CN112483495A - 一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统及控制方法，包括：风洞侧壁板，风洞侧壁板同侧设置有两只油缸，且油缸的活塞杆与风洞侧壁板固定相接；液压同步马达，其通过管路分别与两只同侧设置的油缸相连；回油节流阀，其与油缸相连；电磁换向阀，其通过管路分别与液压同步马达、精密节流阀和回油节流阀相连；液压同步马达与油缸的无杆腔相连，回油节流阀与油缸的有杆腔相连。流量补偿旁路，其与液压同步马达为并联连接。本发明将液压同步马达接入风洞液压同步控制系统中，实现了风洞侧壁板同侧油缸的同步运动，通过合理组合配置旁路补偿元件，能够达到很高的同步精度，有效避免轨道等结构损伤加剧，具有较高的应用和推广价值。

Description

一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于风洞液压控制设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统及控制方法。
背景技术
FL-24风洞喷管段共有左、右两块侧壁板，每块侧壁分别由2只油缸联动驱动，沿轮轨横向运动，侧壁与喷管段上下壁板合拢到位后，由上下2排螺栓紧固。侧壁轮轨基本无精确导向能力，而为保证侧壁运动过程中不发生侧偏，主要依靠2只驱动油缸同步联动，液压系统采用换向阀与节流阀组合的开环控制方式。
在风洞投入使用之初，侧壁驱动油缸的同步能力能够满足侧壁运行要求，但随着使用年限的增加，驱动油缸的负载特性与泄漏情况均发生一定变化，导致油缸同步性越来越差，在近年数次侧壁打开的过程中，均出现了由于油缸运行不同步(前后两只油缸位移差约30mm)导致侧壁严重侧偏、壁板与轨道别卡的险情，严重时将造成导轨与侧壁的结构损伤。喷管段为风洞的关键核心部段，保证喷管段安全稳定运行对风洞试验能力保障意义重大。本次改造旨在提高两驱动油缸的同步性，主要通过对侧壁液压控制系统进行改进，实现联动同步与单点调节功能，并增设油缸行程在线检测与同步超差报警功能，进而保证侧壁正常运行，为风洞试验安全顺利进行提供有力保障。
在侧壁原液压控制系统中，定量叶片泵作为动力元件(与柔壁上、下壁板液压系统共用)为系统供油，电磁溢流阀调定系统压力(2.5MPa)，经过过滤(10um)后，分别通过1只电磁换向阀与回油节流阀向同侧2只油缸供油，两只油缸同步联动，进而控制侧壁沿轮轨横向运动。
在液压控制系统设计使用之初，通过壁板载荷分布情况分析，合理布置油缸作用点位置，基本保证了油缸同步性。但随着使用年限的增加，侧壁载荷分布与油缸的负载特性均发生一定变化，而系统中回油节流阀在低压下的流量调节能力本身有限，且受负载影响较大，此外没有其余流量补偿手段,油缸同步差无法纠正消除。
本次改进，不改变侧壁当前的结构型式，主要对液压驱动系统进行改进，通过不受载荷影响的流量调节元件强制供给两油缸相同流量，再通过流量补偿元件补偿两油缸因泄漏造成的流量损失，最终保证两油缸等效工作流量相同，进而实现两缸同步。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统，包括：
两个相对设置的风洞侧壁板，每个风洞侧壁板同侧设置有两只油缸，且所述油缸的活塞杆与风洞侧壁板固定相接；
液压同步马达，其通过管路分别与两只同侧设置油缸的无杆腔相连；回油节流阀，其与所述油缸的有杆腔相连；
四个流量补偿旁路，所述流量补偿旁路包括一个单向阀和与单向阀串联的精密节流阀，且所述流量补偿旁路与液压同步马达为并联连接，所述流量补偿旁路通过管路分别与油缸的无杆腔和电磁换向阀相连；电磁换向阀，其通过管路分别与所述液压同步马达、精密节流阀和回油节流阀相连；
油源系统，其分别与两个电磁换向阀相连。
优选的是，其中，所述油源系统的结构包括：
泵，其连接有电机，所述泵的吸油口处设置有吸油过滤器，所述多缸同步控制系统的回油路设置有回油过滤器；
高压过滤器，其通过管路与所述泵相连，且所述高压过滤器与泵之间设置有单向阀Ⅰ；
电磁溢流阀，其通过管路分别与所述电磁换向阀、高压过滤器和回油过滤器相连。
