CN112065798A - 一种数字比例插装阀及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字比例插装阀及控制方法。所述数字比例插装阀中所述液压阀固定在所述插装阀阀座的侧壁上,所述液压阀的两侧分别通过滚轴丝杠与所述闭环进步电机连接;所述滚轴丝杠用于根据所述闭环进步电机的转动量控制所述液压阀的开度;所述双作用活塞杆以及所述主阀阀芯设置在所述插装阀阀座内部;所述主阀芯反馈模块设置在所述插装阀阀座上表面;所述主阀芯反馈模块、所述双作用活塞杆以所述主阀阀芯同轴设置;所述主阀芯反馈模块与所述主阀阀芯相对滑动;所述数字阀控制器分别与所述主阀芯反馈模块所述闭环步进电机连接。本发明实现大流量情况下的数字化控制,提高液压系统可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及流体传动与控制领域,特别是涉及一种数字比例插装阀及控制方法
背景技术
液压系统以其功重比高、动作响应快、抗负载能力强、易于无级调速等优点,广泛应用于航空航天、冶金机械、足式机器人、工程机械、高端移动装备等领域。随着计算机技术快速发展,液压系统与计算机结合技术是未来的发展趋势,即数字液压。数字液压是一项融合了信息革命成果的新技术,对液压系统的发展具有重要的意义。
数字阀的出现为计算机在液压领域的应用开拓了一个新的方向,将计算机技术应用到液压阀中,可以有效提高液压系统的整体可靠性和抗干扰能力。所以数字阀的研究是现在数字液压技术的研究热点。目前常用的数字阀是增量式电液数字控制阀,这类阀采用步进电机作为电气一机械转换器,计算机根据控制要求发出脉冲序列,经驱动电源放大后使步进电机工作。步进电机通过滚轴丝杠驱动液压阀的阀芯产生一定的开度,从而输出连续的液体,进而控制液压系统运行。但增量式数字阀存在有以下缺点:1)步进电机以脉冲作为输入量,角度作为输出量,输出是离散量。作为控制对象的阀芯位移是连续量,如何实现对阀芯位移的精确控制是其中一个难题。2)步进电机会因为外界干扰出现滞后,频率过高容易出现失步现象。上述缺点是导致该形式数字阀应用受限的重要原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字比例插装阀及控制方法,实现大流量情况下的数字化控制,提高液压系统可靠性。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种数字比例插装阀,包括:插装阀阀座、闭环步进电机、滚轴丝杠、液压阀、双作用活塞杆、主阀阀芯、主阀芯反馈模块以及数字阀控制器;
所述液压阀固定在所述插装阀阀座的侧壁上,所述液压阀的两侧分别通过滚轴丝杠与所述闭环进步电机连接;所述闭环步进电机、所述滚轴丝杠以及所述液压阀同轴设置;
所述滚轴丝杠用于根据所述闭环进步电机的转动量控制所述液压阀的开度;所述液压阀用于根据所述开度控制外控油的流量和压力,根据外控油的流量和压力控制所述主阀阀芯移动;
所述双作用活塞杆以及所述主阀阀芯设置在所述插装阀阀座内部;所述主阀芯反馈模块设置在所述插装阀阀座上表面;所述主阀芯反馈模块、所述双作用活塞杆以所述主阀阀芯同轴设置;所述主阀芯反馈模块与所述主阀阀芯相对滑动;
所述主阀芯反馈模块用于获取所述主阀阀芯的位移量;所述主阀阀芯用于控制主油路的通断;
所述数字阀控制器分别与所述主阀芯反馈模块所述闭环步进电机连接;
所述数字阀控制器用于根据所述主阀阀芯的位移量与期望位移的差值控制所述闭环步进电机转动。
可选的,所述主阀芯反馈模块为LVDT位移传感器。
可选的,所述数字比例插装阀还包括:步进电机驱动器;
所述步进电机驱动器设置在所述液压阀上表面,并分别与所述闭环步进电机以及所述数字阀控制器连接;
所述步进电机驱动器用于根据所述主阀阀芯的位移量与期望位移的差值控制所述闭环步进电机转动。
