基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于液压控制技术领域，特别涉及一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法，系统包括：液压动力源、安全阀、进出口独立控制阀组、液压缸、操作手柄、多功能控制器、云端存储器、压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、转速传感器、温度传感器。本发明专利技术既能检测和控制系统流量，还能实现液压缸位置的精确控制，还可对系统功率、能耗、效率的实时监测，用作预测性维护和故障诊断。用作预测性维护和故障诊断。用作预测性维护和故障诊断。

【技术实现步骤摘要】
基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法


[0001]本专利技术属于液压控制
，特别涉及一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法。

技术介绍

[0002]在工程机械领域，广泛采用集中式液压动力源供能，液压阀分配动力的多执行器作业，执行器速度完全由控制阀控制系统流量控制，操作员通过控制执行器速度实现执行器位置控制。但由于执行器作业环境复杂，所受负载力大范围变化，速度波动大，多采用压差补偿器控制阀口流量，该方法虽能减小负载压力变化对控制阀输出流量的影响，但受液动力影响控制精度较低，增设的补偿器也加大阀的节流损失，增加了系统的发热和功率损失。
[0003]理论上，如果存在安装方便、能够无节流高精度高动态检测流量的传感器，通过闭环控制流量就能高精度控制执行器速度，且不受负载变化影响；或者通过直接检测执行器的位置和速度也能准确控制执行器的速度和位移。然而现有的流量传感器必须串联安装在液压管路中，安装不便。还存在压损大、成本高的问题，受原理限制动态响应慢，无法精确检测流量进行执行器速度闭环控制。位移传感器虽可以准确控制液压执行器的速度和位移，实时检测执行器运行状态，但安装在液压执行器 外部的位移传感器维护和保养十分麻烦，在恶劣复杂的作业环境传感器易受油渍、溶液和尘土污染，可靠性差，降低了位移传感器的使用寿命；如果采用执行器内置位移传感器的方法，虽提高了位移传感器的使用寿命，但无疑增加了液压执行器的制造成本。
[0004]而且，现有工程机械液压系统智能化程度低，不具备应对负载、环境以及自身变化的自学习自适应能力，且不能进行故障诊断和寿命预测，都是事故后维修，导致安全事故和经济损失，不能利用历史融合数据进行分析、计算、比较、决策，使得能量浪费严重。
[0005]基于上述问题，需要一种新的阀控液压缸流量检测与速度位置控制系统，保证执行器不受负载变化稳定运行，保证设备的安全可靠性。

