支路系统，在使用时，将一路泵控缸支路系统中的比例变量泵1调定到固定的排量，此时该泵控缸支路系统中液压缸12的流量完全由主泵3控制，此时，该组泵控缸支路系统中位移传感器16检测得到的液压缸12活塞杆的位移数据Uf1可以作为标准位移数据。
同时，如图2所示，第二组泵控缸支路系统中位移传感器16检测得到的液压缸12活塞杆的位移数据Uf2与标准位移数据Uf1相比较，得到的信号差值经过PID运算处理后作为控制信号通过变量泵放大器控制第二组泵控缸支路系统中比例变量泵1的排量，进而消除两组泵控缸支路系统中液压缸12活塞杆位移距离的差值。其余多组泵控缸支路系统的控制方式同上，通过多组液压缸12活塞杆共同作用，实现舞台的同步升降。
进一步的，如图3所示，单个泵控缸支路系统中，液压缸12采用比例变量泵1以及主泵3双泵供油，其中主泵3用于为液压缸12升降提供流量，主泵3采用定量泵，能够保证重型舞台升降平稳，比例变量泵1则为系统提供同步运动所需的流量。第一远程控制溢流阀2和第二远程控制溢流阀4共同调节液压缸12的最大供油压力。
三位四通电液换向阀6位于中位时，比例变量泵1以及主泵3均处于卸荷状态，当三位四通电液换向阀6右侧电磁铁带电，三位四通电液换向阀6处于右位时，油液通过平衡阀7内的内置单向阀7.2，在经过液压锁9进入液压缸下腔，重型舞台上升；当三位四通电液换向阀6左侧电磁铁带电，三位四通电液换向阀6处于左位时，液压锁9打开，油液通过平衡阀7内的内置溢流阀7.1，重型舞台下降。平衡阀7和液压锁9的存在保证了重型舞台升降过程中系统的平稳安全运行。液压缸12的油路前段设置有防爆阀11，压力传感器10能够实时监控系统的压力，将采集到的压力信号发送给工业计算机，防爆阀11则能够在系统压力过大时，通过控制油路的断开和连通，使舞台能够稳定停在任意位置。
该装置中液压锁9、三位四通电液换向阀6等装置的控制均采用控制油泵15提供动力源，控制油泵15采用定量泵，通过两位三通电磁换向阀控制液压锁9、三位四通电液换向阀6等装置的工作状态。
如图4所示，比例变量泵1的输出流量大部分输出泵外，为系统提供所需的流量和压力，其余小部分流量流入带弹簧的压力反馈活塞103和控制活塞104。角位移传感器106把斜盘102角度值转化为电流信号，与给定值相比较，将其差值输入控制回路中，控制回路输出电信号控制比例流量比例阀105的阀芯位移。当斜盘102的倾角需要变小时，比例流量比例阀105处于右位，控制流量由P口流入控制活塞104中，使控制活塞104有足够的压力克服斜盘102的摩擦阻力、负载阻力和带弹簧的压力反馈活塞103施加在斜盘102上的液压力和弹簧弹力，从而推动斜盘102顺时针旋转，实现控制目的。当斜盘102需要的倾角需要变大时，比例流量比例阀105得电处于左位，控制活塞104中的液压油由T口排出到油箱，斜盘102在带弹簧的压力反馈活塞103的液压力和弹簧的拉力的合力下，倾角由小变大，斜盘102逆时针旋转，带弹簧的压力反馈活塞103中弹簧的拉力大于带弹簧的压力反馈活塞103上的液压力。当斜盘102保持角度不变时，比例流量比例阀105阀口微开，有少量液压油流入控制活塞104中，使控制活塞104中保持适当的压力，斜盘102的受力保持平衡状态，处于静止。整个系统为闭式电反馈控制系统。
该系统中，以计算机控制系统为核心，以工业计算机作为控制的输入端，以数据采集卡和数据采集模块和位移传感器作为控制的中间环节，以非对称液压缸的输出位移作为控制目标。将输入信号与反馈信号进行比较运算，经过工业计算机运算和处理，自动控制非对称缸的输出位移及速度，实现多路液压缸的位置的同步控制。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：包括工业计算机和若干套泵控缸支路系统，每套泵控缸支路系统包括主泵（3）、比例变量泵（1）和液压缸（12）；所述的主泵（3）、比例变量泵（1）并联输出通过三位四通电液换向阀（6）控制液压缸（12）活塞杆的伸缩运动，所述的液压缸（12）的活塞杆端部均与舞台底面传动连接；