可选的,所述数字阀控制器包括:作差单元、存储单元、信号转换单元以及输出单元;
所述存储单元用于存储所述期望位移;
所述作差单元分别与所述主阀芯反馈模块以及所述存储单元模块连接;所述作差单元用于获取所述主阀阀芯的位移量与期望位移的差值;
所述信号转换单元与所述作差单元连接;所述信号转换单元用于将所述位移转换为脉冲信号;
所述输出单元分别与所述信号转换单元和所述闭环进步电机连接;所述输出单元用于将所述脉冲信号输出至所述闭环进步电机。
可选的,所述数字阀控制器还包括:电源单元;
所述电源单元分别与所述作差单元、存储单元、信号转换单元以及输出单元连接。
一种数字比例插装阀控制方法,包括:
获取所述主阀阀芯的期望位移;
根据所述期望位移控制所述闭环进步电机转动;
根据所述闭环进步电机转动的转动量控制所述液压阀的开度;
根据所述液压阀的开度控制外控油的流量和压力;
根据所述外控油的流量和压力控制所述主阀阀芯移动;
获取所述主阀阀芯的移动量;
根据所述移动量和所述期望位移控制所述进步电机转动,并返回所述根据所述闭环进步电机转动的转动量控制所述液压阀的开度的步骤。
可选的,所述根据所述期望位移控制所述闭环进步电机转动,具体包括:
将所述所述期望位移转换为脉冲信号;
根据所述脉冲信号控制所述闭环进步电机转动。
可选的,所述根据所述移动量和所述期望位移控制所述进步电机转动,并返回所述根据所述闭环进步电机转动的转动量控制所述液压阀的开度的步骤,具体包括:
根据所述移动量和所述期望位移确定差值;
将所述差值转换为差值脉冲信号;
根据所述差值脉冲信号控制所述进步电机转动。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明所提供的一种数字比例插装阀及控制方法,通过采用模拟量反馈信号方式,通过与期望位移进行比较,实现对主阀阀芯的位置精确的控制。通过闭环步进电机带动普通液压阀,能够节约整体成本。采用闭环步进电机能够有效防止电机失步,控制更精准。本发明实现了数字插装阀模拟量反馈,数字量控制,提高控制精度,简化操作流程,结构简单,经济效益高
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种数字比例插装阀结构示意图;
图2为本发明所提供的一种数字比例插装阀原理示意图;
图3为本发明所提供的所述主阀芯反馈模块、所述双作用活塞杆以所述主阀阀芯设置的结构示意图;
图4为本发明所提供的一种数字比例插装阀控制原理示意图。
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。
本发明的目的是提供一种数字比例插装阀及控制方法,实现大流量情况下的数字化控制,提高液压系统可靠性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种数字比例插装阀结构示意图,图2为本发明所提供的一种数字比例插装阀原理示意图,如图1和图2所示,本发明所提供的一种数字比例插装阀,包括:插装阀阀座2-3、闭环步进电机1-3、滚轴丝杠1-4、液压阀1-2、双作用活塞杆2-1、主阀阀芯2-2、主阀芯反馈模块3-1以及数字阀控制器。所述主阀芯反馈模块3-1为LVDT位移传感器。
所述液压阀1-2固定在所述插装阀阀座2-3的侧壁上,所述液压阀1-2的两侧分别通过滚轴丝杠1-4与所述闭环进步电机连接;所述闭环步进电机1-3、所述滚轴丝杠1-4以及所述液压阀1-2同轴设置。所述液压阀1-2为先导阀阀芯。
所述滚轴丝杠1-4用于根据所述闭环进步电机的转动量控制所述液压阀1-2的开度;所述液压阀1-2用于根据所述开度控制外控油的流量和压力,根据外控油的流量和压力控制所述主阀阀芯2-2移动。
所述双作用活塞杆2-1以及所述主阀阀芯2-2设置在所述插装阀阀座2-3内部;所述主阀芯反馈模块3-1设置在所述插装阀阀座2-3上表面;所述主阀芯反馈模块3-1、所述双作用活塞杆2-1与所述主阀阀芯2-2同轴设置;所述主阀芯反馈模块3-1与所述主阀阀芯2-2相对滑动。具体的结构如图3所示。
