液压促动器及其用于实现定位控制和位置反馈的方法技术

一种液压促动器，包括液压缸组件、液压系统和本地闭环控制系统，所述液压缸组件包括单作用油缸、位移传感器和上下耳环；其中上耳环与活塞采用螺纹相连接，位移传感器安装于下端盖上，其测杆穿过下端盖、伸入活塞内，位移传感器的磁环装在活塞端部，活塞伸缩带着磁环移动；通过测杆内的波导管感知磁环的具体位置，从而检测出活塞的绝对位置；所述液压系统包括电机、泵、两个无泄漏换向阀、压力传感器等，其作用是为液压缸提供液压动力，并进行流量控制；本地闭环控制系统包括主电路模块，电源模块、传感器模块组和微处理器模块；该液压促动器定位精度高、成本低，既能实现油缸精确换源、扫描、跟踪和保位，又能保证促动器低速运行时连续平稳控制。

【技术实现步骤摘要】
液压促动器及其用于实现定位控制和位置反馈的方法
本专利技术是涉及一种可以定位控制和位置反馈的伸缩机构及其用于实现定位控制和位置反馈的方法，特别是一种液压促动器及其用于实现定位控制和位置反馈的方法。
技术介绍
液压促动器是一种可以用于定位控制和位置反馈的伸缩机构，目前被广泛用于液压千斤顶系统，现有的一种液压促动器(申请公布号为CN103307059A)采用油泵直接供油实现促动器伸缩缸；而油泵都有最低稳定速度特性，目前国内外油泵输出稳定的最低流量达到最高流量的1/8已经非常好了，也就说采用上述专利的促动器稳定的最低速度为最高速度的1/8，需要更低就存在死区，实际工况需要0-1.6mm/s，如果以最高速度作为基准设计，那么低于0.2mm/s速度，只能采用间断供油方式，运行就不能连续，实时跟踪、定位精度低，难以满足实际工况要求；同时上述专利采用了PLC控制体积大、成本高，对于需求上千台液压促动器的工程来讲，总成本太高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种定位精度高、成本低的液压促动器，同时提供了该液压促动器用于实现定位控制和位置反馈的方法，该液压促动器既能实现油缸精确换源、扫描、跟踪、保位，又能保证促动器低速运行时连续平稳控制，较好地解决了已有技术存在的上述问题。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：一种液压促动器，包括液压缸组件、液压系统和本地闭环控制系统，其特征在于：所述的液压缸组件包括一台单作用液压油缸、上耳环、缸头、前密封板、缸筒、活塞、油管、阀座、气管、下端盖、磁致伸缩位移传感器和下耳环；其中上耳环与活塞采用螺纹相连接，前密封板作密封和导向作用，下端盖与缸筒焊接为一体，磁致伸缩位移传感器安装于下端盖上，其测杆穿过下端盖、伸入活塞内，磁致伸缩位移传感器的磁环装在活塞端部，活塞伸缩带着磁环移动；通过测杆内的波导管感知磁环的具体位置，从而检测出活塞的绝对位置，其相应信号发送给上位机；所述液压系统包括电机、泵、无泄漏换向阀Ⅰ、无泄漏换向阀Ⅱ、油压传感器、气压传感器、防爆阀、充气阀、过滤器、单向阀、溢流阀、恒流量阀、线塞、阀块和油温传感器，电机与泵采用联轴器连接之后整体固定于阀块上，其余液压元件-包括无泄漏换向阀Ⅰ、无泄漏换向阀Ⅱ、防爆阀、充气阀、过滤器、单向阀、溢流阀、恒流量阀、线塞、油压传感器和油温传感器均通过螺纹固定于阀块上，各元件由阀块内部孔道相连，形成液压回路；为液压缸提供液压动力，并进行流量控制；所述本地闭环控制系统包括主电路模块，电源模块、传感器模块组和微处理器模块；所述主电路模块由单相EMI滤波器、电抗器、变频器和驱动电机组成；所述电源模块采用两路AC/DC，分别提供DC24V和DC3.3V直流电；所述传感器模块组包