CN116658491B - 基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法及系统 - Google Patents

基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液压缸动态控制技术领域，具体涉及基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法及系统；其包括S1构建液压系统的拓扑模型、S2建立阻力系数表单、S3计算液压系统的阻力压降、S4计算液压介质的实时密度、S5基于液压介质的实时密度计算液压缸的实际行程变化量、S6计算液压缸的计算行程、S7校正液压缸行程传感器；本发明计算出液体的实时密度，基于实时密度确定活塞缸的计算位置并对检测位置参数进行校正，可以提高精度，并且避免因检测位置误差，造成的后续位置输出时，活塞杆或者位置突变跳动而引发冲击，进而具有降低冲击的效果，以此来使液压缸可以输出一个精确的力，来使液压缸可以进行精密的实验操作。

Description

基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法及系统
技术领域
本发明涉及液压缸动态控制技术领域，具体涉及基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法及系统。
背景技术
液压缸作为一个可以爆发出很大力气的装置，常会将液压缸设置在夹持行业，且随着液压缸技术的不断进步，小型液压缸也逐渐进入到实验中，同时小型液压缸的缸体移动来进行精细的力的调节，如此来完成精细的力的控制。
在使用液压缸进行精细的力的控制时，需要通过控制流入到液压缸体内部的液体速度以及液体流入到缸体的量，来控制液压缸向外部施加的力，进而控制液压缸活塞杆伸出的距离，使液压缸可以向外部施加精细的力，方便精密实验的进行。
液压缸内的压力介质，通常包括水基压力介质和油基压力介质，一般情况下，将压力介质的密度视为是不变的，这一设定可以简化计算步骤，对于低压系统来说，可以降低对实时控制力的要求，但是，对于高速、高压、高精密的液压系统来说，将压力介质视为密度恒定的话，会引入计算误差，因为再实际情况中，压力介质会因为承压而发生微小的密度变化，在做功过程中引起的压力介质温度变化，也会引起压力介质因为热胀冷缩而发生密度变化，特别是对于开环控制系统，单次的微小误差会在重复工作中不断积累，最终造成显著的误差。
液压缸的活塞杆是通过向缸体的内部输送和排出液体来进行移动的，但液体推动活塞杆进行移动的过程中，液体与缸体间、液体在外界管道和缸体连接的位置，均存在液体的阻力，即缸体内部流体的局部阻力和沿程阻力，这些阻力会影响液体对活塞施加的力，且液压缸在使用的过程中，在液压缸中的液体会因为缸体摩擦的效果导致液压的密度改变，而密度的改变会影响液体对活塞杆的推动效果，进而造成液体充入缸体的体积达到要求，但活塞杆向外输出的力却未达到要求，并且会造成活塞杆的定位误差，这种误差在高压、高速情况下尤其明显，如此便会影响液压缸对力的精细控制，导致精密实验失败。
发明内容
本发明的目的在于提供基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明目的之一在于，提供了基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法，包括以下步骤：
基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法，包括以下步骤：
S1、构建液压系统的拓扑模型；所述拓扑模型包括压力源、类型管线集合/>、类型节点集合/>和液压缸/>，其中，/>表示第a类管线中的第b个，/>表示第c类节点中的第d个，a、b、c、d均为自然数；
S2、建立阻力系数表单；通过预先试验，确定类型节点的节点阻力系数/>和类型管线/>的管线阻力系数/>，建立阻力系数表单；
S3、计算液压系统的阻力压降；所述阻力压降/>满足：/>
其中，为压力源/>出液口液压传感器的检测值，/>为液压缸/>进液口液压传感器的检测值；
S4、计算液压介质的实时密度；查询阻力系数表单，结合液压系统的拓扑模型的参数，计算液压介质的实时密度/>；所述液压介质的实时密度/>满足：
其中，和/>分别表示第a类管线的长度和内直径，/>表示第c类节点的等效内直径，/>和/>分别表示压力源/>在单位时间/>内泵出的液压介质体积为/>，/>表示重力加速度，/>为圆周率；
S5、基于液压介质的实时密度计算液压缸的实际行程变化量/>；所述液压缸的实际行程变化量/>满足：/> ；/>
其中，表示液压介质在未承压时的自然密度, />表示液压缸内的液压介质的体积变化量，/>表示第c类节点的通道容积，/>表示液压缸的内直径；
S6、计算液压缸的计算行程；对液压缸的实际行程变化量进行时间积分，得到液压缸的计算行程/>，所述液压缸的计算行程/>满足：/>
S7、校正液压缸行程传感器；基于所述液压缸的计算行程对液压缸的当前行程进行校正；
进一步的，所述步骤S7包括：
