电液比例流量阀调速控制系统和方法技术方案

本发明专利技术的电液比例流量阀调速控制系统和方法通过测量液压执行元件的最大动作速度、电液比例流量阀的阀芯最大动作电流和最小动作电流；利用所述最大动作速度、电液比例流量阀的最大动作电流和最小动作电流获得液压执行元件的运动速度与阀芯电流之间的对应关系；通过所述对应关系获取系统给定速度所对应的阀芯电流；利用与系统给定速度所对应的阀芯电流直接驱动阀芯电流控制回路。这种前馈速度控制方式大幅度提高了调速控制系统前向通道的响应品质和控制精度，减小了速度反馈通道的调节量，从而达到了提高闭环控制品质的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液压系统流量控制
，特别涉及一种电液比例流 量阀调速控制系统和方法。
技术介绍
电液比例流量阀是一种输出量与输入信号成比例的液压阀。它可以 按给定的输入电信号连续地、按比例地控制液流的压力、流量和方向。 目前，在利用电液比例流量阀输出流量来控制液压执行元件(包括液压 缸、液压马达)动作的过程中，特别是控制液压执行元件的速度方面， 大多采用了两种控制系统， 一种控制系统是对速度精度要求较低的场合，控制系统采用由PWM调节技术和人为粗略观测等组成的开环调速控制 系统。图l为上述开环控制系统示意图。如图1所示，该开环控制系统包 括PWM产生装置ll、电液比例流量阀12、液压执行元件13,该系统中利 用人为视觉观测速度。在控制速度的过程中，因为对控制品质的要求较 低，人为视觉观测液压执行元件的速度，由操作者手工调整PWM占空比 粗略调整执行机构速度以满足要求。上述开环调速控制系统中，系统控 制通道品质较低，液压执行元件的速度需要依赖人工的判断来进行调整， 误差较大。另 一种是对速度精度要求较高的场合，控制系统采用由脉宽调制 (PWM)调节技术和传感器测量技术等组成的闭环调速控制系统。图2 为上述闭环控制系统示意图，如图2所示，该闭环控制系统包括PWM调 节装置21、电液比例流量阀22、液压执行元件23和速度测量装置24。根 据电液比例流量阀的工作原理，流量与阀芯开口度之间具有特定的关系。 而流过电液比例流量阀的阀芯线圏的电流(以下简称阀芯电流)与阀芯 开口度之间又具有特定关系，通过所述电流与阀芯开口度的关系，就可 以得到流量与电流的关系，而电流与PWM占空比又存在一定的关系，这样就可以导出PWM占空比与流量的关系，因此，在控制液压执行元件速度的过程中，只需由PWM调节装置调整21的PWM占空比就可以得到所需 的流量，从而使液压执行元件23产生相应的位移及速度，再由速度检测 装置24将检测到的速度与给定速度相比较，形成一个调速闭环控制系统。由于受电源电压波动和阀芯线圏电阻值分布(单个阀芯线圏电阻值 随温度改变而发生变化，不同阀芯线圈电阻值即使在同样温度下也不一 致)等因素的影响，在PWM占空比一定时，电液比例流量阀阀芯电流的 一致性不佳，最终使比例阀的流量及液压执行元件的速度控制受到干扰。 由于上述因素的影响，闭环调速控制系统的前向通道控制品质不高，需 要依靠速度反馈通道进行大量的调节来保证执行机构实际速度对给定速 度的跟随，根据自动控制基本理论可知，对反馈通道高度依赖并且不采 用其他类型的补偿控制方式，必然会影响到控制系统的动态响应品质和 静态控制精度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供 一种电液比例流量阀调速控制 系统和方法，能够提高调速控制系统前向控制通道品质，从而无论在速 度闭环控制或速度开环控制条件下均可提高控制系统控制的品质。为解决上述问题，本专利技术提供了 一种电液比例流量阀调速控制系 统，包括PWM调节装置、电液比例流量阀和执行元件，所述PWM调 节装置的PWM信号驱动电液比例流量阀并驱动液压执行元件动作，所 述系统还包括速度测量模块、电液比例流量阀特性测量模块和前馈控制 模块，所述速度测量模块对所述液压执行元件的速度进行测量并将结果 送至所述电液比例流量阀特性测量模块，所述电液比例流量阀特性测量 模块对电液比例流量阀的最小动作电流、最大动作电流和液压执行元件 的最大速度进行测量，并将测量结果传输至前馈控制模块，所述前々贵控 制模块利用所述测试结果，生成所述液压执行元件的运动速度与阀芯电流的对应关系，在执行机构速度控制时，所述前馈控制模块直接将与给 定速度值对应的阀芯电流值输入到所述PWM调节装置驱动电液比例流 量阀工作。所述速度测量模块将测得的所述液压执行元件的运动速度与系统 给定速度进行比较获得速度误差信号。所述系统还包括电流调节模块，用于对所述速度误差信号进行调整。所述系统还包括阀芯电流检测模块，所述阀芯电流检测装置与所述电液比例流量阀的阀芯线圏相连，与所述PWM调节装置一起形成阀芯电流反馈控制回路。