CN113917837B - 一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法 - Google Patents

一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法，方法应用于一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理模型，模型从信号输入处至信号输出处，依次连接转换模块、极性切换模块、第一限幅模块、滤波模块、斜坡缓冲模块、流量特性模块、零偏调整模块、死区跳变模块以及正负增益调整模块，方法包括：对上位机中获取的第一信号进行转化，确定第二信号；然后依次经过极性切换处理、第一限幅处理、滤波处理、斜坡换缓冲处理、流量特性处理、零偏调整、死区跳变处理以及正负增益调整处理获取调理后的信号。本申请提供的方法，通过上位机软件可自定义配置各模块参数，具有丰富的数字控制功能，可兼容多类型指令信号、实现产品流量特性多样化切换。

Description

一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法
技术领域
本申请涉及电液比例控制技术领域，特别涉及一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法。
背景技术
电液比例伺服阀是电液伺服系统中的重要控制元件，在系统中起着电液转换和功率放大作用。电液比例伺服阀控制器根据指令信号控制比例电磁铁推动滑阀阀芯成比例运动，以控制节流边的大小及方向，实现对流体的比例闭环控制。
为提高产品后续的使用适用性，传统比例伺服阀控制器在指令信号段通常往往包含死区跳变、零偏及斜坡缓冲等电路，在国内产品中这些参数均是通过调整模拟电路中的电子元器件参数来实现调整的，调整起来繁琐不方便，且易受电子元器件老化及温漂影响。另一方面在出厂之时，产品其本身的输入信号类型及基本的流量特性便已确定，不能根据产品使用现场环境进行改变，一旦使用条件，例如信号类型、阀芯流量曲线特性等改变，往往需要更换相对应类型的比例伺服阀产品，严重增加使用方的金钱成本及时间成本。
发明内容
本申请提供了一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法，所述方法应用于一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理模型，所述模型从信号输入处至信号输出处，依次连接转换模块、极性切换模块、第一限幅模块、滤波模块、斜坡缓冲模块、流量特性模块、零偏调整模块、死区跳变模块以及正负增益调整模块，所述方法包括：
对上位机中获取的第一信号进行转化，确定第二信号；所述转化在所述转换模块中进行；
将所述第二信号，进行极性切换处理，转换为第三信号；所述极性切换处理在所述极性切换模块中进行；
对所述第三信号进行第一限幅处理，变为第四信号；所述第一限幅处理在所述第一限幅模块中进行；
对所述第四信号进行滤波处理，获取第五信号；所述滤波处理在所述滤波模块中进行；
对所述第五信号进行斜坡换缓冲处理，获取第六信号；所述斜坡换缓冲处理在所述斜坡换缓冲模块中进行；
对所述第六信号进行流量特性处理，获取第七信号；所述流量特性处理在所述流量特性模块中进行；
对所述第七信号进行零偏调整，获取第八信号；所述零偏调整处理在所述零偏调整模块中进行；
对所述第八信号进行死区跳变处理，获取第九信号；所述死区跳变处理在所述死区跳变模块中进行；
对所述第九信号进行正负增益调整处理，获取第十信号；所述正负增益调整处理在所述正负增益调整模块中进行。
可选的，对上位机中获取的第一信号进行转化，确定第二信号，包括：
式(1)中，u1为所述第一信号；u2为所述第二信号。
可选的，将所述第二信号，进行极性切换处理，转换为第三信号，包括：
式(2)中，u3为所述第三信号。
可选的，对所述第三信号进行第一限幅处理，变为第四信号，包括：
式(3)中，u4为所述第四信号。
可选的，对所述第四信号进行滤波处理，获取第五信号，包括：
u5(k)＝α·u4(k)+(1-α)u4(k-1) (4)
式(4)中，u5为所述第五信号；ui(k)(i＝1、2…11)为当前采样值，ui(k-1)为前一时刻采样值；i＝1、2…11。
可选的，对所述第六信号进行流量特性处理，获取第七信号，包括：
所述流量特性处理包括流量线性处理、流量抛物线化处理以及流量非线性化处理；
其中，所述流量特性抛物化处理如下：
式(5)中，u6为所述第六信号；u7为所述第七信号；
所述流量线性处理如下：
u7＝u6 (6)。
可选的，对所述第七信号进行零偏调整，获取第八信号，包括：
u8＝u7+c (7)
式(7)中，u8为所述第八信号。
可选的，对所述第九信号进行正负增益调整处理，获取第十信号，包括：
式(8)中，u9为所述第九信号；u10为所述第十信号；k1为正增益；k2为负增益。
