CN209244950U - 双阀控液压缸位置同步控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双阀控液压缸位置同步控制装置，同步装置主要由液压泵、溢流阀、分流集流阀、电液伺服阀、液压缸、活塞杆、位移传感器和模糊控制器等组成。两个位移传感器分别检测两个液压缸活塞杆移动时位移的数值并传送到模糊控制器，当两个位移数值时实做减法运算后偏差不为零时，控制器产生调节作用，通过控制输入电流的大小从而对电液伺服阀的阀芯开度进行调节，以改变流入液压缸中流量的大小，直到双液压缸的位移数值之差的理论值为零时，控制器的调节过程结束。本实用新型通过模糊控制对双液压缸位置进行调节，提高了系统的同步精度和响应速度，增强了系统的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种双阀控液压缸同步控制装置，属于液压控制技术领域。
背景技术
同步控制技术是随着大型设备负载能力增加和布局的日益复杂而发展起来的。大型机械设备和一些复杂的机构通常需要多个执行元件同时驱动一个工作部件，此时如何协调同步运动就显得十分突出了。
电液伺服系统的双缸同步控制应用十分广泛，由于电液伺服系统的双杠同步控制常存在较大程度的参数变化和大时变负载干扰，要实现长行程、高精度的双缸同步控制还是有一定的难度，所以对电液伺服系统双缸同步控制的研究是非常必要的。从系统的稳态特性、动态特性以及鲁棒性出发，进一步研究双缸同步控制系统的控制策略，提高系统的控制性能，这无疑对双缸同步控制系统在工程上的应用有着重要的意义。
发明内容
现有双缸同步控制技术存在一些缺陷，可靠性较差，同步精度较低，稳定性不高，安全性较差，控制过程响应速度慢，在需要同步响应快和要求同步精度高的场合，无法适应其实际需求。
为解决上述问题，本本实用新型提出一种双阀控液压缸位置同步控制装置，这种同步控制方式以同步误差为模糊控制器的输入，提高了位置同步精度，提高了液压系统的可靠性，有效提高了控制效果。
本实用新型的基本技术方案为：一种双阀控液压缸位置同步控制装置，其特征在于，主要由第一液压缸(1-1)、第二液压缸(1-2)、第一活塞杆(2-1)、第二活塞杆(2-2)、第一位移传感器(3-1)、第二位移传感器(3-2)、模糊控制器(4)、第一电液伺服阀(5-1)、第二电液伺服阀(5-2)、分流集流阀(6)、溢流阀(7)、液压泵(8)和油箱(9) 等组成；液压泵(8)和油箱(9)相连，在液压泵(8)出口放置溢流阀(7)，调定液压泵(8)出口压力，保持系统压力稳定，液压泵(8) 的出油口和分流集流阀(6)相连，分流集流阀(6)分别和第一电液伺服阀(5-1)和第二电液伺服阀(5-2)相连，第一电液伺服阀(5-1) 的出油口和第一液压缸(1-1)的进油腔相连，进而推动第一活塞杆(2- 1)运动，第一电液伺服阀(5-1)的出油口接入油箱；第二电液伺服阀(5- 2)的出油口和与第二液压缸(1-2)的进油口相连，进而推动第二活塞杆(2-2)运动，第二电液伺服阀(5-2)的出油口接油箱；第一位移传感器(3-1)用于检测第一液压缸(1-1)的第一活塞杆(2-1)的位移，第二位移传感器(3-2)用于检测第二液压缸(1-2)的第二活塞杆(2-2)的位移，位移检测结果分别传送到第一电液伺服阀(5-1) 和第二电液伺服阀(5-2)中，同时还传送到模糊控制器(4)，模糊控制器根据两液压缸活塞杆的当前位置数值的差值对电液伺服阀进行多次调节，直到第一液压缸(1-1)和第二液压缸(1-2)的活塞杆位移之差的理论值为零为止。
模糊控制器对双液压缸位置进行同步控制，通过以下公式可对系统进行相应的调节，公式如下：
第一公式ε＝Xp1-Xp2
第二公式Xv＝KxvΔi
第三公式ApPL＝mts2Xp+BpsXp+KXp+FL
第四公式
第一公式中，ε为两液压缸的同步误差，Xp1是液压缸1的位置检测值， Xp2是液压缸2的位置检测值；第二公式中，Kxv是伺服阀阀系数，Δi 为伺服阀输入电流变化量；第三公式中，Ap是液压缸活塞有效面积， mt为活塞及负载折算到活塞上的总质量；s为拉普拉斯变换的数学算子，Xp是活塞位移，Bp为活塞及负载的粘性阻尼系数，K为负载弹簧刚度，FL为外负载力。第四公式中，Kq为伺服阀的流量增益，Ctp为液压缸总泄露系数，Vt为液压缸总压缩面积，βe为有效体积弹性模量， Kc为伺服阀流量——压力系数；通过以上几个公式推导的出系统的传递函数，为接下来的控制做准备。
