CN113124009B - 负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统与控制方法，用于液压缸的位置精准控制，本发明采用流量脉冲控制智能数字阀的逻辑阵列实现液压缸的高精度控制功能，通过电气控制器的负载参数辨识控制，实现液压缸的负载油路液阻解耦控制，所有工作点均可达到最佳控制性能和节能效果，解决了传统伺服阀在恶劣服役工况下故障率高、油液发热严重的难题；其次，流量脉冲控制智能数字阀的数字化控制技术直接与计算机相连接，电气控制简单，解决了传统伺服电气控制系统抗干扰能力差及维护困难的技术难题；再者，基于流量脉冲控制智能数字阀与多传感器的融合技术实现了液压系统全生命周期的在线状态监测及故障自动诊断的智能化控制功能。

Description

负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统与控制方法
技术领域
本发明涉及液压控制技术领域，具体涉及一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统与控制方法。
背景技术
在线热调宽技术是通过控制结晶器窄边的位置来改变铸坯的宽度，如中国专利授权公告号：CN105757065B结构的一种结晶器锥度在线保持液压控制系统，能根据工艺设定的结晶器锥度，由一个位移传感器检测液压缸的当前位置(实时位置)，并借助一个比较器与理论值相比较。当实际值偏离理论值时，比较器控制伺服阀，通过伺服阀控制液压缸实现给定锥度信号所要求的结晶器锥度在线位置控制功能。
采用伺服阀控制技术能非常精准地对位移和力进行控制，但伺服阀具有价格昂贵，使用环境要求高，控制信号为易受干扰的模拟量，同时对油液清洁度要求也极高(高于NAS6级)且故障的分析及处理难度大等缺点。
由于用于结晶器热调宽的伺服阀在高温、高湿、高粉尘以及高污染的恶劣工况下工作，系统可靠性低，容易造成结晶器窄边锥度非正常改变，导致高温钢水泄漏，引发重大设备及人员安全生产事故，影响连铸机的安全生产以及作业率。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统与控制方法，具有系统节能、稳定性好、故障率低，可以与计算机直接连接实现数字信号控制。同时还具备状态监测及故障自动诊断等功能。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统，包括流量脉冲控制智能数字阀、液压缸14、电气控制器19及控制阀；
主压力管路P0通过过滤器11与电磁阀12的油口P相连接；电磁阀12的油口B与流量脉冲控制智能数字阀的油口P相连接；主回油管路T0通过第五单向阀405的油口B经油口A分别与电磁阀12的油口T、流量脉冲控制智能数字阀的油口T相连接；主压力管路P0通过球阀13与主回油管路T0相连接；
流量脉冲控制智能数字阀的油口A通过第一液控单向阀801的油口A经油口B与液压缸14的活塞腔相连接；流量脉冲控制智能数字阀的油口B通过第二液控单向阀802的油口A经油口B与液压缸14的活塞杆腔相连接；第一液控单向阀801的控制油口X与第二液控单向阀802的控制油口X分别与电磁阀12的油口B相连接，第一液控单向阀801的泄油口Y与第二液控单向阀802的泄油口Y分别与第五单向阀405的油口A相连接；
液压缸14的活塞腔通过溢流阀10的油口P经油口T与第五单向阀405的油口A相连接；液压缸14的活塞杆腔通过顺序阀9的油口P经油口T与液压缸14的活塞腔相连接，液压缸14的活塞杆腔通过第六单向阀406的油口B经油口A与第五单向阀405的油口A相连接，液压缸14上设置有位移传感器15；
所述流量脉冲控制智能数字阀采用高频响无级调速智能数字阀7或高频响低速智能数字阀20；
所述高频响无级调速智能数字阀7由第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501、第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503、第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504以及第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603、第四压力传感器604组成；所述高频响无级调速智能数字阀7的油口P分别与第一压力传感器601、第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口P及第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503的油口P相连接，所述高频响无级调速智能数字阀7的油口T分别与第二压力传感器602、第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502的油口A及第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504的油口A相连接，所述高频响无级调速智能数字阀7的油口A分别与第三压力传感器603、第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口A及第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504的油口P相连接，所述高频响无级调速智能数字阀7的油口B分别与第四压力传感器604、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503的油口A及第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502的油口P相连接；所述第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501由第一高速数字阀101、第一单向阀401、第一阻尼器201和第一比例流量阀301组成，其中，第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口P通过第一阻尼器201的油口A经油口B分别与第一单向阀401的油口A、第一比例流量阀301的油口Y相连接，第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口P通过第一比例流量阀301的油口A经油口B分别与第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口A、第一高速数字阀101的油口A相连接；所述第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503和第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504的组成与功能与第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501完全相同；
