CN116972038A - 一种多缸同步比例阀非线性补偿系统及补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多缸同步比例阀非线性补偿系统及补偿方法，该系统包括人机交互单元、运动控制器、模拟量输出模块，人机交互单元与运动控制器连接，运动控制器通过模拟量输出模块与多个比例方向阀连接，比例方向阀分别与液压油缸连接，液压油缸的活塞杆伸出端与机械负载连接，同时，液压油缸上还连接有油缸位移传感器，油缸位移传感器通过检测模块与运动控制器连接；该方法包括数据记录与存储、描点、非线性补偿曲线测定与存储、非线性补偿曲线调用、液压油缸同步运行；本发明通过描点法测量出比例方向阀与油缸运行速度的实际曲线，并将理论曲线与实际测量曲线的差异加载到比例方向阀的控制命令中，保证多个液压油缸的高精度同步运行。
Description
技术领域
本发明涉及液压设备控制技术领域，具体的说是一种多缸同步比例阀非线性补偿系统及补偿方法。
背景技术
随着航天航空技术和现代机械加工、石油天然气输送管道等行业的发展，电液比例同步控制技术在各类金属板材成型加工领域得到了广泛应用，尤其是多油缸同步定位控制成为了行业内的主流方案。在多油缸同步定位控制系统中，由于摩擦阻力、机械加工及安装、液压元件的响应与性能、油缸偏载等诸多因素的影响，导致电液比例方向阀命令给定与执行元件速度之间具有较大的非线性区域，该区域正是影响各油缸同步运行及定位精度的关键所在。如果以线性控制理论来控制多个液压油缸的同步定位，则因油缸位置闭环反馈的差异将引起比例方向阀命令的频繁调整，造成液压执行机构的抖动、定位误差大、系统稳定性差等。
为保证多油缸高精度同步定位的稳定运行，准确测量出比例方向阀的非线性区域，并对该区域的命令给定进行补偿修正，使得不同命令给定量下油缸运行速度保持一致是解决多油缸高精度同步定位系统稳定运行的根本方法。
发明内容
本发明的目的是针对电液比例多缸同步控制系统中，相同型号的比例阀在同一命令设定值下，因比例阀非线性区的差异导致各自驱动的液压油缸运行速度不一，多油缸共同驱动的机械负载定位精度差、系统运行不稳定的技术缺陷，提供了一种多油缸同步定位控制中比例阀非线性曲线的自动测量及补偿方法，有效提高了多缸同步控制系统的定位精度和稳定性。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种多缸同步比例阀非线性补偿系统，包括人机交互单元、运动控制器和模拟量输出模块，人机交互单元与运动控制器通过控制线路连接，运动控制器通过模拟量输出模块与多个比例方向阀连接，比例方向阀分别与液压油缸连接，液压油缸的活塞杆伸出端与机械负载连接，同时，液压油缸上还连接有油缸位移传感器，油缸位移传感器通过检测模块与运动控制器连接。
一种多缸同步比例阀非线性补偿方法，该方法采用上述的多缸同步比例阀非线性补偿系统，包括以下步骤：
步骤一、数据记录与存储：先以理论计算值的百分比形式设定液压油缸的运行速度，通过运动控制器同步启动所有液压油缸开始运行，将各个液压油缸的实际位移值由油缸位移传感器经过位置检测模块反馈至运动控制器中，运动控制器将检测到的液压油缸的位移量经过内部数据处理计算出对应的运行速度，并将得出的运行速度与此时对应的比例方向阀的命令值分别记录在运动控制器的数据存储区，每隔设定的扫描周期记录一组相应的数据，直至液压油缸运行完成。这样，就在运动控制器的数据存储区记录了该液压油缸运行时的实际速度与命令的大量数据；
步骤二、描点：将步骤一所记录的数据中液压油缸运行速度值设为直角坐标系的X轴，比例方向阀的命令值设为Y轴，通过描点法的得出该液压油缸在实际运行时比例方向阀的命令与液压油缸运行速度的轨迹曲线；
步骤三、非线性补偿曲线测定与存储：改变液压油缸的运行速度设定值，按照步骤中的方法反复测量出液压油缸在不同速度段实际运行时比例方向阀的命令与液压油缸运行速度的轨迹曲线，并将测量得出的所有曲线与理论计算曲线进行比较，就能得出不同的速度段比例方向阀的非线性补偿曲线，将该曲线通过人机交互单元编辑后保存至运动控制器的补偿曲线存储区；
步骤四、非线性补偿曲线调用：在实际应用时，根据设定的液压油缸的运行速度由运动控制器自动调用比例方向阀相应的补偿曲线，并将该曲线作用到模拟量输出模块上，以控制比例方向的开口大小，达到准确控制液压油缸运行速度与位移的目的；
