主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于液压伺服与比例控制系统电液比例流量阀技术领域，具体是一种主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置及控制方法。包括主阀、柱塞泵/马达、伺服电机、控制电路和集成一体化壳体，所述的集成一体化壳体内设置有电路安装板、伺服电机腔和柱塞泵安装腔，电路安装板上安装有控制电路，控制电路上设置有信号输入输出口和电源输入口，伺服电机腔内安装有伺服电机，伺服电机由控制电路控制，伺服电机腔两端分别设置有与外界连通的冷却进油口和冷却回油口，柱塞泵安装腔内安装有柱塞泵/马达，伺服电机通过花键轴与柱塞泵/马达连接，柱塞泵/马达与主阀连接。本发明专利技术的能量回馈制动无须改变系统硬件结构，只需对回馈电流进行柔性控制。

Electro hydraulic proportional flow valve and control device and control method of active pilot control

The invention belongs to the technical field of electro-hydraulic proportional flow valve of hydraulic servo and proportional control system, in particular to an electro-hydraulic proportional flow valve and control device and control method controlled by an active pilot stage. The integrated shell includes a main valve, a plunger pump/motor, a servo motor, a control circuit and an integrated shell. A circuit mounting plate, a servo motor cavity and a plunger pump mounting cavity are arranged in the integrated shell, and a control circuit is installed on the circuit mounting plate, and a signal input and output port and a power input port are arranged in the control circuit to serve. Servo motor is installed in the chamber of the suit motor, which is controlled by the control circuit. Cooling inlet and cooling return inlet are respectively arranged at both ends of the chamber. Plunger pump/motor is installed in the installation chamber of the plunger pump. Servo motor is connected with the plunger pump/motor through the spline shaft, and the plunger pump/motor is connected with the main valve. Then. The energy feedback braking of the invention does not need to change the hardware structure of the system, but only needs to flexibly control the feedback current.

【技术实现步骤摘要】
主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置及控制方法
本专利技术属于液压伺服与比例控制系统电液比例流量阀
，具体是一种主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置及控制方法。
技术介绍
重大机械装备的现代化水平是我们国家科技发展水平的重要标志之一，由于重大机械装备较多数利用的是液压驱动方式，因而重大装备的发展水平很大程度上体现在电液控制系统的性能水平上，而液压元件的技术水平是决定电液控制系统性能水平的重要指标。电液比例流量阀是很多重大机械装备中电液控制系统的核心部件，在海洋工程、铁路隧道工程、航空、航天、核电等领域得到了广泛的应用，成为流体传动及控制