S71、核对液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值是否在预设的阈值范围内；
S72、若是，则以液压缸行程传感器的检测值作为液压缸的当前行程值；
S73、若否，则以液压缸的计算行程作为液压缸的当前行程值，并将液压缸行程传感器的当前值校准为液压缸的计算行程/>。
另外，本发明目的之二在于，提供了用于实现所述的基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法的系统，包括数据收集单元、数据处理单元和实操控制单元；
所述数据收集单元对液压缸的数据进行采集，所述数据至少包括压力源出液口液压传感器的检测值/>、液压缸/>进液口液压传感器的检测值/>、压力源/>工作的单位时间/>和在单位时间/>泵出的液压介质体积/>、液压缸的实际行程变化量/>；
所述数据处理单元根据数据收集单元采集到的数据，构建液压系统的拓扑模型，计算出液压缸内部此时的液压介质的实时密度；
所述实操控制单元根据数据处理单元计算出的液压介质的实时密度，基于所述液压介质的实时密度/>计算液压缸的计算行程变化量/>，对所述计算行程变化量/>进行积分得到计算行程/>，并根据所述液压缸的计算行程/>对液压缸的当前行程进行校正。
进一步的，所述数据处理单元包括数据计算模块、演算确定模块和数据整合模块；
所述数据计算模块接收数据收集单元采集到的数据，构建液压系统的拓扑模型；
所述演算确定模块根据数据收集单元采集到的数据和数据计算模块构建的液压系统的拓扑模型，计算液压介质的实时密度；
进一步的，所述实操控制单元包括模拟测试模块、精准度判断模块和操作反馈模块；
所述模拟测试模块接收数据处理单元计算出的液压介质的实时密度，基于所述液压介质的实时密度/>计算液压缸的计算行程变化量/>，对所述计算行程变化量/>进行积分得到计算行程/>；
所述精准度判断模块接收所述模拟测试模块给出的计算行程，核对液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程/>的差值是否在预设的阈值范围内；
所述操作反馈模块根据精准度判断模块判断的液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值是否在预设的阈值范围内的结果，对液压缸的当前行程进行校正。
若所述精准度判断模块判定液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值在预设的阈值范围内，则所述操作反馈模块以液压缸行程传感器的检测值作为液压缸的当前行程值；
若所述精准度判断模块判定液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值不在预设的阈值范围内，则所述操作反馈模块以液压缸的计算行程/>作为所述液压缸的当前行程值，并将液压缸行程传感器的当前值校准为液压缸的计算行程。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法及系统中，通过让液压缸施加一个定值的力，以及获取液压缸内部液体流速速度，来计算出液体的密度，并根据计算的液体密度反向推导液压缸活塞杆的位置，基于计算位置对检测位置参数进行校正，可以提高精度，并且避免因检测位置误差，造成的后续位置输出时，活塞杆或者位置突变跳动而引发冲击，进而具有降低冲击的效果，以此来使液压缸可以输出一个精确的力，来使液压缸可以进行精密的实验操作。
2、该基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法及系统中，在数据计算模块计算出液体的密度后，通过演算确定模块向操作反馈模块进行反馈，使液压缸移动的距离和流体速度进行改变，以此来获取多组液体密度的数据，提高对液体密度计算的准确性，同时模拟测试模块对计算的数据进行模拟测试，再通过精准度判断模块进行实际操作，如此来确保计算的液体的密度的准确性，保证通过液体密度数据可以计算出液体流速速度的准确值，保证液压缸进行精准的输出力。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的整体系统框图；
图3为本发明的数据处理单元框图；
图4为本发明的实操控制单元框图。
图中各个标号意义为：
1、数据收集单元；
2、数据处理单元；21、数据计算模块；22、演算确定模块；23、数据整合模块；
3、实操控制单元；31、模拟测试模块；32、精准度判断模块；33、操作反馈模块。
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。
实施例1
液压缸的活塞杆是通过向缸体的内部输送和排出液体来进行移动的，但液体推动活塞杆进行移动的过程中，液体与缸体间、液体在外界管道和缸体连接的位置，均存在液体的阻力，即缸体内部流体的局部阻力和沿程阻力，这些阻力会影响液体对活塞施加的力，且液压缸在使用的过程中，在液压缸中的液体会因为缸体摩擦的效果导致液压的密度改变，而密度的改变会影响液体对活塞杆的推动效果，进而造成液体充入缸体的体积达到要求，但活塞杆向外输出的力却未达到要求，如此便会影响液压缸对力的精细控制，导致精密实验失败。