所述主阀芯反馈模块3-1用于获取所述主阀阀芯2-2的位移量;所述主阀阀芯2-2用于控制主油路的通断。
所述数字阀控制器分别与所述主阀芯反馈模块3-1所述闭环步进电机1-3连接。
所述数字阀控制器用于根据所述主阀阀芯2-2的位移量与期望位移的差值控制所述闭环步进电机1-3转动。
所述数字比例插装阀还包括:步进电机驱动器1-1。
所述步进电机驱动器1-1设置在所述液压阀1-2上表面,并分别与所述闭环步进电机1-3以及所述数字阀控制器连接。
所述步进电机驱动器1-1用于根据所述主阀阀芯2-2的位移量与期望位移的差值控制所述闭环步进电机1-3转动。
所述数字阀控制器包括:作差单元、存储单元、信号转换单元以及输出单元;
所述存储单元用于存储所述期望位移。
所述作差单元分别与所述主阀芯反馈模块3-1以及所述存储单元模块连接;所述作差单元用于获取所述主阀阀芯2-2的位移量与期望位移的差值。
所述信号转换单元与所述作差单元连接;所述信号转换单元用于将所述位移转换为脉冲信号。
所述输出单元分别与所述信号转换单元和所述闭环进步电机连接;所述输出单元用于将所述脉冲信号输出至所述闭环进步电机。
所述数字阀控制器还包括:电源单元。
所述电源单元分别与所述作差单元、存储单元、信号转换单元以及输出单元连接。
作为一个具体的实施例,液压阀1-2通过螺钉连接固定在主阀阀座上;步进电机控制器胶连在液压阀1-2上端;滚轴丝杠1-4通过螺钉连接固定在液压阀1-2左右两侧;闭环步进电机1-3通过螺钉连接固定在滚轴丝杠1-4另一端;主阀阀芯2-2通过过盈连接在子部件双作用活塞杆2-1的下部;双作用活塞杆2-1通过螺纹连接在LVDT位移传感器下端;双作用活塞杆2-1在主阀阀座内部上下滑动。
本发明提供一种数字比例插装阀控制方法,包括:
S1,获取所述主阀阀芯的期望位移。
S2,根据所述期望位移控制所述闭环进步电机转动。
S2具体包括:
将所述所述期望位移转换为脉冲信号。
根据所述脉冲信号控制所述闭环进步电机转动。
S3,根据所述闭环进步电机转动的转动量控制所述液压阀的开度。
S4,根据所述液压阀的开度控制外控油的流量和压力。
S5,根据所述外控油的流量和压力控制所述主阀阀芯移动。
S6,获取所述主阀阀芯的移动量。
S7,根据所述移动量和所述期望位移控制所述进步电机转动,并返回所述根据所述闭环进步电机转动的转动量控制所述液压阀的开度的步骤。
S7具体包括:
根据所述移动量和所述期望位移确定差值。
将所述差值转换为差值脉冲信号。
根据所述差值脉冲信号控制所述进步电机转动。
图4为本发明所提供的一种数字比例插装阀控制原理示意图,如图4所示,在数字阀控制器中输入主阀阀芯期望位移,闭环步进电机驱动器驱动步进电机转动,通过滚轴丝杠输出位移量,推动主阀阀芯产生位移,控制主阀阀芯位移进而控制连接通路通断,通过主阀阀芯上端的LVDT位移传感器采集主阀阀芯试试位置。通过数字阀控制器将主阀阀芯位移模拟量期望输入量进行比较,形成偏差脉冲量控制闭环步进电机调整主阀阀芯运动,形成主阀阀芯位移的数字量闭环控制。提高数字液压阀的控制精度。
①向数字阀控制器输入主阀阀芯期望位移信号xD,数字阀控制器通过已经编好的程序计算出先导阀阀芯位移xx,并转化为闭环步进电机输入期望的脉冲信号δx。
②步进电机驱动器接收①中脉冲信号,通过步进电机函数θ=kθδx(kθ为步进电机系数)驱动步进电机输出相应的角度θ。
③滚轴丝杠一端输入②中旋转角度θ,另一端滚轴丝杠通过公式xg=kgθ(kg为丝杠系数),输出相应位移量xg,进而推动先导阀阀芯移动相应位移xx,
④控制液压油通过液压阀作用到主阀阀芯上,阀控缸传递函数为:
⑤主阀阀芯产生位移后,通过主阀阀芯上端的连杆将主阀阀芯位移通过LVDT位移传感器进行实时采集,输出相应的模拟量xva。