所述高频响低速智能数字阀20由第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101、第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2102、第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2103、第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2104以及第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603、第四压力传感器604组成；所述高频响低速智能数字阀20的油口P分别与第一压力传感器601、第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101的油口P及第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2103的油口P相连接，所述高频响低速智能数字阀20的油口T分别与第二压力传感器602、第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2102的油口A及第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2104的油口A相连接，所述高频响低速智能数字阀20的油口A分别与第三压力传感器603、第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101的油口A及第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2104的油口P相连接，所述高频响低速智能数字阀20的油口B分别与第四压力传感器604、第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2103的油口A及第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2102的油口P相连接；所述第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101由第一高速数字阀101和第一单向阀401组成，其中，第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101的油口P通过第一单向阀401的油口A经油口B与第一高速数字阀101的油口P相连接，第一高速数字阀101的油口A与第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101的油口A相连接；所述第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2102、第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2103和第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2104的组成与功能与第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101完全相同；
电气控制器19由比较器18、数字调节器16和转换开关17组成；数字调节器16通过电缆分别与第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104相连接；转换开关17通过电缆与电磁阀12相连接；比较器18通过电缆分别与位移传感器15、第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603和第四压力传感器604相连接。
所述高频响无级调速智能数字阀7和高频响低速智能数字阀20用于液压缸14的位置闭环自动控制，其中第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104为无泄漏的锥阀式或球阀式开关阀；
所述第一压力传感器601用于高频响无级调速智能数字阀7的油口P压力值检测，第二压力传感器602用于高频响无级调速智能数字阀7的油口T压力值检测，第三压力传感器603分别用于高频响无级调速智能数字阀7的油口A以及液压缸14活塞腔的压力值检测，第四压力传感器604分别用于高频响无级调速智能数字阀7的油口B以及液压缸14活塞杆腔的压力值检测。
所述的一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统的控制方法，
当流量脉冲控制智能数字阀采用高频响无级调速智能数字阀7且系统工作时，由比较器18对外部给定的液压缸14的设定值与位移传感器15测量的液压缸14的实际位置数值相比较后产生位置偏差值，该位置偏差值输入电气控制器19中的数字调节器16和转换开关17中，从而自动使转换开关17发生信号+1，电磁阀12的电磁铁通电；同时，电气控制器19的数字调节器16成对控制第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104，即数字调节器16同时控制第一高速数字阀101和第二高速数字阀102的电磁铁，或数字调节器16同时控制第三高速数字阀103和第四高速数字阀104的电磁铁；根据位移传感器15测量的液压缸14位置偏差，液压缸14伸出控制时，数字调节器16发生信号+1，第一高速数字阀101的电磁铁通电；同时数字调节器16发生信号-1，第二高速数字阀102的电磁铁通电；实现液压缸14的伸出控制；或根据位移传感器15的偏差，液压缸14缩回控制时，数字调节器16发生信号+1，第三高速数字阀103的电磁铁通电；同时数字调节器16发生信号-1，第四高速数字阀104的电磁铁通电；实现液压缸14的缩回控制；根据上述液压缸14的伸出和缩回功能，实现液压缸14的高精度位置控制，从而保证工艺要求的液压缸14位置；当位移传感器15测量的液压缸14位置值在工艺要求的范围值内，当第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103和第四高速数字阀104断电，且由于第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104以及第一单向阀401、第二单向阀402、第三单向阀403、第四单向阀404组成的油路正反方向无泄漏截止功能，直到由于液压元器件及液压缸14的微小泄漏而导致位移传感器15的位置值超出工艺要求的范围值才触发下上述液压缸14的伸出和缩回动作；
电气控制器19的设定值需要控制液压缸14恒速或者变速伸出运动时，由比较器18对外部给定的液压缸14的速度设定值与位移传感器15测量的液压缸14的实际速度数值相比较后产生速度偏差值以及第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603和第四压力传感器604的实际压力数值，该速度偏差值输入电气控制器19中的数字调节器16和转换开关17中，根据流量-压差方程
Figure GDA0003349277810000052
可知，通过检测第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501两端的压差，即检测第一压力传感器601与第三压力传感器603的差值，自动控制第一高速数字阀101的占空比PWM，实现自动控制流经第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的流量从而智能控制液压缸14的速度，此时第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502处于全开状态；其中：流量-压差方程中，Cd为流量系数，ω为阀的面积梯度，xv为阀芯位移，ρ为油液密度，Ps为系统供油压力，PL为负载压力；