为了提高液压缸向外输出力的准确性，请参阅图1所示，本实施例目的之一在于，提供了基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法，包括以下步骤：
S1、构建液压系统的拓扑模型；所述拓扑模型包括压力源、类型管线集合/>、类型节点集合/>和液压缸/>，其中，/>表示第a类管线中的第b个，/>表示第c类节点中的第d个，a、b、c、d均为自然数；
S2、建立阻力系数表单；通过预先试验，确定类型节点的节点阻力系数/>和类型管线/>的管线阻力系数/>，建立阻力系数表单；
S3、计算液压系统的阻力压降；所述阻力压降/>满足：/>
其中，为压力源/>出液口液压传感器的检测值，/>为液压缸/>进液口液压传感器的检测值；
S4、计算液压介质的实时密度；查询阻力系数表单，结合液压系统的拓扑模型的参数，计算液压介质的实时密度/>；所述液压介质的实时密度/>满足：
其中，和/>分别表示第a类管线的长度和内直径，/>表示第c类节点的等效内直径，/>和/>分别表示压力源/>在单位时间/>内泵出的液压介质体积为/>，/>表示重力加速度，/>为圆周率；
S5、基于液压介质的实时密度计算液压缸的实际行程变化量/>；所述液压缸的实际行程变化量/>满足：/> ；/>
其中，表示液压介质在未承压时的自然密度, />表示液压缸内的液压介质的体积变化量，/>表示第c类节点的通道容积，/>表示液压缸的内直径；
S6、计算液压缸的计算行程；对液压缸的实际行程变化量进行时间积分，得到液压缸的计算行程/>，所述液压缸的计算行程/>满足：/>
S7、校正液压缸行程传感器；基于所述液压缸的计算行程对液压缸的当前行程进行校正；所述步骤S7包括：
S71、核对液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值是否在预设的阈值范围内；
S72、若是，则以液压缸行程传感器的检测值作为液压缸的当前行程值；
S73、若否，则以液压缸的计算行程作为液压缸的当前行程值，并将液压缸行程传感器的当前值校准为液压缸的计算行程/>。
另外，本发明目的之二在于，提供了用于实现所述的基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法的系统，包括数据收集单元1、数据处理单元2和实操控制单元3；
所述数据收集单元1对液压缸的数据进行采集，所述数据至少包括压力源出液口液压传感器的检测值/>、液压缸/>进液口液压传感器的检测值/>、压力源/>工作的单位时间/>和在单位时间/>泵出的液压介质体积/>、液压缸的实际行程变化量/>；
所述数据处理单元2根据数据收集单元1采集到的数据，构建液压系统的拓扑模型，计算出液压缸内部此时的液压介质的实时密度；
所述实操控制单元3根据数据处理单元2计算出的液压介质的实时密度 ，基于所述液压介质的实时密度/>计算液压缸的计算行程变化量/>，对所述计算行程变化量进行积分得到计算行程/>，并根据所述液压缸的计算行程/>对液压缸的当前行程进行校正。
所述数据处理单元2包括数据计算模块21、演算确定模块22和数据整合模块23；
所述数据计算模块21接收数据收集单元1采集到的数据，构建液压系统的拓扑模型；
所述演算确定模块22根据数据收集单元1采集到的数据和数据计算模块21构建的液压系统的拓扑模型，计算液压介质的实时密度；
所述实操控制单元3包括模拟测试模块31、精准度判断模块32和操作反馈模块33；
所述模拟测试模块31接收数据处理单元2计算出的液压介质的实时密度 ，基于所述液压介质的实时密度/>计算液压缸的计算行程变化量/>，对所述计算行程变化量进行积分得到计算行程/>；
所述精准度判断模块32接收所述模拟测试模块31给出的计算行程，核对液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程/>的差值是否在预设的阈值范围内；
所述操作反馈模块33根据精准度判断模块32判断的液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值是否在预设的阈值范围内的结果，对液压缸的当前行程进行校正。
若所述精准度判断模块32判定液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值在预设的阈值范围内，则所述操作反馈模块33以液压缸行程传感器的检测值作为液压缸的当前行程值；
若所述精准度判断模块32判定液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值不在预设的阈值范围内，则操作反馈模块33以液压缸的计算行程/>作为所述液压缸的当前行程值并将液压缸行程传感器的当前值校准为液压缸的计算行程。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、构建液压系统的拓扑模型；所述拓扑模型包括压力源、类型管线集合/>、类型节点集合/>和液压缸/>，其中，/>表示第a类管线中的第b个，/>表示第c类节点中的第d个，a、b、c、d均为自然数；
S2、建立阻力系数表单；通过预先试验，确定类型节点的节点阻力系数/>和类型管线的管线阻力系数/>，建立阻力系数表单；