相应地，本专利技术还提供了 一种电液比例流量阀调速控制方法，包括 测量液压执行元件的最大动作速度、电液比例流量阀的阀芯最大动作电流和最小动作电流；利用所述最大动作速度、电液比例流量阀的最大动作电流和最小动 作电流获得液压执行元件的运动速度与阀芯电流之间的对应关系； 通过所述对应关系获取系统给定速度所对应的阀芯电流； 利用与系统给定速度所对应的阀芯电流直接驱动阀芯电流控制回路。所述测量为在线或离线测量。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的电液比例流量阀调速控制系统通过运用阀芯电流反々贵和基 于电液比例流量阀特性离线测量的前馈控制方法，对调速控制系统进行 内环电流补偿和速度前馈控制，大幅度提高了调速控制系统前向通道的 响应品质和控制精度，减小了速度反馈通道的调节量，从而达到了提高 闭环控制品质的目的。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体说明，本专利技术的上 述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记 指示相同的部分。图1为现有技术中开环控制系统示意图； 图2为现有技术中闭环控制系统示意图3为根据本专利技术第一实施例的电液比例流量阀调速控制系统示意图4为电液比例流量阀的阀芯电流与流量间的关系曲线图； 图5为液压执行元件的速度与电液比例流量阀的阀芯电流之间的关 系曲线图6为液压执行元件的最小动作电流测量过程示意图； 图7为液压执行元件的最大动作电流测量过程示意图； 图8为才艮据本专利技术第二实施例的电液比例流量阀调速控制系统示意图9为根据本专利技术第三实施例的电液比例流量阀调速控制系统示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合 附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是 本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员 可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公 开的具体实施的限制。图3为根据本专利技术第一实施例的电液比例流量阀调速控制系统示 意图。如图3所示，才艮据本专利技术实施例的电液比例流量阀调速控制系统 包括PWM调节装置34、电液比例流量阀35以及阀芯电流检测装置36， 电液比例流量阀35的阀芯线圈与阀芯电流检测装置36相连，与PWM 调节装置34 —起形成阀芯电流反馈控制回路。PWM调节装置34的基 本形式是比例阀等效电感加等效电阻，并联续流二极管，经大功率三极 管或场效应管连"t妄到电源，PWM信号控制三极管或场效应管的导通与 截至，使得比例阀线圈的电压波形为周期一定、脉冲宽度可调的矩形波， 由于脉冲周期远小于液压系统的响应周期，以及结合比例阀的工作原 理，比例阀的流量(对应于液压执行元件的运动速度)只响应阀芯电流 的平均值。阀芯电流检测装置36将检测到的阀芯电流与岡芯给定电流 相比较，比较的差值通过PWM调节装置34转换为具有相应占空比的 PWM输出信号，形成驱动电液比例流量阀35的阀芯电流，对给定电流 值进行跟随，从而能够抑制电源电压波动和阀芯电阻值分布不均匀等因 素对阀芯电流的影响。本专利技术的电液比例流量阀调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电液比例流量阀调速控制系统，包括ＰＷＭ调节装置、电液比例流量阀和执行元件，所述ＰＷＭ调节装置的ＰＷＭ信号驱动电液比例流量阀并驱动液压执行元件动作，所述系统还包括速度测量模块、电液比例流量阀特性测量模块和前馈控制模块，所述速度测量模块对所述液压执行元件的速度进行测量并将结果送至所述电液比例流量阀特性测量模块，所述电液比例流量阀特性测量模块对电液比例流量阀的最小动作电流、最大动作电流和液压执行元件的最大速度进行测量，并将测量结果传输至前馈控制模块，所述前馈控制模块利用所述测试结果，生成所述液压执行元件的运动速度与阀芯电流的对应关系，在执行机构速度控制时，所述前馈控制模块直接将与给定速度值对应的阀芯电流值输入到所述ＰＷＭ调节装置驱动电液比例流量阀工作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石培科，唐修俊，吴罕奇，
申请(专利权)人：三一重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]