比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统及压力控制方法技术方案

一种比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统及压力控制方法，属于阀控液压缸压力控制技术领域。异步电机和定量泵连接；过滤器、定量泵、以及比例伺服阀依次连接；比例伺服阀与液压锁、立柱油缸依次连接；定量泵的输入端通过过滤器单独与油箱相连接，定量泵的输出端与比例伺服阀一个端口连接；比例伺服阀的2号端口和4号端口之间连接有比例溢流阀；在定量泵的作用下液压油经过过滤器输出一定流量的高压油，控制立柱油缸；改变比例伺服阀调节液压油流量大小，控制立柱油缸压力；最后，立柱油缸出油口的低压油经比例伺服阀导流回到油箱。优点：对煤矿综掘巷道临时支护的顶板初撑力精确控制，抑制系统中不确定因素对控制性能的不利影响，具有较强鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统及压力控制方法
本专利技术涉及一种阀控液压缸压力控制
，特别是一种比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统及压力控制方法。
技术介绍
在煤矿巷道综掘过程中，液压支护平台需要对顶板实施快速有效地临时支护，从而为煤矿巷道的安全可靠掘进成型奠定基础，并为煤矿一线掘进人员的生命安全提供保障。液压支护平台立柱油缸压力直接影响着超前支护液压支架对顶板的支撑能力。液压支护平台立柱油缸压力过低，容易导致顶板的早期离层，甚至顶板垮塌；过高的立柱油缸压力，会破坏顶板的完整性，甚至引起顶板岩体破碎。然而，液压支护平台立柱油缸压力系统存在诸多内/外部干扰，从而使系统的动/静态控制性能很难达到期望的控制要求，造成对顶板的二次伤害，使超前支护液压支架的支护作用失效。因此，面向顶板围岩条件复杂多变的煤矿综掘巷道，设计准确有效的液压支护平台立柱油缸压力控制方法，对煤矿巷道的高效掘进和人员安全保障具有重要的研究意义。目前，煤矿巷道综掘过程中，液压支护平台立柱油缸压力控制主要采用人工手动控制方式，通过手动控制电磁阀开关实现液压油输出的通/断。当立柱油缸压力超过溢流阀设定的高限压力值时，溢流阀自动打开，实现溢流卸压；同时，手动关闭电磁阀，使立柱油缸压力保持在高限压力值。该控制方式操作简单、易于实现，但是，由于电磁阀只能实现液压油的二位控制，且立柱油缸的最大压力等于溢流阀设定的高限压力，导致系统存在较大的压力稳态误差，且液压油耗费量大。针对煤矿综掘巷道临时支护液压支架系统，文献(田岩飞.支装一体化自移式掘进超前支护液压支架的研究与应用[J].煤，2013，(7):30-31.)介绍了JZZ500-I型支装一体化自移式掘进超前支护液压支架，因其结构简单、操作方便，适用于具有良好顶板围岩条件的巷道支护；专利(程鹏程，李信斌，庄涛，等.半卸载迈步式液压支架:CN，CN2120181[P].1992.)设计了一种半卸载迈步式液压支架，可以在坚硬或松散顶板条件下使用，普适性强；文献(许文亮.交错迈步自移式掘进超前支护装置研制[J].能源与节能，2017(6):150-151.)给出了一种改进的交错迈步自移式掘进超前支护装置，适用于狭窄巷道掘进过程，实现掘、支、锚同步作业；文献(谢苗，刘治翔，毛君，等.迈步式超前支护系统设计与支护特性研究[J].机械强度，2016，184(2):302-310.)根据结构力学和材料力学理论，建立液压支架的支护压力与顶板的扰度方程，分析顶板变形规律，为综掘巷道支护压力控制提供指导依据。缺乏针对液压支护平台立柱油缸压力控制方法的研究。文献(毛君，郑广辉，谢苗，等.模糊PID的超前支护装备支撑力自动控制系统[J].智能系统学报，2015，10(5):762-768.)针对综掘巷道掘进过程中液压支护平台立柱油缸压力控制性能要求，设计了模糊PID压力控制器；文献(梁斌，液压支架控制实验平台设计与立柱压力控制方法研究[J]，机床与液压，2017，45(11)：131-135)搭建了液压支护平台电液控制系统，并设计了基于改进遗传算法的模糊PID压力控制器。针对与液压支护平台立柱油缸类似的液压系统，文献(EndeltB，TommerupS，DanckertJ.Anovelfeedbackcontrolsystemcontrollingthematerialflowindeepdrawingusingdistributedblank-holderforce[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology，2013，213(1):36-50.)