优选的是，其中，所述液压同步马达、单向阀和精密节流阀集成设置在集成阀块上，所述液压同步马达、精密节流阀通过集成阀块内部油路孔道与所述电磁换向阀输出油路连接；所述集成阀块上设置有两只小阀块，所述液压同步马达的输出油管通过小阀块上的油路孔道与流量补偿旁路输出油汇合后，分别与油缸的无杆腔相连；所述集成阀块下方固定设置有阀组支架。
优选的是，其中，所述电磁换向阀包括多个旋入式接头，且电磁换向阀通过旋入式接头接入管路，输入端分别与所述油源系统的压力油路、回油路相连，输出端分别与所述液压同步马达、精密节流阀以及回油节流阀油路相连；所述电磁换向阀下方固定设置有支撑架。
优选的是，其中，所述油缸的进油管路和出油管路上均设置有截止阀。
优选的是，其中，与所述电磁换向阀输入端压力油路相连的管路上设置有压力变送器和压力表。
一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统的控制方法，包括：
当油缸伸杆时，电磁换向阀由中位切至左位，压力油进入液压同步马达，液压同步马达将流量等分后分别供往各油缸的无杆腔中，各油缸的供油量相同进而实现运动同步，当管路长度差别与油缸泄漏情况影响油缸的有效供油流量时，微调与各油缸对应的旁路精密节流阀对油缸进行流量补偿，以实现各油缸的同步运动；此时与各油缸有杆腔相连的回油节流阀发挥背压作用；
当油缸缩杆时，电磁换向阀由中位切至右位，压力油进入各油缸有杆腔，无杆腔回油进入液压同步马达，液压同步马达流量等分实现各油缸运动同步，此时液压同步马达输出端与回油节流阀连通，可发挥背压作用，提高系统运动的平稳性，流量补偿旁路在单向阀作用下处于截止状态，不会对各油缸无杆腔回油流量造成任何扰动，保证各油缸的同步效果。
优选的是，其中，所述控制系统还安装有状态检测系统，所述状态检测系统的结构包括；
PLC模块，其通过总线接口连接有触摸屏；压力传感器和报警指示灯，其分别与所述PLC模块相接；
拉绳编码器，其设置为四个，且分别安装在风洞洞体的四个立柱上；所述拉绳编码器与风洞侧壁板的框架法向相交处焊接有拉绳挂孔，拉绳编码器的拉绳末端固定设置有挂钩，所述挂钩挂设在挂孔上。
本发明至少包括以下有益效果：本发明将液压同步马达接入风洞液压同步控制系统中，不改变风洞侧壁当前的结构型式，实现了风洞侧壁板同侧油缸的同步运动，通过合理组合配置旁路补偿元件，通过不受载荷影响的流量调节元件强制供给两油缸相同流量，再通过流量补偿元件补偿两油缸因泄漏造成的流量损失，最终保证两油缸等效工作流量相同，进而实现两缸同步。本发明能够使油缸达到很高的同步精度，有效避免轨道等结构损伤加剧，具有较高的应用和推广价值。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明提供的基于同步马达的多缸同步开环控制系统原理结构示意图；
图2为本发明提供的液压同步马达结构示意图；
图3为本发明提供的电磁换向阀结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-3所示：本发明的一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统，包括：
两个相对设置的风洞侧壁板1，每个风洞侧壁板1同侧设置有两只油缸2，且所述油缸2的活塞杆与风洞侧壁板1固定相接；
液压同步马达3，其通过管路分别与两只同侧设置油缸2的无杆腔相连；回油节流阀4，其与所述油缸2的有杆腔相连；
四个流量补偿旁路，所述流量补偿旁路包括一个单向阀6和与单向阀6串联的精密节流阀7，且所述流量补偿旁路与液压同步马达3为并联连接，所述流量补偿旁路通过管路分别与油缸2的无杆腔和电磁换向阀5相连；电磁换向阀5，其通过管路分别与所述液压同步马达3和回油节流阀4相连；
油源系统，其分别与两个电磁换向阀5相连。
工作原理：当油缸2伸杆时，电磁换向阀5由中位切至左位，压力油由电磁换向阀5进入液压同步马达3中，液压同步马达3将流量等分后分别供往各油缸2的无杆腔中，各油缸2的供油量相同进而实现运动同步，当管路长度差别与油缸2泄漏情况影响油缸2的有效供油流量时，微调与各油缸2对应流量补偿旁路中的精密节流阀7对油缸2进行流量补偿，以实现各油缸2的同步运动；此时与各油缸2有杆腔相连的回油节流阀4发挥背压作用，提高系统运动的平稳性；