模糊控制器采用单输入单输出控制，取位置系统的同步误差作为观察量，选取伺服阀的阀芯位移u作为控制量；将偏差ε划分为(5)个模糊集，负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)，同样将控制量u划分为(5)个模糊集，负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)。
本实用新型的有益效果是
本实用新型通过位移传感器检测两液压缸活塞杆的位置输出，然后计算出双液压缸活塞杆的同步误差，根据同步误差的大小调节第一电液伺服阀(5-1)和第二电液伺服阀(5-2)的阀芯位移大小，以达到双液压缸位置的同步，提高了双液压缸的同步精度，增强了系统的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型双阀控液压缸位置同步控制装置的结构示意图；
图2为本实用新型双阀控液压缸位置同步控制装置的方块图；
图3为模糊控制器输入ε的隶属度函数图；
图4为模糊控制器输出u的隶属度函数图；
图中：1、液压缸，2、活塞杆，3、位移传感器，4、模糊控制器，5、电液伺服阀，6、分流集流阀，7、溢流阀，8、液压泵，9、油箱。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的具体结构及实施形式。
结合图1至图4，一种双阀控液压缸位置同步控制装置，其特征在于，主要由第一液压缸(1-1)、第二液压缸(1-2)、第一活塞杆(2-1)、第二活塞杆(2-2)、第一位移传感器(3-1)、第二位移传感器(3-2)、模糊控制器(4)、第一电液伺服阀(5-1)、第二电液伺服阀(5-2)、分流集流阀(6)、溢流阀(7)、液压泵(8)和油箱(9)等组成；液压泵(8)和油箱(9)相连，在液压泵(8)出口放置溢流阀(7)，调定液压泵(8)出口压力，保持系统压力稳定，液压泵(8)的出油口和分流集流阀(6)相连，分流集流阀(6)分别和第一电液伺服阀(5- 1)和第二电液伺服阀(5-2)相连，第一电液伺服阀(5-1)的出油口和第一液压缸(1-1)的进油腔相连，进而推动第一活塞杆(2-1)运动，第一电液伺服阀(5-1)的出油口接入油箱；第二电液伺服阀(5-2)的出油口和与第二液压缸(1-2)的进油口相连，进而推动第二活塞杆 (2-2)运动，第二电液伺服阀(5-2)的出油口接油箱；第一位移传感器(3-1)用于检测第一液压缸(1-1)的第一活塞杆(2-1)的位移，第二位移传感器(3-2)用于检测第二液压缸(1-2)的第二活塞杆(2- 2)的位移，位移检测结果分别传送到第一电液伺服阀(5-1)和第二电液伺服阀(5-2)中，同时还传送到模糊控制器(4)，模糊控制器根据两液压缸活塞杆的当前位置数值的差值对电液伺服阀进行多次调节，直到第一液压缸(1-1)和第二液压缸(1-2)的活塞杆位移之差的理论值为零为止。
通过模糊控制器对双液压缸位置进行同步控制，通过以下公式可对系统进行相应的调节，公式如下：
第一公式ε＝Xp1-Xp2
第二公式Xv＝KxvΔi
第三公式ApPL＝mts2Xp+BpsXp+KXp+FL
第四公式
第一公式中，ε为两液压缸的同步误差，Xp1是液压缸1的位置检测值， Xp2是液压缸2的位置检测值；第二公式中，Kxv是伺服阀阀系数，Δi 为伺服阀输入电流变化量；第三公式中，Ap是液压缸活塞有效面积，mt为活塞及负载折算到活塞上的总质量；s为拉普拉斯变换的数学算子，Xp是活塞位移，Bp为活塞及负载的粘性阻尼系数，K为负载弹簧刚度，FL为外负载力。第四公式中，Kq为伺服阀的流量增益，Ctp为液压缸总泄露系数，Vt为液压缸总压缩面积，βe为有效体积弹性模量， Kc为伺服阀流量——压力系数；通过以上几个公式推导的出系统的传递函数，为接下来的控制做准备。
模糊控制器采用单输入单输出控制，取双阀控液压缸位置同步控制装置的同步误差作为观察量，选取伺服阀的阀芯位移作为控制量u；当ε不为零时，调节第一电液伺服阀(5-1)和第二电液伺服阀(5-2)，当ε大于0时，即第二液压缸(1-2)的第二活塞杆(2-2)的位移超出第一液压缸(1-1)的第一活塞杆(2-1)，增加第一电液伺服阀(5-1) 的流量，使得第一液压缸(1-1)的第一活塞杆(1-1)的位移增加，减小第二电液伺服阀(5-2)的流量，使得第二液压缸(1-2)的第二活塞杆(2-2)位移减小，使两液压缸活塞杆达到位置的同步；控制量u为正表示通过减小第一伺服阀(5-1)的流量调整第一液压缸(1-1) 的活塞杆位置和通过增加第二电液伺服阀(5-2)的流量调整第二液压缸 (1-2)的活塞杆位置；