电气控制器19的设定值需要控制液压缸14恒速或者变速缩回运动时，根据流量-压差方程
Figure GDA0003349277810000051
可知，通过检测第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503两端的压差，检测第四压力传感器604与第二压力传感器602的差值，从而自动控制第三高速数字阀103的占空比PWM，实现自动控制流经第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503的流量从而智能控制液压缸14的速度，此时第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504处于全开状态；
当流量脉冲控制智能数字阀采用高频响低速智能数字阀20且系统工作时，由比较器18对外部给定的液压缸14的设定值与位移传感器15测量的液压缸14的实际位置数值相比较后产生位置偏差值，该位置偏差值输入电气控制器19中的数字调节器16和转换开关17中，从而自动使转换开关17发生信号+1，电磁阀12的电磁铁通电；同时，电气控制器19的数字调节器16成对控制第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104，即数字调节器16同时控制第一高速数字阀101和第二高速数字阀102的电磁铁，或数字调节器16同时控制第三高速数字阀103和第四高速数字阀104的电磁铁；根据位移传感器15测量的液压缸14实际位置数值，液压缸14伸出控制时，数字调节器16发生信号+1，第一高速数字阀101的电磁铁通电；同时数字调节器16发生信号-1，第二高速数字阀102的电磁铁通电；实现液压缸14的伸出控制；或根据位移传感器15测量的实际位置数值，液压缸14缩回控制时，数字调节器16发生信号+1，第三高速数字阀103的电磁铁通电；同时数字调节器16发生信号-1，第四高速数字阀104的电磁铁通电；实现液压缸14的缩回控制；根据上述液压缸14的伸出和缩回功能，实现液压缸14的高精度位置控制，从而保证工艺要求的液压缸14位置；当位移传感器15测量的液压缸14位置值在工艺要求的范围值内，当第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103和第四高速数字阀104断电，且由于第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104以及第一单向阀401、第二单向阀402、第三单向阀403、第四单向阀404组成的油路正反方向无泄漏截止功能，直到由于液压元器件及液压缸14的微小泄漏而导致位移传感器15测量的实际位置数值超出工艺要求的范围值才触发下上述液压缸14的伸出和缩回动作；
电气控制器19的设定值需要控制液压缸14恒速或者变速伸出运动时，由比较器18对外部给定的液压缸14的速度设定值与位移传感器15测量的液压缸14的实际速度数值相比较后产生速度偏差值以及第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603和第四压力传感器604的实际压力数值，该速度偏差值输入电气控制器19中的数字调节器16和转换开关17中，根据流量-压差方程
Figure GDA0003349277810000061
可知，通过检测第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101两端的压差，即检测第一压力传感器601与第三压力传感器603的差值，自动控制第一高速数字阀101的占空比PWM，实现自动控制流经第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101的流量从而智能控制液压缸14的速度，此时第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2102处于全开状态；其中：流量-压差方程中，Cd为流量系数，ω为阀的面积梯度，xv为阀芯位移，ρ为油液密度，Ps为系统供油压力，pL为负载压力；
电气控制器19的设定值需要控制液压缸14恒速或者变速缩回运动时，根据流量-压差方程
Figure GDA0003349277810000062
可知，通过检测第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2103两端的压差，检测第四压力传感器604与第二压力传感器602的差值，从而自动控制第三高速数字阀103的占空比PWM，实现自动控制流经第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2103的流量从而智能控制液压缸14的速度，此时第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2104处于全开状态。
所述的控制方法，当在系统事故状态下，电气控制器19的转换开关17发生信号0，电磁阀12的电磁铁无电流；电气控制器19的数字调节器16发生信号0，第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104的电磁铁无电流，液压缸14被锁止在当前位置，防止出现事故。和现有技术相比较，本发明具备如下优点：本系统采用高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀的逻辑阵列实现液压缸14的高精度控制功能，通过电气控制器19的负载参数辨识控制算法，实现液压缸14的负载油路液阻解耦控制，所有工作点均可达到最佳控制性能和节能效果，解决了传统伺服阀在恶劣服役工况下故障率高、油液发热严重的难题；其次，高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀的数字化控制技术直接与计算机相连接，电气控制简单，解决了传统伺服电气控制系统抗干扰能力差及维护困难的技术难题；再者，基于高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀与多传感器的融合技术实现了液压系统全生命周期的在线状态监测及故障自动诊断的智能化控制功能。
附图说明
图1为一种基于高频响无级调速智能数字阀的负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统与控制方法原理示意图。
图2为一种基于高频响低速智能数字阀的负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统与控制方法原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
如图1所示，本实施例一种基于高频响无级调速智能数字阀的负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统，包括高频响无级调速智能数字阀7、液压缸14、电气控制器19及控制阀；具体结构为：
主压力管路P0通过过滤器11与电磁阀12的油口P相连接；电磁阀12的油口B与高频响无级调速智能数字阀7的油口P相连接；主回油管路T0通过第五单向阀405的油口B经油口A分别与电磁阀12的油口T、高频响无级调速智能数字阀7的油口T相连接；主压力管路P0通过球阀13与主回油管路T0相连接。