括磁致伸缩位移传感器、油压传感器、气压传感器、油温传感器和电气舱温度传感器；所述微处理器模块采用嵌入式微处理器，该微处理器拥有多路I/O接口、多路CAN总线接口、多路A/D转换接口以及多路UART通信接口；所述本地闭环控制系统通过嵌入式微处理器和传感器组模块，采集油温、电气舱温度、有杆腔液压油的压力以及电气舱惰性气体压力、促动器活塞杆位移等促动器的各状态参数；当接到上位机命令：要求按给定速度扫描、跟踪、保位时，工业级嵌入式微处理器通过预定的控制算法，发出指令实时调节变频器的频率，从而调节电机转速，改变泵输出流量，并同时控制换向阀的动作，实现油缸精确扫描、跟踪、保位。所述液压促动器的进一步技术方案是：所述液压系统封装在液压系统壳内，壳内充一定压力的惰性气体，所述本地闭环控制系统的主电路模块、电源模块、微处理器模块以及传感器模块组的电气舱温度传感器、气压传感器都集中安装在促动器的由金属外罩密封的电气舱内，用螺钉固定于阀块上，用于促动器与外界的连接接口：电源接口、手动接口和光电转换器均固定于阀块外露四方面上，控制系统的电源进线和信号线均通过线塞连接，信号线通过光电转换模块转为光纤信号与上位机相连。所述液压促动器的更进一步技术方案是：所述本地闭环控制系统的微处理器模块的多个接口包括：电源接口；用于与电源模块连接，为微处理器、传感器提供电源；数字I/O口：用于微处理器与油温传感器、电气舱温度传感器的连接；4-20mA模拟量输入接口：分别用作油压传感器接口以及气压传感器接口；SSI数字式磁致伸缩传感器接口：用于连接磁致伸缩位移传感器接口；CAN接口：连接光电转换器，用于微处理器与上位控制系统之CAN总线或RS485光纤网络的连接；备用4个通道的数字I/O接口：用于微处理器与电磁阀驱动模块的连接；机旁手动接口：是微处理器模块与手动操作设备通信的接口，实现机旁手动操作功能，同时，还能通过该接口实现软件升级功能；RS485接口：用于连接变频器。其相关的另一技术方案是：一种定位控制和位置反馈的方法，是将本专利技术所述的液压促动器用于实现定位控制和位置反馈的方法，所述的液压促动器，包括液压缸组件、液压系统、控制系统；将液压促动器液压缸组件之单作用油缸下耳环端与地锚铰接，上耳环与连接索网活动节点的下拉索索头铰接，根据上位机发出的位置和速度指令，促动器克服索网的内力产生下拉索力，通过改变伸缩杆的位移而改变地锚点与索网活动节点下拉索端头的间距，从而调整索网的活动节点位置，最终实现FAST的反射面的动态调整；其具体作法是：当需要换源时，液压促动器按1.6mm/s速度伸缸或缩缸，若需要缩缸，无泄漏换向阀Ⅱ得电，恒流量阀Q1为0，泵输出的流量全部进入油缸，可通过变频调速来改变输入油缸流量大小，从而调节油缸活塞速度；若需要伸缸，打开换向阀，油缸有杆腔流量经过恒流量阀回到油箱，活塞以最大速度1.6mm/s伸缸；当需要跟踪时，即速度为0-0.58mm/s,促动器处于低速运行,这时伸缸采用泵向液压系统补油，补油的多少决定伸缸速度减少多少，即补得多、伸缸速度减少得越多，相对活塞伸缸速度越小，反之补油少，活塞伸缸速度大；低速缩缸也采用泵与恒流量阀联合控制，打开恒流量阀，将泵流量开到大于恒流量阀，多余的流量进入油缸，使油缸缩缸；提高变频器频率即提高泵的输出流量，可提高油缸缩缸速度，当频率达48Hz时，对应的缩缸速度为0.58mm/s，当电机频率降低，缩缸速度减少，频率为36Hz时，缩缸速度为0.05mm/s；促动器跟踪速度为0-0.58mm/s时，对应的电机频为35Hz-48.5Hz，属于变频电机正常使用范围；当需要扫描时,即快速跟踪、速度要求为0-1.16mm/s，这一速度