可选的，所述模型在所述正负增益调整模块之后，还包括颤振信号处理模块以及第二限幅处理模块。
本申请提供的方法，通过上位机软件可自定义配置各模块参数，具有丰富的数字控制功能，可兼容多类型指令信号、实现产品流量特性多样化切换，在日常使用中具有通用、参数调整便利及低成本等特点。
附图说明
图1为本申请实施例适用的一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理模型的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法对应的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种模拟指令信号切换原理图；
图4为本申请实施例提供的一种斜坡缓冲原理示意图；
图5为本申请实施例提供的一种流量特性非线性化原理示意图；
图6为本申请实施例提供的一种死区跳变原理示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
下面首先结合图1对本申请实施例适用的可能的系统架构进行介绍。
请参考图1，其示例性示出了本申请实施例适用的一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理模型的结构示意图。该模型从信号输入处至信号输出处，依次连接转换模块、极性切换模块、第一限幅模块、滤波模块、斜坡缓冲模块、流量特性模块、零偏调整模块、死区跳变模块以及正负增益调整模块
基于图1所示的模型，图2示例性示出了本申请实施例提供的一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法对应的流程示意图。如图2所示，具体包括如下步骤：
步骤S201，对上位机中获取的第一信号进行转化，确定第二信号。
转化在转换模块中进行。
具体的，采用以下方法：
式(1)中，u1为第一信号；u2为第二信号。
需要说明的是，根据实际工作需要在上位机中选择指令信号来源通道。指令信号即本申请实施例中的第一信号，如总线信号、模拟信号±10V及模拟信号(4～20)mA，并结合硬件电路对指令信号进行A/D采集。其中模拟指令信号统一采用差分信号输入，±10V与(4～20)mA信号可兼容同一个模拟输入端口，如附图3所示，为本申请实施例提供的一种模拟指令信号切换原理图。当输入信号为±10V时，处理器通过控制信号控制继电器处于断开状态，此时并联的只有高阻抗电阻R2。
当输入信号为(4～20)mA时，处理器通过控制信号控制继电器处于断开状态，此时并联电阻有高阻抗电阻R2和低阻抗电阻R1(0.5K)，等效电阻为0.5K，将(4～20)mA信号转换为(2～10)V信号，经后端电路A/D采集到处理器中，对应附图1中的u1。为方便进入后续信号处理，对u1须处理变换为u2。
步骤S202，将第二信号，进行极性切换处理，转换为第三信号。
极性切换处理在极性切换模块中进行。
具体方法如下：
式(2)中，u3为第三信号。
极性切换模块，可通过上位机配置极性参数，实现相对应阀芯位移的正反向切换。
步骤S203，对第三信号进行第一限幅处理，变为第四信号。
第一限幅处理在第一限幅模块中进行。
第一限幅模块用以限制采集的指令信号最大、最小值。
具体的，采用以下方法：
式(3)中，u4为第四信号。
步骤S204，对第四信号进行滤波处理，获取第五信号。
滤波处理在滤波模块中进行。
滤波模块滤除由信号采集带入到处理器中的噪声。
滤波器模块，采用一阶滤波环节，如下式4所示，其系数α可由上位机更改。
u5(k)＝α·u4(k)+(1-α)u4(k-1) (4)
式(4)中，u5为第五信号；ui(k)(i＝1、2…11)为当前采样值，ui(k-1)(i＝1、2…11)为前一时刻采样值。
步骤S205，对第五信号进行斜坡换缓冲处理，获取第六信号。
斜坡换缓冲处理在斜坡换缓冲模块中进行。
斜坡缓冲模块，可通过上位机配置指令信号不同方向上的缓冲时间，防止比例伺服阀在控制系统中产生压力冲击。
斜坡缓冲模块，将阶跃输入信号u5转换为随时间变化而增/减的平滑信号u6，如图4所示，为本申请实施例提供的一种斜坡缓冲原理示意图。斜坡缓冲在伺服参数中设置开关，标示使用与否，其中的正升斜坡t1、正减斜坡t2、负升斜坡t3及负减斜坡t4均可配置更改。
步骤S206，对第六信号进行流量特性处理，获取第七信号。
流量特性处理在流量特性模块中进行。
流量特性模块，通过上位机配置参数，实现线性流量、非线性流量及抛物线流量三者的切换。
具体的，流量特性处理包括流量线性处理、流量抛物线化处理以及流量非线性化处理；
其中，流量特性抛物化处理如下：
式(5)中，u6为第六信号；u7为第七信号；
流量线性处理如下：
u7＝u6 (6)。
流量非线性化处理，主要通过在参数中设置正输入点a1、正输出点b1、负输入点a2及负输出点b2，结合±10V位置点，通过内部反求出拐点前后各段的增益，将u6转换为u7，具体输入输出关系如附图5所示。图5为本申请实施例提供的一种流量特性非线性化原理示意图。