高频响无级调速智能数字阀7的油口A通过第一液控单向阀801的油口A经油口B与液压缸14的活塞腔相连接；高频响无级调速智能数字阀7的油口B通过第二液控单向阀802的油口A经油口B与液压缸14的活塞杆腔相连接；第一液控单向阀801的控制油口X与第二液控单向阀802的控制油口X分别与电磁阀12的油口B相连接，第一液控单向阀801的泄油口Y与第二液控单向阀802的泄油口Y分别与第五单向阀405的油口A相连接。
液压缸14的活塞腔通过溢流阀10的油口P经油口T与第五单向阀405的油口A相连接；液压缸14的活塞杆腔通过顺序阀9的油口P经油口T与液压缸14的活塞腔相连接，液压缸14的活塞杆腔通过第六单向阀406的油口B经油口A与第五单向阀405的油口A相连接，液压缸14上设置有位移传感器15。
电气控制器19由比较器18、数字调节器16和转换开关17组成。其中数字调节器16通过电缆分别与第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104相连接；转换开关17通过电缆与电磁阀12相连接；比较器18通过电缆分别与位移传感器15、第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603、第四压力传感器604相连接。
所述高频响无级调速智能数字阀7由第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501、第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503、第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504以及第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603、第四压力传感器604组成；所述高频响无级调速智能数字阀7的油口P分别与第一压力传感器601、第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口P及第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503的油口P相连接，所述高频响无级调速智能数字阀7的油口T分别与第二压力传感器602、第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502的油口A及第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504的油口A相连接，所述高频响无级调速智能数字阀7的油口A分别与第三压力传感器603、第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口A及第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504的油口P相连接，所述高频响无级调速智能数字阀7的油口B分别与第四压力传感器604、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503的油口A及第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502的油口P相连接。其中四个高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀功能完全相同，此处仅以第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501为例作说明，所述第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501由第一高速数字阀101、第一单向阀401、第一阻尼器201和第一比例流量阀301组成，其中，第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口P通过第一阻尼器201的油口A经油口B分别与第一单向阀401的油口A、第一比例流量阀301的油口Y相连接，第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口P通过第一比例流量阀301的油口A经油口B分别与第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的油口A、第一高速数字阀101的油口A相连接。
所述过滤器11用于油液的过滤，由于结晶器经常需要下线维修，管路的拆卸容易导致脏物进入液压系统管路中，设置过滤器11防止后部液压元器件由于污物进入管路导致出现卡阻现象导致液压元器件故障。
所述第五单向阀405用于防止总回油管路的油液进入本控制系统中，造成液压缸14的位置发生变化；第六单向阀406用于液压缸14活塞杆腔的补油作用，防止液压缸14的活塞杆腔产生吸空现象，导致液压缸14的密封损坏。
所述球阀13用于管路的冲洗及泄压，对新上线使用的结晶器，开启球阀13对管路进行冲洗，防止污物进入后部管路中；同时，拆卸管路时，开启球阀13能释放管路中的残余压力，使管路的拆卸变得简单而且安全；球阀13平时生产时处于关闭状态。
所述电磁换向阀12用于停机或事故状态下高压油源的切断以及控制第一液控单向阀801及第二液控单向阀802开启和关闭。
所述高频响无级调速智能数字阀7用于液压缸14的位置闭环自动控制，其中第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104为锥阀式开关阀，具有高耐污染特性。
所述第一液控单向阀801、第二液控单向阀802用于液压缸事故状态下液压缸14的位置锁定。
所述溢流阀10用于液压缸14活塞腔的压力保护，防止由于压力过高造成液压缸14密封的损坏。
所述顺序阀9用于液压缸14活塞杆腔的超压保护，防止由于压力过高造成液压缸14密封的损坏；同时在事故状态下，用于调整由于液压缸14的泄漏导致的位置变化，使事故状态下，该系统能可靠运行。由于顺序阀9的弹簧侧连接通气口CA，所以该顺序阀9的压力设定值只与弹簧的预紧力有关而与次级管路的压力无关。
所述第一压力传感器601用于检测高频响无级调速智能数字阀7的油口P压力值检测，第二压力传感器602用于高频响无级调速智能数字阀7的油口T压力值检测，第三压力传感器603分别用于检测高频响无级调速智能数字阀7的油口A以及液压缸14活塞腔的压力值检测，第四压力传感器604分别用于高频响无级调速智能数字阀7的油口B以及液压缸14活塞杆腔的压力值检测。
所述液压缸14用于控制结晶器窄边铜板的位置，即结晶器的锥度控制。
所述液压缸14设置有位移传感器15，用于液压缸14的位置检测。
本发明的工作原理是：