要求可分成两段来实现，即0-0.58mm/s和0.58-1.16mm/s,对于0-0.58mm/s可按跟踪速度方法实现；对于0.58-1.16mm/s的速度的要求：当需要伸缸时，打开无泄漏换向阀Ⅰ，恒流量阀按恒定流量排油，采用油泵补油方式可降低伸缸的速度，补油的多少通过变频调速来实现；若以0.6mm/s伸缸，对应的电机频率为22Hz，若以1.16mm/s伸缸，对应的电机频率为10Hz，整个过程电机、泵工作属于正常工作范围；需要缩缸时，使无泄漏换向阀Ⅱ得电，恒流量阀不过油，泵输出的流量全部进入油缸，调节电机频率可改变泵的输出流量来适应于其扫描速度0.58-1.16mm/s要求；电机对应的频率为25-42Hz,属于变频电机正常使用范围。所述定位控制和位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压促动器，包括液压缸组件（Ⅰ）、液压系统（Ⅱ）和本地闭环控制系统（Ⅲ），其特征在于：所述的液压缸组件(Ⅰ)包括一台单作用液压油缸（3）、上耳环（4）、缸头（5）、前密封板（6）、缸筒（7）、活塞（8）、油管（9）、阀座（10）、气管（11）、下端盖（12）、磁致伸缩位移传感器（13）和下耳环（14）；其中上耳环（4）与活塞（8）采用螺纹相连接，前密封板（5）作密封和导向作用，下端盖（12）与缸筒焊接为一体，磁致伸缩位移传感器（13）安装于下端盖（12）上，其测杆穿过下端盖、伸入活塞内，磁致伸缩位移传感器的磁环装在活塞端部，活塞伸缩带着磁环移动；通过测杆内的波导管感知磁环的具体位置，从而检测出活塞的绝对位置，其相应信号发送给上位机； 所述液压系统（Ⅱ）包括电机（20）、泵（21）、无泄漏换向阀Ⅰ（18）、无泄漏换向阀Ⅱ（31）、油压传感器（19a）、气压传感器（19b）、防爆阀（26）、充气阀（27）、过滤器（25）、单向阀（29）、溢流阀（28）、恒流量阀（23）、线塞（24）、阀块（32）和油温传感器（30a），电机（20）与泵（21）采用联轴器连接之后整体固定于阀块（32）上，其余液压元件‑包括无泄漏换向阀Ⅰ（18）、无泄漏换向阀Ⅱ（31）、防爆阀（26）、充气阀（27）、过滤器（25）、单向阀（29）、溢流阀（28）、恒流量阀（23）、线塞（24）、油压传感器（19a）和油温传感器（30a）均通过螺纹固定于阀块（32）上，各元件由阀块内部孔道相连，形成液压回路；为液压缸提供液压动力，并进行流量控制； 所述本地闭环控制系统（Ⅲ）包括主电路模块(Ⅲ1)，电源模块(Ⅲ2)、传感器模块组(Ⅲ3)和微处理器模块(Ⅲ4)；所述主电路模块(Ⅲ1)由单相EMI滤波器(37)、电抗器(38)、变频器(36)和驱动电机(20)组成；所述电源模块(Ⅲ2)（34）采用两路AC/DC，分别提供DC 24V 和DC 3.3V直流电；所述传感器模块组(Ⅲ3)包括磁致伸缩位移传感器（13）、油压传感器（19a）、气压传感器（19b）、油温传感器（30a）、电气舱温度传感器（30b）；所述微处理器模块(Ⅲ4)采用嵌入式微处理器（35），该微处理器拥有多路I/O接口、多路CAN总线接口、多路A/D转换接口以及多路UART通信接口；所述本地闭环控制系统（Ⅲ）通过嵌入式微处理器（35）和传感器组模块，采集油温、电气舱温度、有杆腔液压油的压力以及电气舱惰性气体压力、促动器活塞杆位移等促动器的各状态参数；当接到上位机命令：要求按给定速度扫描、跟踪、保位时，工业级嵌入式微处理器通过预定的控制算法，发出指令实时调节变频器的频率，从而调节电机转速，改变泵输出流量，并同时控制换向阀的动作，实现油缸精确扫描、跟踪、保位。...