提出了一种基于状态空间和时间序列的压力控制方法；文献(KomstaJ，OijenNV，AntoszkiewiczP.Integralslidingmodecompensatorforloadpressurecontrolofdie-cushioncylinderdrive[J].ControlEngineeringPractice，2013，21(5):708-718.)针对存在未知扰动和不确定参数的电液传动负载压力控制问题，提出了融合输入输出线性化的积分滑模控制方法。然而，煤矿巷道掘进空间狭小且环境恶劣，液压支护平台立柱油缸系统容易受到掘进和钻进装备的机械振动，以及顶板复杂应力变化的影响，导致立柱油缸压力系统存在外部负载干扰和多种内部不确定扰动。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统及压力控制方法，解决比例伺服阀控立柱油缸系统中存在的内/外部干扰和未建模不确定因素对控制性能不利的问题。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术包括：比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统及压力控制方法。比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统，包括：异步电机、油箱、定量泵、过滤器、比例溢流阀、比例伺服阀、液压锁以及立柱油缸；所述异步电机和定量泵连接；过滤器、定量泵，以及比例伺服阀依次连接；比例伺服阀与液压锁、立柱油缸依次连接；所述定量泵的输入端通过过滤器单独与油箱相连接，定量泵的输出端与比例伺服阀的1号端口连接；比例伺服阀的2号端口和4号端口之间连接有比例溢流阀；异步电机带动定量泵旋转，在定量泵的作用下液压油经过过滤器输出一定流量的高压油，依次经过比例伺服阀、液压锁，控制立柱油缸；通过改变比例伺服阀阀芯位移量调节液压油流量大小，进而控制立柱油缸压力；最后，立柱油缸出油口的低压油经所述比例伺服阀导流回到油箱。所述的液压锁由第一单向阀和第二单向阀组合而成，第一单向阀的正向端与比例伺服阀的3号端口连接，第二单向阀的正向端与比例伺服阀的4号端口连接，第一单向阀和第二单向阀的反向端相连接；在第一单向阀反向端与第二单向阀正向端之间跨接有油管，在第二单向阀反向端与第一单向阀正向端之间跨接有油管，在第一单向阀和第二单向阀反向端所连接的油管之间，通过油管与油箱连接。所述的比例伺服阀的1号端口与定量泵的输出端连接，3号端口与立住油缸的一端进油口连接，2号端口和4号端口之间跨接有比例溢流阀，同时，2号端口接油箱，4号端口与立住油缸的另一端进油口连接。基于比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统的压力控制方法，包括以下步骤：步骤1)建立比例伺服控液压支护平台立柱油缸初撑力系统；步骤2)结合步骤1)所得到的阀控缸初撑力系统，设定具体的建模环境条件，建立比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸初撑力系统的数学模型；步骤3)依据初撑力控制的精度要求，针对上述系统存在的不确定性，且基于步骤2)构建的系统数学模型，基于积分自适应液压支护平台立柱油缸初撑力滑模控制方法；步骤4)基于Matlab和AMESim搭建液压支护平台立柱油缸初撑力控制系统的联合仿真模型，根据工况条件设计实验，验证所构建的液压支护平台立柱油缸初撑力控制系统的有效性和合理性。所述步骤1)中建立比例伺服控液压支护平台立柱油缸初撑力系统的具体步骤为：11)比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统中，比例伺服阀节流口光滑且对称；系统定量泵油压恒定，回油压力为零，高压油温度为常数；连接管路较短，忽略液压管路内压力损失、流体质量效应以及管路动态特性的影响；液压缸和比例伺服阀内外泄露为层流；建模时省略液压锁以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统，其特征是：比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统，包括：异步电机、油箱、定量泵、过滤器、比例溢流阀、比例伺服阀、液压锁以及立柱油缸；所述异步电机和定量泵连接；过滤器、定量泵，以及比例伺服阀依次连接；比例伺服阀与液压锁、立柱油缸依次连接；所述定量泵的输入端通过过滤器单独与油箱相连接，定量泵的输出端与比例伺服阀的1号端口连接；比例伺服阀的2号端口和4号端口之间连接有比例溢流阀；所述异步电机带动定量泵旋转，在定量泵的作用下液压油经过过滤器输出一定流量的高压油，依次经过比例伺服阀、液压锁，控制立柱油缸；通过改变比例伺服阀阀芯位移量调节液压油流量大小，进而控制立柱油缸压力；最后，立柱油缸出油口的低压油经所述比例伺服阀导流回到油箱。