由比较器18对外部给定的液压缸14的设定值与位移传感器15测量的液压缸14的实际位置数值相比较后产生位置偏差值，该位置偏差值输入电气控制器19中的数字调节器16和转换开关17中，从而自动使转换开关17发生信号+1，电磁阀12的电磁铁通电。同时，电气控制器19的数字调节器16成对控制第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104，即数字调节器16同时控制第一高速数字阀101和第二高速数字阀102的电磁铁，或数字调节器16同时控制第三高速数字阀103和第四高速数字阀104的电磁铁。根据位移传感器15测量的液压缸14实际位置数值，液压缸14伸出控制时，数字调节器16发生信号+1，第一高速数字阀101的电磁铁通电；同时数字调节器16发生信号-1，第二高速数字阀102的电磁铁通电；实现液压缸14的伸出控制。或根据位移传感器15测量的液压缸14实际位置数值，液压缸14缩回控制时，数字调节器16发生信号+1，第三高速数字阀103的电磁铁通电；同时数字调节器16发生信号-1，第四高速数字阀104的电磁铁通电；实现液压缸14的缩回控制。根据上述液压缸14的伸出和缩回功能，实现液压缸14的高精度位置控制，从而保证工艺要求的液压缸位置，同时当位移传感器15测量的液压缸14位置值在工艺要求的范围值内，当第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104断电，且由于第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104以及第一单向阀401、第二单向阀402、第三单向阀403、第四单向阀404组成的油路正反方向无泄漏截止功能，直到由于液压元器件及液压缸14的微小泄漏而导致位移传感器15测量的实际位置数值超出工艺要求的范围值才触发下上述液压缸14的伸出和缩回动作，从而实现了降低能耗的功能。
更进一步地，液压缸14能实现速度无级调节功能，其原理是通过调节第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104的占空比PWM来实现；此处以第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501来作说明：调节第一高速数字阀101的占空比不断增大(减小)，所以通过第一高速数字阀101的油液流量不断增大(减小)，同时经过第一阻尼器201的压降将不断增大(减小)，这就导致作用于第一比例流量阀301油口X侧和油口Y侧压差发生改变，从而克服第一比例流量阀301油口Y侧的弹簧使第一比例流量阀301与第一高速数字阀101的占空比PWM成比例打开(关闭)，上述动作实现了第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的流量自适应调节，所以通过分别调节第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501、第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503、第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504的占空比(PWM)，高频响无级调速智能数字阀7能实现流量的自适应控制，保证了液压缸14在电气的自控控制下能实现慢速-快速的无级调速功能。
更进一步地，电气控制器19的设定值需要控制液压缸14恒速或者变速伸出运动时，由比较器18对外部给定的液压缸14的速度设定值与位移传感器15测量的液压缸14的实际速度数值相比较后产生速度偏差值以及第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603和第四压力传感器604的实际压力数值，该速度偏差值输入电气控制器19中的数字调节器16和转换开关17中，根据流量-压差方程
Figure GDA0003349277810000111
可知，通过检测第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501两端的压差，即检测第一压力传感器601与第三压力传感器603的差值，从而自动控制第一高速数字阀101的占空比PWM，实现自动控制流经第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501的流量从而智能控制液压缸14的速度，此时第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502处于全开状态，这种高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀的逻辑阵列控制技术减少了液压伺服系统回油节流损失，避免了传统伺服阀阀芯进、回油耦合控制造成油液发热严重的技术难题；同样地，电气控制器19的设定值需要控制液压缸14恒速或者变速缩回运动时，根据流量-压差方程
Figure GDA0003349277810000112
可知，通过检测第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503两端的压差，即检测第四压力传感器604与第二压力传感器602的差值，从而自动控制第三高速数字阀103的占空比PWM，实现自动控制流经第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503的流量从而智能控制液压缸14的速度，此时第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504处于全开状态，这种高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀的逻辑阵列控制技术减少了液压伺服系统回油节流损失，避免了传统伺服阀阀芯进、回油耦合控制造成油液发热严重的技术难题。
更进一步地，根据流量-压差方程
Figure GDA0003349277810000113
可知，电气控制器19的设定值给定第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104某一占空比(PWM)，检测第一压力传感器601、第二压力传感器602、第三压力传感器603、第四压力传感器604以及位移传感器15的数值，结合负载参数辨识控制算法能自动判断发生故障的液压元器件。
本系统采用高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀的逻辑阵列实现液压缸14的高精度控制功能，通过电气控制器19的负载参数辨识控制算法，实现液压缸14的负载油路液阻解耦控制，所有工作点均可达到最佳控制性能和节能效果，解决了传统伺服阀在恶劣服役工况下故障率高、油液发热严重的难题；其次，高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀的数字化控制技术直接与计算机相连接，电气控制简单，解决了传统伺服电气控制系统抗干扰能力差及维护困难的技术难题；再者，基于高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀与多传感器的融合技术实现了液压系统全生命周期的在线状态监测及故障自动诊断的智能化控制功能。
系统事故状态下，电气控制器19的转换开关17发生信号0，电磁阀12的电磁铁无电流；电气控制器19的数字调节器16发生信号0，第一高速数字阀101、第二高速数字阀102、第三高速数字阀103、第四高速数字阀104的电磁铁无电流，液压缸14被锁止在当前位置，防止出现事故。
实施例二