⑥在控制器中主阀芯位移模拟量xva与期望位移xD进行比较,产生偏差量xe,通过控制器程序转化为相应的偏差脉冲量δe输入步进电机驱动器中,形成主阀芯位移的闭环控制。大大提高了数字液压阀的控制精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种数字比例插装阀,其特征在于,包括:插装阀阀座、闭环步进电机、滚轴丝杠、液压阀、双作用活塞杆、主阀阀芯、主阀芯反馈模块以及数字阀控制器;
所述液压阀固定在所述插装阀阀座的侧壁上,所述液压阀的两侧分别通过滚轴丝杠与所述闭环进步电机连接;所述闭环步进电机、所述滚轴丝杠以及所述液压阀同轴设置;
所述滚轴丝杠用于根据所述闭环进步电机的转动量控制所述液压阀的开度;所述液压阀用于根据所述开度控制外控油的流量和压力,根据外控油的流量和压力控制所述主阀阀芯移动;
所述双作用活塞杆以及所述主阀阀芯设置在所述插装阀阀座内部;所述主阀芯反馈模块设置在所述插装阀阀座上表面;所述主阀芯反馈模块、所述双作用活塞杆以所述主阀阀芯同轴设置;所述主阀芯反馈模块与所述主阀阀芯相对滑动;
所述主阀芯反馈模块用于获取所述主阀阀芯的位移量;所述主阀阀芯用于控制主油路的通断;
所述数字阀控制器分别与所述主阀芯反馈模块所述闭环步进电机连接;
所述数字阀控制器用于根据所述主阀阀芯的位移量与期望位移的差值控制所述闭环步进电机转动。
2.根据权利要求1所述的一种数字比例插装阀,其特征在于,所述主阀芯反馈模块为LVDT位移传感器。
3.根据权利要求1所述的一种数字比例插装阀,其特征在于,所述数字比例插装阀还包括:步进电机驱动器;
所述步进电机驱动器设置在所述液压阀上表面,并分别与所述闭环步进电机以及所述数字阀控制器连接;
所述步进电机驱动器用于根据所述主阀阀芯的位移量与期望位移的差值控制所述闭环步进电机转动。
4.根据权利要求1所述的一种数字比例插装阀,其特征在于,所述数字阀控制器包括:作差单元、存储单元、信号转换单元以及输出单元;
所述存储单元用于存储所述期望位移;
所述作差单元分别与所述主阀芯反馈模块以及所述存储单元模块连接;所述作差单元用于获取所述主阀阀芯的位移量与期望位移的差值;
所述信号转换单元与所述作差单元连接;所述信号转换单元用于将所述位移转换为脉冲信号;
所述输出单元分别与所述信号转换单元和所述闭环进步电机连接;所述输出单元用于将所述脉冲信号输出至所述闭环进步电机。
5.根据权利要求4所述的一种数字比例插装阀,其特征在于,所述数字阀控制器还包括:电源单元;
所述电源单元分别与所述作差单元、存储单元、信号转换单元以及输出单元连接。
6.一种数字比例插装阀控制方法,其特征在于,包括:
获取所述主阀阀芯的期望位移;
根据所述期望位移控制所述闭环进步电机转动;
根据所述闭环进步电机转动的转动量控制所述液压阀的开度;
根据所述液压阀的开度控制外控油的流量和压力;
根据所述外控油的流量和压力控制所述主阀阀芯移动;
获取所述主阀阀芯的移动量;
根据所述移动量和所述期望位移控制所述进步电机转动,并返回所述根据所述闭环进步电机转动的转动量控制所述液压阀的开度的步骤。
7.根据权利要求6所述的一种数字比例插装阀控制方法,其特征在于,所述根据所述期望位移控制所述闭环进步电机转动,具体包括:
将所述所述期望位移转换为脉冲信号;
根据所述脉冲信号控制所述闭环进步电机转动。
8.根据权利要求6所述的一种数字比例插装阀控制方法,其特征在于,所述根据所述移动量和所述期望位移控制所述进步电机转动,并返回所述根据所述闭环进步电机转动的转动量控制所述液压阀的开度的步骤,具体包括:
根据所述移动量和所述期望位移确定差值;
将所述差值转换为差值脉冲信号;
根据所述差值脉冲信号控制所述进步电机转动。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201211 |