所述的工业计算机用于控制比例变量泵（1）和主泵（3）的供液量、三位四通电液换向阀（6）的换向；
所述的液压缸（12）的活塞杆端部设置有位移传感器（16），所述的位移传感器（16）与工业计算机信号连接，所述的位移传感器（16）用于采集液压缸（12）的活塞杆的位移距离。
2.根据权利要求1所述的一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：所述的比例变量泵（1）的输出口通过第一供油管路与三位四通电液换向阀（6）的供油口连通，所述的主泵（3）的输出口通过第二供油管路与三位四通电液换向阀（6）的供油口连通，所述的第一供油管路和第二供油管路均设有单向阀（5），所述的第一供油管路与第一远程控制溢流阀（2）连接，所述的第二供油管路与第二远程控制溢流阀（4）连接，所述的第一远程控制溢流阀（2）和第二远程控制溢流阀（4）与工业计算机信号控制连接。
3.根据权利要求1所述的一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：所述的三位四通电液换向阀（6）的供油口与液压缸（12）连通的油路上设置有防爆阀（11）、液压锁（9）和平衡阀（7），所述的防爆阀（11）通过断开油路用于维持舞台位置，所述的液压锁（9）和平衡阀（7）用于维持舞台升降平稳，所述的液压锁（9）设置在防爆阀（11）和三位四通电液换向阀（6）之间，所述的平衡阀（7）设置在液压锁（9）和三位四通电液换向阀（6）之间。
4.根据权利要求3所述的一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：所述的平衡阀（7）包括内置溢流阀（7.1）和内置单向阀（7.2），所述的内置溢流阀（7.1）通过设置有节流阀（8）的油路与油箱连通；所述的液压锁（9）的控制部通过第一两位三通电磁换向阀（13.1）与控制油泵（15）的输出端连通，所述的第一两位三通电磁换向阀（13.1）用于控制液压锁（9）的开关状态；所述的三位四通电液换向阀（6）的控制部通过第二两位三通电磁换向阀（13.2）与控制油泵（15）的输出端连通，所述的第二两位三通电磁换向阀（13.2）用于控制切换三位四通电液换向阀（6）的工作位；
所述的第一两位三通电磁换向阀（13.1）和第二两位三通电磁换向阀（13.2）并联，所述的控制油泵（15）的输出端还与溢流阀（14）连通。
5.根据权利要求3所述的一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：所述的防爆阀（11）和液压锁（9）之间的油路上连接有压力传感器（10），所述的压力传感器（10）与工业计算机信号连接。
6.根据权利要求1所述的一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：所述的比例变量泵（1）内包括第一容腔、第二容腔和斜盘（102），所述的第一容腔包括比例变量泵容腔和带弹簧的压力反馈活塞（103）的容腔，所述的第二容腔包括控制活塞（104）的容腔和比例流量比例阀（105）与控制活塞（104）连通处的容腔，所述的斜盘（102）用于控制第一容腔和第二容腔之间的大小比例；
所述的斜盘（102）上设置有角位移传感器（106），所述的角位移传感器（106）用于将斜盘（102）的角度值转化为电信号输入工业计算机；所述的工业计算机用于控制比例流量比例阀（105）的阀芯位移，进而控制控制活塞（104）的位移方向；所述的控制活塞（104）的传动轴端部与斜盘（102）传动连接；所述的斜盘（102）还与带弹簧的压力反馈活塞（103）的传动轴端部传动连接。
7.根据权利要求1所述的一种重型升降舞台高精度同步控制系统，其特征在于：所述的比例变量泵（1）与比例放大器信号控制连接，所述的比例放大器通过D/A模块与工业计算机控制连接；所述的位移传感器（16）通过A/D模块与工业计算机信号连接。
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