如图2所示，为本发明的另一个实施例，第一个实施例是具有高频响速度无级调节的负载口流量脉冲独立控制高耐污数字液压伺服系统智能化控制技术与故障自动诊断方法，实现液压缸14的高频响速度无级调节功能。图2的第二实施例是具有高频响低速运行的负载口流量脉冲独立控制高耐污数字液压伺服系统智能化控制技术与故障自动诊断方法，由于没有比例流量阀的大流量控制，所以特别适用于液压缸14的低速控制场合，实现液压缸14的低速智能化控制及故障自动诊断功能，其控制原理和上述第一个实施例相同。不同之处在于：由第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101、第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2102、第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2103、第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2104组成的高频响低速智能数字阀20取代由第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀501、第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀502、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀503、第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀504组成的高频响无级调速智能数字阀7。其中四个高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀功能完全相同，此处仅以第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101为例作说明，所述第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101由第一高速数字阀101和第一单向阀401组成，其中，第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101的油口P通过第一单向阀401的油口A经油口B与第一高速数字阀101的油口P相连接，第一高速数字阀101的油口A与第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀2101的油口A相连接。
本负载口流量脉冲独立控制高耐污数字液压伺服系统智能化控制技术与故障自动诊断方法能推广应用于需要智能化精准控制液压缸的其他液压工程领域。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (5)

1.一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统，其特征在于：包括流量脉冲控制智能数字阀、液压缸(14)、电气控制器(19)及控制阀；
主压力管路P0通过过滤器(11)与电磁阀(12)的油口P相连接；电磁阀(12)的油口B与流量脉冲控制智能数字阀的油口P相连接；主回油管路T0通过第五单向阀(405)的油口B经油口A分别与电磁阀(12)的油口T、流量脉冲控制智能数字阀的油口T相连接；主压力管路P0通过球阀(13)与主回油管路T0相连接；
流量脉冲控制智能数字阀的油口A通过第一液控单向阀(801)的油口A经油口B与液压缸(14)的活塞腔相连接；流量脉冲控制智能数字阀的油口B通过第二液控单向阀(802)的油口A经油口B与液压缸(14)的活塞杆腔相连接；第一液控单向阀(801)的控制油口X与第二液控单向阀(802)的控制油口X分别与电磁阀(12)的油口B相连接，第一液控单向阀(801)的泄油口Y与第二液控单向阀(802)的泄油口Y分别与第五单向阀(405)的油口A相连接；
液压缸(14)的活塞腔通过溢流阀(10)的油口P经油口T与第五单向阀(405)的油口A相连接；液压缸(14)的活塞杆腔通过顺序阀(9)的油口P经油口T与液压缸(14)的活塞腔相连接，液压缸(14)的活塞杆腔通过第六单向阀(406)的油口B经油口A与第五单向阀(405)的油口A相连接，液压缸(14)上设置有位移传感器(15)；
所述流量脉冲控制智能数字阀采用高频响无级调速智能数字阀(7)或高频响低速智能数字阀(20)；
所述高频响无级调速智能数字阀(7)由第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)、第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(502)、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(503)、第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(504)以及第一压力传感器(601)、第二压力传感器(602)、第三压力传感器(603)、第四压力传感器(604)组成；所述高频响无级调速智能数字阀(7)的油口P分别与第一压力传感器(601)、第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)的油口P及第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(503)的油口P相连接，所述高频响无级调速智能数字阀(7)的油口T分别与第二压力传感器(602)、第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(502)的油口A及第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(504)的油口A相连接，所述高频响无级调速智能数字阀(7)的油口A分别与第三压力传感器(603)、第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)的油口A及第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(504)的油口P相连接，所述高频响无级调速智能数字阀(7)的油口B分别与第四压力传感器(604)、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(503)的油口A及第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(502)的油口P相连接；所述第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)由第一高速数字阀(101)、第一单向阀(401)、第一阻尼器(201)和第一比例流量阀(301)组成，其中，第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)的油口P通过第一阻尼器(201)的油口A经油口B分别与第一单向阀(401)的油口A、第一比例流量阀(301)的油口Y相连接，第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)的油口P通过第一比例流量阀(301)的油口A经油口B分别与第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)的油口A、第一高速数字阀(101)的油口A相连接；所述第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(502)、第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(503)和第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(504)的组成与功能与第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)完全相同；