【技术特征摘要】
2013.12.18 CN 201310699119.81.一种液压促动器，包括液压缸组件（Ⅰ）、液压系统（Ⅱ）和本地闭环控制系统（Ⅲ），其特征在于：所述的液压缸组件(Ⅰ)包括一台单作用液压油缸（3）、上耳环（4）、缸头（5）、前密封板（6）、缸筒（7）、活塞（8）、油管（9）、阀座（10）、气管（11）、下端盖（12）、磁致伸缩位移传感器（13）和下耳环（14）；其中上耳环（4）与活塞（8）采用螺纹相连接，前密封板（6）作密封和导向作用，下端盖（12）与缸筒焊接为一体，磁致伸缩位移传感器（13）安装于下端盖（12）上，其测杆穿过下端盖、伸入活塞内，磁致伸缩位移传感器的磁环装在活塞端部，活塞伸缩带着磁环移动；通过测杆内的波导管感知磁环的具体位置，从而检测出活塞的绝对位置，其相应信号发送给上位机；所述液压系统（Ⅱ）包括电机（20）、泵（21）、无泄漏换向阀Ⅰ（18）、无泄漏换向阀Ⅱ（31）、油压传感器（19a）、气压传感器（19b）、防爆阀（26）、充气阀（27）、过滤器（25）、单向阀（29）、溢流阀（28）、恒流量阀（23）、线塞（24）、阀块（32）和油温传感器（30a），电机（20）与泵（21）采用联轴器连接之后整体固定于阀块（32）上，其余液压元件-包括无泄漏换向阀Ⅰ（18）、无泄漏换向阀Ⅱ（31）、防爆阀（26）、充气阀（27）、过滤器（25）、单向阀（29）、溢流阀（28）、恒流量阀（23）、线塞（24）、油压传感器（19a）和油温传感器（30a）均通过螺纹固定于阀块（32）上，各元件由阀块内部孔道相连，形成液压回路；该液压回路连接关系是：泵的出油口与阀块进油孔道连通，将泵的压力油送入阀块内部孔道，与泵（21）出油口相连的阀块（32）内部孔道同时与无泄漏换向阀Ⅱ（31）进油口、无泄漏换向阀Ⅰ（18）出油口、单向阀（29）进油口相连接，单向阀（29）出油口相连的阀块（32）内部孔道同时与无泄漏换向阀Ⅰ（18）进油口、溢流阀（28）进油口、油压传感器（19a）油口、单作用液压油缸（3）有杆腔油口相连接；无泄漏换向阀Ⅱ（31）出油口相连的阀块（32）内部孔道与恒流量阀（23）进油口相连接，恒流量阀（23）出油口相连的阀块（32）内部孔道同时与溢流阀（28）出油口、过滤器（25）进油口相连，过滤器（25）出油口与油箱内部空间相通；所述液压系统（Ⅱ）为油缸提供液压动力，并进行流量控制；所述本地闭环控制系统（Ⅲ）包括主电路模块(Ⅲ1)、电源模块(Ⅲ2)、传感器模块组(Ⅲ3)和微处理器模块(Ⅲ4)；所述主电路模块(Ⅲ1)由单相EMI滤波器(37)、电抗器(38)、变频器(36)和电机(20)组成；所述电源模块(Ⅲ2)采用两路AC/DC，分别提供DC24V和DC3.3V直流电；所述传感器模块组(Ⅲ3)包括磁致伸缩位移传感器（13）、油压传感器（19a）、气压传感器（19b）、油温传感器（30a）、电气舱温度传感器（30b）；所述微处理器模块(Ⅲ4)采用嵌入式微处理器（35），该微处理器拥有多路I/O接口、多路CAN总线接口、多路A/D转