将偏差ε划分为5个模糊集，负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)，同样将控制量u划分为(5)个模糊集，负大(NB)、负小 (NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)。设定偏差ε的取值范围为[-3，3]，接着制定模糊规则：
(1)若ε负大，则u负大；
(2)若ε负小，则u负小；
(3)若ε为零，则u为零；
(4)若ε正小，则u正小；
((5))若ε正大，则u正大；
根据制定的模糊规则，通过相应的模糊集合运算，可得到模糊关系集合R。
| IF | NB<sub>e</sub> | NS<sub>e</sub> | ZO<sub>e</sub> | PS<sub>e</sub> | PB<sub>e</sub> |
| THEN | NB<sub>u</sub> | NS<sub>u</sub> | ZO<sub>u</sub> | PS<sub>u</sub> | PB<sub>u</sub> |
然后进行模糊决策，u可由偏差矩阵e和模糊关系矩阵R合成得到，即u＝ε*R。
接下来进行控制量的反模糊化，采用工业上应用最广的加权平均法。通过反模糊化实现模糊控制器对双缸位置同步系统的同步误差进行控制，实现双液压缸位置同步；
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征。本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书描述的只是实用新型的原理，在不脱离本实用实质的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些实用新型和改进都属于要求保护的范围之内。
Claims (2)
1.一种双阀控液压缸位置同步控制装置，其特征在于，主要由第一液压缸(1-1)、第二液压缸(1-2)、第一活塞杆(2-1)、第二活塞杆(2-2)、第一位移传感器(3-1)、第二位移传感器(3-2)、模糊控制器(4)、第一电液伺服阀(5-1)、第二电液伺服阀(5-2)、分流集流阀(6)、溢流阀(7)、液压泵(8)和油箱(9)等组成；液压泵(8)和油箱(9)相连，在液压泵(8)出口放置溢流阀(7)，调定液压泵(8)出口压力，保持系统压力稳定，液压泵(8)的出油口和分流集流阀(6)相连，分流集流阀(6)分别和第一电液伺服阀(5-1)和第二电液伺服阀(5-2)相连，第一电液伺服阀(5-1)的出油口和第一液压缸(1-1)的进油腔相连，进而推动第一活塞杆(2-1)运动，第一电液伺服阀(5-1)的出油口接入油箱；第二电液伺服阀(5-2)的出油口和与第二液压缸(1-2)的进油口相连，进而推动第二活塞杆(2-2)运动，第二电液伺服阀(5-2)的出油口接油箱；第一位移传感器(3-1)用于检测第一液压缸(1-1)的第一活塞杆(2-1)的位移，第二位移传感器(3-2)用于检测第二液压缸(1-2)的第二活塞杆(2-2)的位移，位移检测结果分别传送到第一电液伺服阀(5-1)和第二电液伺服阀(5-2)中，同时还传送到模糊控制器(4)，模糊控制器根据两液压缸活塞杆的当前位置数值的差值对电液伺服阀进行多次调节，直到第一液压缸(1-1)和第二液压缸(1-2)的活塞杆位移之差的理论值为零为止。
2.根据权利要求1所述的一种双阀控液压缸位置同步控制装置，其特征是，双阀控液压缸位置同步装置中安装分流集流阀，当两液压缸承受不同的负载或受到外力干扰时，能通过压力和流量调节使得双液压缸运动同步。
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| CN113175223A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-27 | 中建七局第四建筑有限公司 | 一种演艺剧场钢结构同步滑移结构 |
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