所述高频响低速智能数字阀(20)由第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)、第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2102)、第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2103)、第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2104)以及第一压力传感器(601)、第二压力传感器(602)、第三压力传感器(603)、第四压力传感器(604)组成；所述高频响低速智能数字阀(20)的油口P分别与第一压力传感器(601)、第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)的油口P及第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2103)的油口P相连接，所述高频响低速智能数字阀(20)的油口T分别与第二压力传感器(602)、第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2102)的油口A及第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2104)的油口A相连接，所述高频响低速智能数字阀(20)的油口A分别与第三压力传感器(603)、第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)的油口A及第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2104)的油口P相连接，所述高频响低速智能数字阀(20)的油口B分别与第四压力传感器(604)、第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2103)的油口A及第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2102)的油口P相连接；所述第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)由第一高速数字阀(101)和第一单向阀(401)组成，其中，第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)的油口P通过第一单向阀(401)的油口A经油口B与第一高速数字阀(101)的油口P相连接，第一高速数字阀(101)的油口A与第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)的油口A相连接；所述第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2102)、第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2103)和第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2104)的组成与功能与第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)完全相同；
电气控制器(19)由比较器(18)、数字调节器(16)和转换开关(17)组成；数字调节器(16)通过电缆分别与第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)、第四高速数字阀(104)相连接；转换开关(17)通过电缆与电磁阀(12)相连接；比较器(18)通过电缆分别与位移传感器(15)、第一压力传感器(601)、第二压力传感器(602)、第三压力传感器(603)和第四压力传感器(604)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统，其特征在于：
所述高频响无级调速智能数字阀(7)和高频响低速智能数字阀(20)用于液压缸(14)的位置闭环自动控制，其中第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)、第四高速数字阀(104)为无泄漏的锥阀式或球阀式开关阀。
3.根据权利要求1所述的一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统，其特征在于：
所述第一压力传感器(601)用于高频响无级调速智能数字阀(7)的油口P压力值检测，第二压力传感器(602)用于高频响无级调速智能数字阀(7)的油口T压力值检测，第三压力传感器(603)分别用于高频响无级调速智能数字阀(7)的油口A以及液压缸(14)活塞腔的压力值检测，第四压力传感器(604)分别用于高频响无级调速智能数字阀(7)的油口B以及液压缸(14)活塞杆腔的压力值检测。
4.权利要求1至3任一项所述的一种负载口流量脉冲独立控制数字液压伺服系统的控制方法，其特征在于：
当流量脉冲控制智能数字阀采用高频响无级调速智能数字阀(7)且系统工作时，由比较器(18)对外部给定的液压缸(14)的设定值与位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际位置数值相比较后产生位置偏差值，该位置偏差值输入电气控制器(19)中的数字调节器(16)和转换开关(17)中，从而自动使转换开关(17)发生信号+1，电磁阀(12)的电磁铁通电；同时，电气控制器(19)的数字调节器(16)成对控制第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)、第四高速数字阀(104)，即数字调节器(16)同时控制第一高速数字阀(101)和第二高速数字阀(102)的电磁铁，或数字调节器(16)同时控制第三高速数字阀(103)和第四高速数字阀(104)的电磁铁；根据位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际位置数值，液压缸(14)伸出控制时，数字调节器(16)发生信号+1，第一高速数字阀(101)的电磁铁通电；同时数字调节器(16)发生信号-1，第二高速数字阀(102)的电磁铁通电；实现液压缸(14)的伸出控制；或根据位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际位置数值，液压缸(14)缩回控制时，数字调节器(16)发生信号+1，第三高速数字阀(103)的电磁铁通电；同时数字调节器(16)发生信号-1，第四高速数字阀(104)的电磁铁通电；实现液压缸(14)的缩回控制；根据上述液压缸(14)的伸出和缩回功能，实现液压缸(14)的高精度位置控制，从而保证工艺要求的液压缸(14)位置；当位移传感器(15)测量的液压缸(14)位置值在工艺要求的范围值内，当第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)和第四高速数字阀(104)断电，且由于第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)、第四高速数字阀(104)以及第一单向阀(401)、第二单向阀(402)、第三单向阀(403)、第四单向阀(404)组成的油路正反方向无泄漏截止功能，直到由于液压元器件及液压缸(14)的微小泄漏而导致位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际位置数值超出工艺要求的范围值才触发上述液压缸(14)的伸出和缩回动作；