最重要的控制元件之一。传统电液比例流量阀具有良好的静动态特性，但低工作压力范围的可控性差、动态响应慢；当负载压力变化时，主阀流量也会随之发生较大的变化。为了减小负载变化对主阀的影响，需要在阀的主流道上设置压差补偿器或流量检测元件，这样，不仅增大了阀的体积及制造难度，还削弱了阀的通流能力，造成较大的能量损耗并且引起发热。对于大流量的应用场合，由于能量损耗的制约，这样的技术便无用武之地，只能通过控制阀的开口面积间接控制流量，影响主阀的控制性能。受负载变化的影响，使得控制精度降低是制约高精度电液比例流量阀的关键性技术难题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提供一种主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置及控制方法。本专利技术采取以下技术方案：一种主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置，包括主阀、柱塞泵/马达、伺服电机、控制电路和集成一体化壳体，所述的集成一体化壳体内设置有电路安装板、伺服电机腔和柱塞泵安装腔，电路安装板上安装有控制电路，控制电路上设置有信号输入输出口和电源输入口，伺服电机腔内安装有伺服电机，伺服电机由控制电路控制，伺服电机腔两端分别设置有与外界连通的冷却进油口和冷却回油口，柱塞泵安装腔内安装有柱塞泵/马达，伺服电机通过花键轴与柱塞泵/马达连接，柱塞泵/马达与主阀连接。其中，控制电路的信号输入输出口通过比较器I与速度控制器连接，速度控制器依次通过限幅器I、比较器II与电流控制器连接，电流控制器通过与限幅器II与PMW连接，PMW与逻辑判断器连接，逻辑判断器与逆变器连接，逆变器与比较器II连接，速度控制器通过方向判断器与逻辑判断器连接，逆变器与控制器连接，控制器上接有泄放电路、蓄电池和负载，控制器与伺服电机连接，控制器与伺服电机之间还连接有电流/电压传感器，伺服电机由电流控制器控制。进一步的，主阀包括主阀控制腔，主阀控制腔上分别设置有A口、B口和C口，主阀控制腔内设置有可上下移动的阀芯，阀芯上端与主阀壳体之间设置有弹簧，所述的阀芯内设置有单向阀I和单向阀II，单向阀I一端与A口连通，单向阀I另一端与C口连通，单向阀II一端与B口连通，单向阀II另一端与C口连通，B口和C口分别接柱塞泵/马达的进出油口。进一步的，伺服电机包括伺服电机转子和伺服电机定子，伺服电机转子设置在伺服电机定子内，伺服电机转子内部为中空结构。一种主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置的控制方法，包括以下步骤，1）该伺服控制系统设置有电流/电压传感器，对伺服电机的状态进行实时监测，根据伺服电机输入的电流与电压，对其极性进行判断得到伺服电机的正/反转信号，当极性为正时，正/反转信号为“1”，正转逻辑判断器导通；反之，反转逻辑判断器导通。2）对电流环采用电流滞环跟踪控制，其中速度环为比较器I、速度控制器、限伏器、比较器II、电流控制器、PMW、逻辑功率管、逆变器、控制器以及柱塞泵/马达组成的环向连接；电流环为比较器II、电流控制器、PMW、逻辑功率管和逆变器组成的环向连接；电流滞环跟踪控制的过程为，将给定的三相定子电流信号与检测到的相应定子电流信号做比较，若实际电流大于给定值,则通过逆变器使之减小,反之增大。这样,电流波形围绕给定正弦波作锯齿状变化，并将限制其偏差。同时,电压波形成为宽度被调制的PWM波形。电流滞环跟踪控制的逆变器实际上已构成了砰一砰控制的电流闭环，若忽略逆变器延迟时间，当偏差较小时,电机电流可以被认为是随时可控的。这就将电机复杂的电压模型改造成电流模型，使控制简单,适宜于矢量控制。同时这种电流闭环又使对象的动态响应加快，环内的扰动可被克服，还可以防比逆变器过流，从而对功率开关元件于分有利。电流控制器通过磁链、转速计算转矩补偿控制伺服电机工作。磁链、转速计算转矩补偿方法为：当伺服电机为交流电机时，高性能的交流伺服系统仅要求对伺服指令做出快速响应是不够的，它还要求当外部即使出现大的扰动或对象特性变化时也能保证良好的响应性能，即在电机外部参数变化时系统要有很强的抗干扰性能，使系统动态特性不随外部参数的变化而变化。但是负载转矩跟转动惯量一样，也是个很难直接测量的非电物理量，因此也需要对其在线观测。电磁转矩与电机交轴电流有着直接的线性关系，而电机转速又比较容易测量，这使负载转矩的观测成为可能，为此本专利技术设计了负载观测器，实时地检测负载转矩的变化，然后对定子电流进行动态地补偿。2）当伺服电机处于发电工况时，通过逆变器控制伺服电机运转，将回馈的电能储存到蓄电池中给负载使用，也可以是通过泄放回路将多余的电能释放掉，还可以连接负载直接给负载使用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.采用小型双向液压泵/马达，先导级流量就可不受压差大小和方向的影响，高压油流量随电机的旋转方向而改变流动方向，随电机的转速而改变大小。2.驱动电路、控制电路与液压泵、电机在同一壳体内，这样该阀可以小型化、集成化、智能化。3.由于液压泵/马达、电机在同一壳体内，这样电机可以做成湿式散热，即让电机浸入液压油中，让液压油带走电机工作过程的热量，这样电机可以通过更大的电流，电机尺寸也可以小型化，电机寿命更高。4.阀的参数和放大倍数可以通过总线来改变，从而具有极大的灵活性。