S3、计算液压系统的阻力压降；所述阻力压降/>满足：/> 其中，/>为压力源/>出液口液压传感器的检测值，/>为液压缸/>进液口液压传感器的检测值；
S4、计算液压介质的实时密度；查询阻力系数表单，结合液压系统的拓扑模型的参数，计算液压介质的实时密度/>；所述液压介质的实时密度/>满足： 其中，/>和/>分别表示第a类管线的长度和内直径，/>表示第c类节点的等效内直径，/>和/>分别表示压力源/>在单位时间/>内泵出的液压介质体积为/>，/>表示重力加速度，/>为圆周率；
S5、基于液压介质的实时密度计算液压缸的实际行程变化量/>；所述液压缸的实际行程变化量/>满足：/> ；/> 其中，表示液压介质在未承压时的自然密度,/>表示液压缸内的液压介质的体积变化量，/>表示第c类节点的通道容积，/>表示液压缸的内直径；
S6、计算液压缸的计算行程；对液压缸的实际行程变化量进行时间积分，得到液压缸的计算行程/>，所述液压缸的计算行程/>满足：/>
S7、校正液压缸行程传感器；基于所述液压缸的计算行程对液压缸的当前行程进行校正。
2.根据权利要求1所述的基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法，其特征在于：所述步骤S7包括：
S71、核对液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值是否在预设的阈值范围内；
S72、若是，则以液压缸行程传感器的检测值作为液压缸的当前行程值；
S73、若否，则以液压缸的计算行程作为液压缸的当前行程值，并将液压缸行程传感器的当前值校准为液压缸的计算行程/>。
3.一种基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制系统，用于实现包括权利要求1-2任一项所述的基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制方法，其特征在于：包括数据收集单元（1）、数据处理单元（2）和实操控制单元（3）；
所述数据收集单元（1）对液压缸的数据进行采集，所述数据至少包括压力源出液口液压传感器的检测值/>、液压缸/>进液口液压传感器的检测值/>、压力源/>工作的单位时间/>和在单位时间/>泵出的液压介质体积/>、液压缸的实际行程变化量/>；
所述数据处理单元（2）根据数据收集单元（1）采集到的数据，构建液压系统的拓扑模型，计算出液压缸内部此时的液压介质的实时密度；
所述实操控制单元（3）根据数据处理单元（2）计算出的液压介质的实时密度，基于所述液压介质的实时密度/>计算液压缸的计算行程变化量/>，对所述计算行程变化量/>进行积分得到计算行程/>，并根据所述液压缸的计算行程/>对液压缸的当前行程进行校正。
4.根据权利要求3所述的一种基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制系统，其特征在于：所述数据处理单元（2）包括数据计算模块（21）、演算确定模块（22）和数据整合模块（23）；
数据计算模块（21）接收数据收集单元（1）采集到的数据，构建液压系统的拓扑模型；
所述演算确定模块（22）根据数据收集单元（1）采集到的数据和数据计算模块（21）构建的液压系统的拓扑模型，计算液压介质的实时密度。
5.根据权利要求4所述的一种基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制系统，其特征在于：所述实操控制单元（3）包括模拟测试模块（31）、精准度判断模块（32）和操作反馈模块（33）；
所述模拟测试模块（31）接收数据处理单元（2）计算出的液压介质的实时密度，基于所述液压介质的实时密度/>计算液压缸的计算行程变化量/>，对所述计算行程变化量进行积分得到计算行程/>；
精准度判断模块（32）接收所述模拟测试模块（31）给出的计算行程，核对液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程/>的差值是否在预设的阈值范围内；
所述操作反馈模块（33）根据精准度判断模块（32）判断的液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值是否在预设的阈值范围内的结果，对液压缸的当前行程进行校正。
6.根据权利要求5所述的一种基于流体阻力优化的低冲击液压缸动态控制系统，其特征在于：若所述精准度判断模块（32）判定液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值在预设的阈值范围内，则所述操作反馈模块（33）以液压缸行程传感器的检测值作为液压缸的当前行程值；
若所述精准度判断模块（32）判定液压缸行程传感器的检测值与计算得到的液压缸的计算行程的差值不在预设的阈值范围内，则所述操作反馈模块（33）以液压缸的计算行程作为所述液压缸的当前行程值，并将液压缸行程传感器的当前值校准为液压缸的计算行程/>。
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