当电气控制器(19)的设定值需要控制液压缸(14)恒速或者变速伸出运动时，由比较器(18)对外部给定的液压缸(14)的速度设定值与位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际速度数值相比较后产生速度偏差值以及第一压力传感器(601)、第二压力传感器(602)、第三压力传感器(603)和第四压力传感器(604)的实际压力数值，该速度偏差值输入电气控制器(19)中的数字调节器(16)和转换开关(17)中，根据流量-压差方程
Figure FDA0003387586120000051
可知，通过检测第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)两端的压差，即检测第一压力传感器(601)与第三压力传感器(603)的差值，自动控制第一高速数字阀(101)的占空比PWM，实现自动控制流经第一高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(501)的流量从而智能控制液压缸(14)的速度，此时第二高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(502)处于全开状态；其中：流量-压差方程中，Cd为流量系数，ω为阀的面积梯度，xv为阀芯位移，ρ为油液密度，Ps为系统供油压力，PL为负载压力；
当电气控制器(19)的设定值需要控制液压缸(14)恒速或者变速缩回运动时，根据流量-压差方程
Figure FDA0003387586120000052
可知，通过检测第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(503)两端的压差，检测第四压力传感器(604)与第二压力传感器(602)的差值，从而自动控制第三高速数字阀(103)的占空比PWM，实现自动控制流经第三高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(503)的流量从而智能控制液压缸(14)的速度，此时第四高频响无级调速流量脉冲数字液压伺服阀(504)处于全开状态；
当流量脉冲控制智能数字阀采用高频响低速智能数字阀(20)且系统工作时，由比较器(18)对外部给定的液压缸(14)的设定值与位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际位置数值相比较后产生位置偏差值，该位置偏差值输入电气控制器(19)中的数字调节器(16)和转换开关(17)中，从而自动使转换开关(17)发生信号+1，电磁阀(12)的电磁铁通电；同时，电气控制器(19)的数字调节器(16)成对控制第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)、第四高速数字阀(104)，即数字调节器(16)同时控制第一高速数字阀(101)和第二高速数字阀(102)的电磁铁，或数字调节器(16)同时控制第三高速数字阀(103)和第四高速数字阀(104)的电磁铁；根据位移传感器(15)测量的液压缸(14)实际位置数值，液压缸(14)伸出控制时，数字调节器(16)发生信号+1，第一高速数字阀(101)的电磁铁通电；同时数字调节器(16)发生信号-1，第二高速数字阀(102)的电磁铁通电；实现液压缸(14)的伸出控制；或根据位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际位置数值，液压缸(14)缩回控制时，数字调节器(16)发生信号+1，第三高速数字阀(103)的电磁铁通电；同时数字调节器(16)发生信号-1，第四高速数字阀(104)的电磁铁通电；实现液压缸(14)的缩回控制；根据上述液压缸(14)的伸出和缩回功能，实现液压缸(14)的高精度位置控制，从而保证工艺要求的液压缸(14)位置；当位移传感器(15)测量的液压缸(14)位置值在工艺要求的范围值内，当第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)和第四高速数字阀(104)断电，且由于第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)、第四高速数字阀(104)以及第一单向阀(401)、第二单向阀(402)、第三单向阀(403)、第四单向阀(404)组成的油路正反方向无泄漏截止功能，直到由于液压元器件及液压缸(14)的微小泄漏而导致位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际位置数值超出工艺要求的范围值才触发上述液压缸(14)的伸出和缩回动作；
当电气控制器(19)的设定值需要控制液压缸(14)恒速或者变速伸出运动时，由比较器(18)对外部给定的液压缸(14)的速度设定值与位移传感器(15)测量的液压缸(14)的实际速度数值相比较后产生速度偏差值以及第一压力传感器(601)、第二压力传感器(602)、第三压力传感器(603)和第四压力传感器(604)的实际压力数值，该速度偏差值输入电气控制器(19)中的数字调节器(16)和转换开关(17)中，根据流量-压差方程
Figure FDA0003387586120000061
可知，通过检测第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)两端的压差，即检测第一压力传感器(601)与第三压力传感器(603)的差值，自动控制第一高速数字阀(101)的占空比PWM，实现自动控制流经第一高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2101)的流量从而智能控制液压缸(14)的速度，此时第二高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2102)处于全开状态；其中：流量-压差方程中，Cd为流量系数，ω为阀的面积梯度，xv为阀芯位移，ρ为油液密度，Ps为系统供油压力，PL为负载压力；
当电气控制器(19)的设定值需要控制液压缸(14)恒速或者变速缩回运动时，根据流量-压差方程
Figure FDA0003387586120000062
可知，通过检测第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2103)两端的压差，检测第四压力传感器(604)与第二压力传感器(602)的差值，从而自动控制第三高速数字阀(103)的占空比PWM，实现自动控制流经第三高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2103)的流量从而智能控制液压缸(14)的速度，此时第四高频响低速流量脉冲数字液压伺服阀(2104)处于全开状态。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：
系统事故状态下，电气控制器(19)的转换开关(17)发生信号0，电磁阀(12)的电磁铁无电流；电气控制器(19)的数字调节器(16)发生信号0，第一高速数字阀(101)、第二高速数字阀(102)、第三高速数字阀(103)、第四高速数字阀(104)的电磁铁无电流，液压缸(14)被锁止在当前位置，防止出现事故。
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