当油缸2缩杆时，电磁换向阀5由中位切至右位，回油节流阀4中的压力油进入各油缸2有杆腔，无杆腔回油进入液压同步马达3，液压同步马达3流量等分实现各油缸2的运动同步，此时液压同步马达3与回油节流阀5连通，可发挥背压作用，提高系统运动的平稳性，流量调节旁路在单向阀6作用下处于截止状态，不会对各油缸2无杆腔回油流量造成任何扰动，保证各油缸的同步效果。本发明提供的基于同步马达的多缸同步开环控制系统及控制方法应用效果良好，具有以下优点：完善了系统功能，每只油缸均可根据需要单独运动，且速度0～30mm/s可调；提高了油缸同步精度，两缸联动同步精度大大提高，由30mm提高到1mm，有效避免了轨道等结构件损伤加剧；本发明达到了以下指标：控制系统增加单点油缸调节能力，流量调节能力0～60L/min；系统压力2.5MPa下，同侧两只油缸等效流量差不超过0.1L/min，同步差不超过1mm。
在上述技术方案中，所述油源系统的结构包括：
泵13，其连接有电机14，所述泵13的吸油口处设置有吸油过滤器12，所述多缸同步控制系统的回油路设置有回油过滤器16；
高压过滤器11，其通过管路与所述泵13相连，且所述高压过滤器11与泵13之间设置有单向阀Ⅰ17；
电磁溢流阀8，其通过管路分别与所述电磁换向阀5、高压过滤器11和回油过滤器16相连。通过泵13向管道中吸入压力油，压力油经单向阀Ⅰ17和高压过滤器11过滤后流入至电磁溢流阀8和电磁换向阀5中，用以给液压同步马达3、回油节流阀4以及油缸2供油。
在上述技术方案中，所述液压同步马达3、单向阀6和精密节流阀7集成设置在集成阀块10上，所述液压同步马达3、精密节流阀7通过集成阀块18内部油路孔道与所述电磁换向阀输出油路连接；所述集成阀块18上设置有两只小阀块101，所述液压同步马达3的输出油管31通过小阀块101上的油路孔道与流量补偿旁路输出油汇合后，分别与所述油缸2的无杆腔相连，所述集成阀块18下方固定设置有阀组支架19。
在上述技术方案中，所述电磁换向阀5包括多个旋入式接头51，且电磁换向阀5通过旋入式接头51接入管路，输入端分别与所述油源系统的压力油路、回油路相连，输出端分别与所述液压同步马达3、精密节流阀7以及回油节流阀4相连；所述电磁换向阀5下方固定设置有支撑架52。
在上述技术方案中，所述油缸2的进油管路和出油管路上设置有截止阀15，截止阀15用以完善单点油缸2调节功能。
优选的是，其中，与所述电磁换向阀5相连的管路上设置有压力变送器9和压力表10。
一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统的控制方法，包括：
当油缸2伸杆时，电磁换向阀5由中位切至左位，压力油进入液压同步马达3，液压同步马达3将流量等分后分别供往各油缸2的无杆腔中，各油缸2的供油量相同进而实现运动同步，当管路长度差别与油缸2泄漏情况影响油缸2的有效供油流量时，微调与各油缸2对应的旁路精密节流阀7对油缸2进行流量补偿，以实现各油缸2的同步运动；此时与各油缸2有杆腔相连的回油节流阀4发挥背压作用，提高系统运动的平稳性；
当油缸2缩杆时，电磁换向阀5由中位切至右位，回油节流阀4中的压力油进入各油缸2有杆腔，无杆腔回油进入液压同步马达3，液压同步马达3流量等分实现各油缸的运动同步，此时液压同步马达3与回油节流阀5连通，可发挥背压作用，提高系统运动的平稳性，流量调节旁路在单向阀6作用下处于截止状态，不会对各油缸2无杆腔回油流量造成任何扰动，保证各油缸的同步效果。
在上述技术方案中，所述控制系统还安装有状态检测系统，所述状态检测系统的结构包括；
PLC模块，其通过总线接口连接有触摸屏；压力传感器和报警指示灯，其分别与所述PLC模块相接；