步骤S207，对第七信号进行零偏调整，获取第八信号。
零偏调整处理在零偏调整模块中进行。
零偏调整模块，在指令信号上加减某一参数值。
具体采用以下方法实现：
u8＝u7+c (7)
式(7)中，u8为第八信号。
步骤S208，对第八信号进行死区跳变处理，获取第九信号。
死区跳变处理在死区跳变模块中进行。
死区跳变模块，通过增大零附近区间的增益，阀芯快速越过流量死区区域。
通过在参数中设置门限δ1和偏置值δ2、δ3，结合±10V位置点，通过内部反求出拐点前后各段的增益，将u8转换为u9，具体输入输出关系如附图6所示。图6为本申请实施例提供的一种死区跳变原理示意图。
步骤S209，对第九信号进行正负增益调整处理，获取第十信号。
正负增益调整处理在正负增益调整模块中进行。
具体的采用以下方法实现：
式(8)中，u9为第九信号；u10为第十信号；k1为正增益；k2为负增益。
其中，正增益以及负增益在伺服参数中开放。若设置其中一个方向增益为0.5，另一个方向增益为1，亦可获得差动的流量特性效果，以适用于非对称缸控制系统。
本申请实施例提供的模型在正负增益调整模块之后，还包括颤振信号处理模块以及第二限幅处理模块。
其中，颤振信号处理模块，通过在指令信号上叠加一固定频率、固定幅值的三角波信号，用以改善液压控制系统的滞环。颤振信号模块，在指令信号u10上叠加一固定频率w、固定幅值A的三角波信号f(w、A)，通过减小机械静摩擦效果，以改善液压控制系统的滞环。
第二限幅处理模块，用以限制进入控制闭环的指令信号最大、最小值，具体方法同式3。
本申请提供的方法，通过上位机软件可自定义配置各模块参数，具有丰富的数字控制功能，可兼容多类型指令信号、实现产品流量特性多样化切换，在日常使用中具有通用、参数调整便利及低成本等特点。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于服务构建装置和服务加载装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (1)

1.一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理方法，其特征在于，所述方法应用于一种数字式电液比例伺服阀指令信号调理模型，所述模型从信号输入处至信号输出处，依次连接转换模块、极性切换模块、第一限幅模块、滤波模块、斜坡缓冲模块、流量特性模块、零偏调整模块、死区跳变模块以及正负增益调整模块，所述方法包括：
对上位机中获取的第一信号进行转化，确定第二信号；所述转化在所述转换模块中进行；
将所述第二信号，进行极性切换处理，转换为第三信号；所述极性切换处理在所述极性切换模块中进行；
对所述第三信号进行第一限幅处理，变为第四信号；所述第一限幅处理在所述第一限幅模块中进行；
对所述第四信号进行滤波处理，获取第五信号；所述滤波处理在所述滤波模块中进行；
对所述第五信号进行斜坡换缓冲处理，获取第六信号；所述斜坡换缓冲处理在所述斜坡换缓冲模块中进行；
对所述第六信号进行流量特性处理，获取第七信号；所述流量特性处理在所述流量特性模块中进行；
对所述第七信号进行零偏调整，获取第八信号；所述零偏调整处理在所述零偏调整模块中进行；
对所述第八信号进行死区跳变处理，获取第九信号；所述死区跳变处理在所述死区跳变模块中进行；
对所述第九信号进行正负增益调整处理，获取第十信号；所述正负增益调整处理在所述正负增益调整模块中进行；
对上位机中获取的第一信号进行转化，确定第二信号，包括：
式(1)中，u1为所述第一信号；u2为所述第二信号；
将所述第二信号，进行极性切换处理，转换为第三信号，包括：
式(2)中，u3为所述第三信号；
对所述第三信号进行第一限幅处理，变为第四信号，包括：
式(3)中，u4为所述第四信号；
对所述第四信号进行滤波处理，获取第五信号，包括：
u5(k)＝α·u4(k)+(1-α)u4(k-1) (4)
式(4)中，u5为所述第五信号；ui(k)(i＝1、2…11)为当前采样值，ui(k-1)为前一时刻采样值；i＝1、2…11；
对所述第六信号进行流量特性处理，获取第七信号，包括：
所述流量特性处理包括流量线性处理、流量抛物线化处理以及流量非线性化处理；
其中，所述流量特性抛物化处理如下：
式(5)中，u6为所述第六信号；u7为所述第七信号；
所述流量线性处理如下：
u7＝u6 (6),
对所述第七信号进行零偏调整，获取第八信号，包括：
u8＝u7+c (7)
式(7)中，u8为所述第八信号；
对所述第九信号进行正负增益调整处理，获取第十信号，包括：
式(8)中，u9为所述第九信号；u10为所述第十信号；k1为正增益；k2为负增益；
所述模型在所述正负增益调整模块之后，还包括颤振信号处理模块以及第二限幅处理模块。
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