步骤五、液压油缸同步运行：用相同的方法测量出所有比例方向阀的命令与对应液压油缸运行速度的轨迹曲线，得出比例方向阀的非线性补偿曲线并作用到模拟量输出模块，这样就能保证液压油缸在同一设定速度下保证相同运行速度的目的，此时，由于各个液压油缸对应的比例方向阀的控制命令大小是由理论计算值与非线性补偿值共同确定，所以模拟量输出模块输出的电压命令也会有所差异，该差异正是为了实现液压油缸的同步运行而由测量得出的非线性补偿曲线引起的。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）本发明是在多油缸驱动机械负载运行的过程中，通过描点法测量出各个比例方向阀命令与油缸运行速度的轨迹曲线，通过该曲线得出不同区间比例方向阀命令与油缸运行速度的函数关系，并将得出的函数关系预设至控制命令中，使油缸的运行以实际测量出的函数关系决定比例方向阀命令的大小，通过此种方式，就能确定不同液压油缸在同一运行速度下，对应比例阀的控制命令大小。运动控制器通过模拟量模块将控制命令输出到各油缸对应的比例方向阀，有效解决了多缸同步定位控制中比例阀的非线性控制，保证了多缸同步定位的精度和稳定性。
（2）本发明的技术方案适用于所有两组及以上液压油缸5共同驱动机械负载6的应用场景，能够有效解决多油缸同步定位运行时液压油缸5的同步性，保证机械负载6的定位精度及整个系统的稳定性。
（3）本发明的技术方案通过描点法准确测量出比例方向阀与油缸运行速度的实际曲线，并将理论曲线与实际测量曲线的差异(即比例方向阀非线性区的补偿曲线)，加载到比例方向阀的控制命令中,彻底消除因外界因素而产生的同一命令下液压油缸实际速度与位移的差异，保证多个液压油缸的高精度同步运行。
附图说明
图1是本发明的组成结构示意图；
图2是本发明的控制原理方框图；
图中：1-人机交互单元；2-运动控制器；3-模拟量输出模块 ；4-比例方向阀；5-液压油缸；6-机械负载；7-油缸位移传感器；8-位置检测模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种多缸同步比例阀非线性补偿系统，包括人机交互单元1、运动控制器2和模拟量输出模块3，所述人机交互单元1与运动控制器2通过控制线路连接，运动控制器2通过模拟量输出模块3与多个比例方向阀4连接，比例方向阀4分别与液压油缸5连接，液压油缸5的活塞杆伸出端与机械负载6连接，同时，液压油缸5上还连接有油缸位移传感器7，油缸位移传感器7通过检测模块8与运动控制器2连接。
本发明提供的多缸同步比例阀非线性补偿系统是一种微型的独立控制系统，可集成到任意的多缸同步控制系统中，主要包括运动控制器、模拟量输出模块、比例方向阀、液压油缸、油缸位移传感器、位置检测模块等。运动控制器通过模拟量模块将将±10V的电压命令以百分比形式输出到比例方向阀，比例方向阀命令的大小控制油缸的运行速度，油缸位移及速度通过连接到位置检测模块上的油缸位移传感器反馈至运动控制器中，形成全闭环控制系统。理论上，只需要给液压油缸设定同一运行速度，则比例方向阀对应相同的控制命令，在保证同时发出启动或停止命令的情况下，就能够保证各油缸位置与速度的同步运行。但在实际应用中，比例方向阀即使在同一命令下，各油缸的运行速度及位移也是各有差异的，导致多油缸共同驱动的机械负载偏斜、抖动、定位精度差等不利因素。
如图2所示，一种多缸同步比例阀非线性补偿方法，采用上述的多缸同步比例阀非线性补偿系统，包括以下步骤：
步骤一、数据记录与存储：先以理论计算值的百分比形式设定液压油缸5的运行速度，通过运动控制器2同步启动所有液压油缸5开始运行，将各个液压油缸5的实际位移值由油缸位移传感器7经过位置检测模块8反馈至运动控制器2中，运动控制器2将检测到的液压油缸5的位移量经过内部数据处理计算出对应的运行速度，并将得出的运行速度与此时对应的比例方向阀4的命令值分别记录在运动控制器2的数据存储区，每隔设定的扫描周期记录一组相应的数据，直至液压油缸5运行完成。这样，就在运动控制器2的数据存储区记录了该液压油缸5运行时的实际速度与命令的大量数据；
步骤二、描点：将步骤一所记录的数据中液压油缸5运行速度值设为直角坐标系的X轴，比例方向阀4的命令值设为Y轴，通过描点法的得出该液压油缸5在实际运行时比例方向阀4的命令与液压油缸5运行速度的轨迹曲线；
步骤三、非线性补偿曲线测定与存储：改变液压油缸5的运行速度设定值，按照步骤1中的方法反复测量出液压油缸5在不同速度段实际运行时比例方向阀4的命令与液压油缸5运行速度的轨迹曲线，并将测量得出的所有曲线与理论计算曲线进行比较，就能得出不同的速度段比例方向阀4的非线性补偿曲线，将该曲线通过人机交互单元1编辑后保存至运动控制器2的补偿曲线存储区；