【技术特征摘要】
1.一种比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统，其特征是：比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统，包括：异步电机、油箱、定量泵、过滤器、比例溢流阀、比例伺服阀、液压锁以及立柱油缸；所述异步电机和定量泵连接；过滤器、定量泵，以及比例伺服阀依次连接；比例伺服阀与液压锁、立柱油缸依次连接；所述定量泵的输入端通过过滤器单独与油箱相连接，定量泵的输出端与比例伺服阀的1号端口连接；比例伺服阀的2号端口和4号端口之间连接有比例溢流阀；所述异步电机带动定量泵旋转，在定量泵的作用下液压油经过过滤器输出一定流量的高压油，依次经过比例伺服阀、液压锁，控制立柱油缸；通过改变比例伺服阀阀芯位移量调节液压油流量大小，进而控制立柱油缸压力；最后，立柱油缸出油口的低压油经所述比例伺服阀导流回到油箱。2.根据权利要求1所述的一种比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统，其特征是：所述的液压锁由第一单向阀和第二单向阀组合而成，第一单向阀的正向端与比例伺服阀的3号端口连接，第二单向阀的正向端与比例伺服阀的4号端口连接，第一单向阀和第二单向阀的反向端相连接；在第一单向阀反向端与第二单向阀正向端之间跨接有油管，在第二单向阀反向端与第一单向阀正向端之间跨接有油管，在第一单向阀和第二单向阀52反向端所连接的油管之间，通过油管与油箱连接。3.根据权利要求1所述的一种比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统，其特征是：所述的比例伺服阀的1号端口与定量泵的输出端连接，3号端口与立住油缸的一端进油口连接，2号端口和4号端口之间跨接有比例溢流阀，同时，2号端口接油箱，4号端口与立住油缸的另一端进油口连接。4.基于比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统的压力控制方法，其特征是：基于比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统的压力控制方法，包括以下步骤：步骤1)建立比例伺服控液压支护平台立柱油缸初撑力系统；步骤2)结合步骤1)所得到的阀控缸初撑力系统，设定具体的建模环境条件，建立比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸初撑力系统的数学模型；步骤3)依据初撑力控制的精度要求，针对上述系统存在的不确定性，且基于步骤2)构建的系统数学模型，基于积分自适应液压支护平台立柱油缸初撑力滑模控制方法；步骤4)基于Matlab和AMESim搭建液压支护平台立柱油缸初撑力控制系统的联合仿真模型，根据工况条件设计实验，验证所构建的液压支护平台立柱油缸初撑力控制系统的有效性和合理性。5.根据权利要求4所述的基于比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统的压力控制方法，其特征是：所述步骤1)中建立比例伺服控液压支护平台立柱油缸初撑力系统的具体步骤为：11)比例伺服阀控液压支护平台立柱油缸系统中，比例伺服阀节流口光滑且对称；系统定量泵油压恒定，回油压力为零，高压油温度为常数；连接管路较短，忽略液压管路内压力损失、流体质量效应以及管路动态特性的影响；液压缸和比例伺服阀内外泄露为层流；建模时省略液压锁以及比例方向阀；液压支架四个立柱油缸同时达到顶板；12)记压力传感器增益Kf，反馈电压信号为Uf，压力传感器输入信号为Ff，压力传感器的数学模型为：Uf＝KfFf；13)记伺服放大器放大系数为Kp，伺服放大器的输出电流为I，比例放大器输入电压为Uc，伺服放大器的数学模型为：Kp＝I/Uc；14)记伺服阀阀芯的位移量为xv，伺服阀控制电流为I，伺服阀增益为kxv，伺服阀的固有频率为ωsv，伺服阀的阻尼比为ξsv，传递函数拉普拉斯算子为s，伺服阀的数学模型为：15)记比例伺服阀阀口流量为QL，即立柱油缸入口流量，比例伺服阀流量增益为kq，负载压降为pL，比例伺服阀流量-压力系数为kc，比例伺服阀的流量特性模型为：QL＝kqxv-kcpL；16)液压缸有效面积为Ap，液压油缸活塞位移为xp，液压缸总泄露系数为Ctp，液压压缩体积为Vt，液压油有效体积弹性模量为βe，传递函数拉普拉斯算子为s，不考虑管道流量损耗，立柱油缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩敦卫，聂志，郭一楠，何勇，张扬，耿娜，夏煌煌，褚耀奇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32