拉绳编码器，其设置为四个，且分别安装在风洞洞体的四个立柱上；所述拉绳编码器与风洞侧壁板1的框架法向相交处焊接有拉绳挂孔，拉绳编码器的拉绳末端固定设置有挂钩，所述挂钩挂设在挂孔上。状态检测系统用于对油缸位移实现在线监测，拉绳编码器的拉绳随着风洞侧壁板1的移动而伸长或缩短，实时监测同侧的油缸2是否同步驱动风洞侧壁板1，提高了设备运行安全性，当同侧两只油缸同步差超过1mm时，状态检测系统超差报警。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于同步马达的多缸同步开环控制系统，其特征在于，包括：
两个相对设置的风洞侧壁板，每个风洞侧壁板同侧设置有两只油缸，且所述油缸的活塞杆与风洞侧壁板固定相接；
液压同步马达，其通过管路分别与两只同侧设置油缸的无杆腔相连；回油节流阀，其与所述油缸的有杆腔相连；
四个流量补偿旁路，所述流量补偿旁路包括一个单向阀和与单向阀串联的精密节流阀，且所述流量补偿旁路与液压同步马达为并联连接，所述流量补偿旁路通过管路分别与油缸的无杆腔和电磁换向阀相连；电磁换向阀，其通过管路分别与所述液压同步马达、精密节流阀和回油节流阀相连；
油源系统，其分别与两个电磁换向阀相连。
2.如权利要求1所述的基于同步马达的多缸同步开环控制系统，其特征在于，所述油源系统的结构包括：
泵，其连接有电机，所述泵的吸油口处设置有吸油过滤器，所述多缸同步控制系统的回油路设置有回油过滤器；
高压过滤器，其通过管路与所述泵相连，且所述高压过滤器与泵之间设置有单向阀Ⅰ；
电磁溢流阀，其通过管路分别与所述电磁换向阀、高压过滤器和回油过滤器相连。
3.如权利要求1所述的基于同步马达的多缸同步控制系统，其特征在于，所述液压同步马达、单向阀和精密节流阀集成设置在集成阀块上，所述液压同步马达、精密节流阀通过集成阀块内部油路孔道与所述电磁换向阀输出油路连接；所述集成阀块上设置有两只小阀块，所述液压同步马达的输出油管通过小阀块上的油路孔道与流量补偿旁路输出油汇合后，分别与油缸的无杆腔相连；所述集成阀块下方固定设置有阀组支架。
4.如权利要求2所述的基于同步马达的多缸同步开环控制系统，其特征在于，所述电磁换向阀包括多个旋入式接头，且电磁换向阀通过旋入式接头接入管路，输入端分别与所述油源系统的压力油路、回油路相连，输出端分别与所述液压同步马达、精密节流阀以及回油节流阀油路相连；所述电磁换向阀下方固定设置有支撑架。
5.如权利要求1所述的基于同步马达的多缸同步开环控制系统，其特征在于，所述油缸的进油管路和出油管路上均设置有截止阀。
6.如权利要求1所述的基于同步马达的多缸同步开环控制系统，其特征在于，与所述电磁换向阀输入端压力油路相连的管路上设置有压力变送器和压力表。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的基于同步马达的多缸同步开环控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
当油缸伸杆时，电磁换向阀由中位切至左位，压力油进入液压同步马达，液压同步马达将流量等分后分别供往各油缸的无杆腔中，各油缸的供油量相同进而实现运动同步，当管路长度差别与油缸泄漏情况影响油缸的有效供油流量时，微调与各油缸对应的旁路精密节流阀对油缸进行流量补偿，以实现各油缸的同步运动；此时与各油缸有杆腔相连的回油节流阀发挥背压作用；
当油缸缩杆时，电磁换向阀由中位切至右位，压力油进入各油缸有杆腔，无杆腔回油进入液压同步马达，液压同步马达流量等分实现各油缸运动同步，此时液压同步马达输出端与回油节流阀连通，可发挥背压作用，提高系统运动的平稳性，流量补偿旁路在单向阀作用下处于截止状态，不会对各油缸无杆腔回油流量造成任何扰动，保证各油缸的同步效果。
8.如权利要求1所述的基于同步马达的多缸同步开环控制系统，其特征在于，所述控制系统还安装有状态检测系统，所述状态检测系统的结构包括；
PLC模块，其通过总线接口连接有触摸屏；压力传感器和报警指示灯，其分别与所述PLC模块相接；
拉绳编码器，其设置为四个，且分别安装在风洞洞体的四个立柱上；所述拉绳编码器与风洞侧壁板的框架法向相交处焊接有拉绳挂孔，拉绳编码器的拉绳末端固定设置有挂钩，所述挂钩挂设在挂孔上。
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