步骤四、非线性补偿曲线调用：在实际应用时，根据设定的液压油缸5的运行速度由运动控制器2自动调用比例方向阀4相应的补偿曲线，并将该曲线作用到模拟量输出模块3上，以控制比例方向4的开口大小，达到准确控制液压油缸5运行速度与位移的目的；
步骤五、液压油缸同步运行：用相同的方法测量出所有比例方向阀4的命令与对应液压油缸5运行速度的轨迹曲线，得出比例方向阀4的非线性补偿曲线并作用到模拟量输出模块3，这样就能保证液压油缸5在同一设定速度下保证相同运行速度的目的，此时，由于各个液压油缸5对应的比例方向阀4的控制命令大小是由理论计算值与非线性补偿值共同确定，所以模拟量输出模块3输出的电压命令也会有所差异，该差异正是为了实现液压油缸5的同步运行而由测量得出的非线性补偿曲线引起的。
本发明的技术方案适用于所有两组及以上液压油缸5共同驱动机械负载6的应用场景，能够有效解决多油缸同步定位运行时液压油缸5的同步性，保证机械负载6的定位精度及整个系统的稳定性。
本发明的技术方案通过描点法准确测量出比例方向阀与油缸运行速度的实际曲线，并将理论曲线与实际测量曲线的差异(即比例方向阀非线性区的补偿曲线)，加载到比例方向阀的控制命令中,彻底消除因外界因素而产生的同一命令下液压油缸实际速度与位移的差异，保证多个液压油缸的高精度同步运行。
以上的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为机械制造领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种多缸同步比例阀非线性补偿系统，其特征在于，包括人机交互单元（1）、运动控制器（2）和模拟量输出模块（3），所述人机交互单元（1）与运动控制器（2）通过控制线路连接，运动控制器（2）通过模拟量输出模块（3）与多个比例方向阀（4）连接，比例方向阀（4）分别与液压油缸（5）连接，液压油缸（5）的活塞杆伸出端与机械负载（6）连接，同时，液压油缸（5）上还连接有油缸位移传感器（7），油缸位移传感器（7）通过检测模块（8）与运动控制器（2）连接。
2.一种多缸同步比例阀非线性补偿方法，该方法采用权利要求1所述的一种多缸同步比例阀非线性补偿系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、数据记录与存储：先以理论计算值的百分比形式设定液压油缸（5）的运行速度，通过运动控制器（2）同步启动所有液压油缸（5）开始运行，将各个液压油缸（5）的实际位移值由油缸位移传感器（7）经过位置检测模块（8）反馈至运动控制器（2）中，运动控制器（2）将检测到的液压油缸（5）的位移量经过内部数据处理计算出对应的运行速度，并将得出的运行速度与此时对应的比例方向阀（4）的命令值分别记录在运动控制器（2）的数据存储区，每隔设定的扫描周期记录一组相应的数据，直至液压油缸（5）运行完成，这样，就在运动控制器（2）的数据存储区记录了该液压油缸（5）运行时的实际速度与命令的大量数据；
步骤二、描点：将步骤一所记录的数据中液压油缸（5）运行速度值设为直角坐标系的X轴，比例方向阀（4）的命令值设为Y轴，通过描点法的得出该液压油缸（5）在实际运行时比例方向阀（4）的命令与液压油缸（5）运行速度的轨迹曲线；
步骤三、非线性补偿曲线测定与存储：改变液压油缸（5）的运行速度设定值，按照步骤1中的方法反复测量出液压油缸（5）在不同速度段实际运行时比例方向阀（4）的命令与液压油缸（5）运行速度的轨迹曲线，并将测量得出的所有曲线与理论计算曲线进行比较，就能得出不同的速度段比例方向阀（4）的非线性补偿曲线，将该曲线通过人机交互单元（1）编辑后保存至运动控制器（2）的补偿曲线存储区；
步骤四、非线性补偿曲线调用：在实际应用时，根据设定的液压油缸（5）的运行速度由运动控制器（2）自动调用比例方向阀（4）相应的补偿曲线，并将该曲线作用到模拟量输出模块（3）上，以控制比例方向（4）的开口大小，达到准确控制液压油缸（5）运行速度与位移的目的；
步骤五、液压油缸同步运行：用步骤三和步骤四的方法测量出所有比例方向阀（4）的命令与对应液压油缸（5）运行速度的轨迹曲线，得出比例方向阀（4）的非线性补偿曲线并作用到模拟量输出模块（3），液压油缸（5）在同一设定速度下保证相同运行速度。
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