有位置、压力和同步算法可以随时调用，有故障诊断功能，在没有区域总线的环境中，该阀也可以通过模拟方式来驱动。5.本专利技术的能量回馈制动无须改变系统硬件结构，只需对回馈电流进行柔性控制,即可实现较好的制动效果。附图说明图1为主动先导级控制的电液比例流量阀工作原理图；图2为高精度主动先导级控制的电液比例流量阀试验系统示意图；图3为主动先导级控制的电液比例流量阀部分结构示意图I；图4为主动先导级控制的电液比例流量阀部分结构示意图II；图5为主阀结构示意图；图6为本专利技术结构示意图；图中1-控制电路，2-信号输入输出口，3-电源输入口，4-柱塞泵/马达，5-集成一体化壳体，6-伺服电机腔，7-冷却进油口，8-伺服电机，9-冷却回油口，10-主阀，11-柱塞泵安装腔，12-柱塞泵进油口，13-柱塞泵回油口，14-花键轴，15-伺服电机转子，16-伺服电机定子，17-弹簧，18-主阀控制腔，19-阀芯，20-单向阀I，21-单向阀II，22-比较器I，23-速度控制器，24-方向判断器，25-限幅器I，26-比较器II，27-电流控制器，28-PMW，29-逻辑判断器，30-逆变器，31-控制器，32-电流/电压传感器，33-限幅器II。具体实施方式如图1所示，一种主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置，包括主阀10、柱塞泵/马达4、伺服电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置，其特征在于：包括主阀（10）、柱塞泵/马达（4）、伺服电机（8）、控制电路（1）和集成一体化壳体（5），所述的集成一体化壳体（5）内设置有电路安装板、伺服电机腔（6）和柱塞泵安装腔（11），电路安装板上安装有控制电路（1），控制电路（1）上设置有信号输入输出口（2）和电源输入口（3），伺服电机腔（6）内安装有伺服电机（8），伺服电机（8）由控制电路（1）控制，伺服电机腔（6）两端分别设置有与外界连通的冷却进油口（7）和冷却回油口（9），柱塞泵安装腔（11）内安装有柱塞泵/马达（4），伺服电机（8）通过花键轴（14）与柱塞泵/马达（4）连接，柱塞泵/马达（4）与主阀（10）连接；其中，控制电路（1）的信号输入输出口（2）通过比较器I（22）与速度控制器（23）连接，速度控制器（23）依次通过限幅器I（25）、比较器II（26）与电流控制器（27）连接，电流控制器（27）通过限幅器II（33）与PMW（28）连接，PMW（28）与逻辑判断器（29）连接，逻辑判断器（29）与逆变器（30）连接，逆变器（30）与比较器II（22）连接，速度控制器（23）通过方向判断器（24）与逻辑判断器（29）连接，逆变器（30）与控制器（31）连接，控制器（31）上接有泄放电路、蓄电池和负载，控制器（31）与伺服电机（8）连接，控制器与伺服电机（8）之间还连接有电流/电压传感器（32），伺服电机（8）由电流控制器（27）控制。...

【技术特征摘要】
1.一种主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置，其特征在于：包括主阀（10）、柱塞泵/马达（4）、伺服电机（8）、控制电路（1）和集成一体化壳体（5），所述的集成一体化壳体（5）内设置有电路安装板、伺服电机腔（6）和柱塞泵安装腔（11），电路安装板上安装有控制电路（1），控制电路（1）上设置有信号输入输出口（2）和电源输入口（3），伺服电机腔（6）内安装有伺服电机（8），伺服电机（8）由控制电路（1）控制，伺服电机腔（6）两端分别设置有与外界连通的冷却进油口（7）和冷却回油口（9），柱塞泵安装腔（11）内安装有柱塞泵/马达（4），伺服电机（8）通过花键轴（14）与柱塞泵/马达（4）连接，柱塞泵/马达（4）与主阀（10）连接；其中，控制电路（1）的信号输入输出口（2）通过比较器I（22）与速度控制器（23）连接，速度控制器（23）依次通过限幅器I（25）、比较器II（26）与电流控制器（27）连接，电流控制器（27）通过限幅器II（33）与PMW（28）连接，PMW（28）与逻辑判断器（29）连接，逻辑判断器（29）与逆变器（30）连接，逆变器（30）与比较器II（22）连接，速度控制器（23）通过方向判断器（24）与逻辑判断器（29）连接，逆变器（30）与控制器（31）连接，控制器（31）上接有泄放电路、蓄电池和负载，控制器（31）与伺服电机（8）连接，控制器与伺服电机（8）之间还连接有电流/电压传感器（32），伺服电机（8）由电流控制器（27）控制。2.根据权利要求1所述的主动先导级控制的电液比例流量阀与控制装置，其特征在于：所述的主阀（10）包括主阀控制腔（18），主阀控制腔（18）上分别设置有A口、B口和C口，主阀控制腔（18）内设置有可上下移动的阀芯（19），阀芯（19）上端与主阀壳体之间设置有弹簧（17），所述的阀芯（19...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宏君，秦强，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14