换接口以及多路UART通信接口；所述本地闭环控制系统（Ⅲ）通过嵌入式微处理器（35）和传感器模块组，采集油温、电气舱温度、有杆腔液压油的压力以及电气舱惰性气体压力、促动器活塞杆位移的状态参数信息；当接到上位机命令：要求按给定速度扫描、跟踪、保位时，工业级嵌入式微处理器通过预定的控制算法，发出指令实时调节变频器的频率，从而调节电机转速，改变泵输出流量，并同时控制换向阀的动作，实现油缸精确扫描、跟踪、保位。2.根据权利要求1所述的液压促动器，其特征在于：所述液压系统（Ⅱ）封装在液压系统外壳（2）内，壳内充一定压力的惰性气体，所述本地闭环控制系统（Ⅲ）的主电路模块(Ⅲ1)、电源模块(Ⅲ2)、微处理器模块(Ⅲ4)以及传感器模块组(Ⅲ3)的电气舱温度传感器（30b）、气压传感器（19b）都集中安装在促动器的由金属外罩密封的电气舱内，用螺钉固定于阀块（32）上，用于促动器与外界的连接接口：电源接口（16）、手动接口（17）和光电转换器（22）均固定于阀块（32）外露四方面上，控制系统的电源进线和信号线均通过线塞（24）连接，信号线通过光电转换模块转为光纤信号与上位机相连。3.根据权利要求1所述的液压促动器，其特征在于：所述本地闭环控制系统（Ⅲ）的微处理器模块的多个接口包括：电源接口(35a/35b)：用于与电源模块连接，为微处理器、传感器提供电源；数字I/O口(35c/35d)：用于微处理器与油温传感器（30a）、电气舱温度传感器（30b）的连接；4-20mA模拟量输入接口(35e/35f)：分别用作油压传感器（19a）接口以及气压传感器（19b）接口；SSI数字式磁致伸缩传感器接口(35g)：用于连接磁致伸缩位移传感器（13）接口；CAN接口(35h)：连接光电转换器（22），用于微处理器与上位控制系统之CAN总线或RS485光纤网络的连接；备用4个通道的数字I/O接口(35i)：用于微处理器与电磁阀驱动模块的连接；机旁手动接口(35j)：是微处理器模块与手动操作设备通信的接口，实现机旁手动操作功能，同时，还能通过该机旁手动接口实现软件升级功能；RS485接口(35k)：用于连接变频器（36）。4.一种定位控制和位置反馈的方法，其特征在于：它是采用权利要求1所述的液压促动器用于实现定位控制和位置反馈的方法，所述的液压促动器，包括液压缸组件（Ⅰ）、液压系统（Ⅱ）和本地闭环控制系统（Ⅲ）；将液压缸组件（Ⅰ）之单作用液压油缸（3）的下耳环（14）端与地锚铰接，上耳环（4）与连接索网活动节点的下拉索索头铰接，根据上位机发出的位置和速度指令，促动器克服索网的内力产生下拉索力，通过改变伸缩杆的位移而改变地锚点与索网活动节点下拉索端头的间距，从而调整索网的活动节点位置，最终...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴奎，甘秋萍，梁利文，罗广文，陈文辉，沈继荣，杨文振，
申请(专利权)人：柳州欧维姆机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45