技术实现思路

[0006]针对以上问题，本专利技术旨在提供一种既能控制流量，也能检测和计量流量，以及功率、能量和效率、还能用做预测性维护和故障诊断的基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统，包括液压动力源1、安全阀2、进出口独立控制阀组3、液压缸4，进一步增设有压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、转速传感器12、温度传感器13、操作手柄23、多功能控制器24、云端存储器21；所述液压动力源包括：电动机9、液压泵10、油箱11，液压泵由电动机驱动，液压泵进油口与油箱连通，液压泵出油与进出口独立阀组连通，安全阀进油口与液压泵出油口连
通，安全阀出油口与油箱连通；所述的进出口独立控制阀组是由第Ⅰ二位二通比例阀5、第Ⅱ二位二通比例阀6、第Ⅲ二位二通比例阀7和第Ⅳ二位二通比例阀8构成；第Ⅱ二位二通比例阀的油口CⅡ和第Ⅲ二位二通比例阀的油口CⅢ连通，第Ⅰ二位二通比例阀的油口CⅠ和第Ⅳ二位二通比例阀的油口CⅣ分别与油箱连通，第Ⅰ二位二通比例阀油口DⅠ、第Ⅱ二位二通比例阀的油口DⅡ与液压缸 A腔连通，第Ⅲ二位二通比例阀的油口DⅢ、第Ⅳ二位二通比例阀的油口DⅣ与液压缸B腔连通；压力传感器Ⅰ与液压泵的出口连通，压力传感器Ⅱ与液压缸的A腔连通，压力传感器Ⅲ与液压缸的B腔连通；液压动力源设置有转速传感器，温度传感器与液压泵出口连接；多功能控制器包括有：信号处理模块22、控制与计算模块14、积分模块15、位移校正模块16、数据存储模块17、通信模块18、显示模块19、故障诊断模块20；所述信号处理模块，接收供油压力p
S
、液压缸A腔压力p
A
、液压缸B腔压力p
B
、控制阀位移设定信号x
s
，转速信号n，液压泵排量信号V
p
，温度信号T，输出端连接到控制与计算模块输入端、存储模块输入端；所述控制与计算模块输入端与操作手柄和校正模块输出端连接，控制阀位移设定信号、液压泵排量设定信号分别连接控制阀位移和液压泵排量的输入端，控制与计算模块输出端连接积分模块输入端、存储模块输入端；所述积分模块输出端与校正模块输入端、存储模块输入端连接；所述位移校正模块接受位置发讯装置发出的信号，位移校正模块输入端连接积分模块输出端，位移校正模块输出端连接到控制与计算模块输入端；所述存储模块输入端与信号处理模块输出端、控制与计算模块输出端、积分模块输出端连接；存储模块的输出端连接到故障诊断模块、显示模块、通讯模块，通讯模块与云端存储器连接。
[0008]2.根据权利要求1所述的一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统，其特征是，所述进出口独立控制阀组包括四个两位两通比例阀或两个三位四通比例阀。
[0009]3. 根据权利要求1或2所述的一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统，其特征是，液压缸活塞杆上加工有按活塞杆轴向分布的磁感应标记作为位置监测点4
‑
1，并通过位置发讯装置4
‑
2的感应，将感应信号输入位移校正模块。
[0010]4. 根据权利要求1或2所述的一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法，其特征是，所述信号处理模块包含有数字滤波器和归一化处理算法，输入信号连接到数字滤波器，数字滤波器输出信号输出到归一化处理算法的输入端。
[0011]5. 根据权利要求1或2所述的一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法，其特征是，所述控制与计算模块采用信号处理模块输出参数，根据下列公式计算出如下参数：单出杆液压缸流量：
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（1）液压缸速度：
系统总功率：
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（3）系统有用功率：
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（4）；式中，、，C
d
‑
阀口流量系数，A(x)
‑
阀口面积，ρ
‑
油液密度，A
A
‑
液压缸A腔面积。
[0012]6. 根据权利要求5所述的一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法，其特征是，所述积分模块接收控制与计算模块输出参数，按照下列公式计算出如下参数：液压缸理论位移：
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（2）系统总功：
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（6）系统有用功：
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（7）系统效率：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统，其特征是，包括液压动力源（1）、安全阀（2）、进出口独立控制阀组（3）、液压缸（4），进一步增设有压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ、压力传感器Ⅲ、转速传感器（12）、温度传感器（13）、操作手柄（23）、多功能控制器（24）、云端存储器（21）；所述液压动力源包括：电动机（9）、液压泵（10）、油箱（11），液压泵由电动机驱动，液压泵进油口与油箱连通，液压泵出油与进出口独立阀组连通，安全阀进油口与液压泵出油口连通，安全阀出油口与油箱连通；所述的进出口独立控制阀组是由第Ⅰ二位二通比例阀（5）、第Ⅱ二位二通比例阀（6）、第Ⅲ二位二通比例阀（7）和第Ⅳ二位二通比例阀（8）构成；第Ⅱ二位二通比例阀的油口CⅡ和第Ⅲ二位二通比例阀的油口CⅢ连通，第Ⅰ二位二通比例阀的油口CⅠ和第Ⅳ二位二通比例阀的油口CⅣ分别与油箱连通，第Ⅰ二位二通比例阀油口DⅠ、第Ⅱ二位二通比例阀的油口DⅡ与液压缸 A腔连通，第Ⅲ二位二通比例阀的油口DⅢ、第Ⅳ二位二通比例阀的油口DⅣ与液压缸B腔连通；压力传感器Ⅰ与液压泵的出口连通，压力传感器Ⅱ与液压缸的A腔连通，压力传感器Ⅲ与液压缸的B腔连通；液压动力源设置有转速传感器，温度传感器与液压泵出口连接；多功能控制器包括有：信号处理模块（22）、控制与计算模块（14）、积分模块（15）、位移校正模块（16）、数据存储模块（17）、通信模块（18）、显示模块（19）、故障诊断模块（20）；所述信号处理模块，接收供油压力p
S
、液压缸A腔压力p
A
、液压缸B腔压力p
B
、控制阀位移设定信号x
s
，转速信号n，液压泵排量信号V
p
，温度信号T，输出端连接到控制与计算模块输入端、存储模块输入端；所述控制与计算模块输入端与操作手柄和校正模块输出端连接，控制阀位移设定信号、液压泵排量设定信号分别连接控制阀位移和液压泵排量的输入端，控制与计算模块输出端连接积分模块输入端、存储模块输入端；所述积分模块输出端与校正模块输入端、存储模块输入端连接；所述位移校正模块接受位置发讯装置发出的信号，位移校正模块输入端连接积分模块输出端，位移校正模块输出端连接到控制与计算模块输入端；所述存储模块输入端与信号处理模块输出端、控制与计算模块输出端、积分模块输出端连接；存储模块的输出端连接到故障诊断模块、显示模块、通讯模块，通讯模块与云端存储器连接。2.根据权利要求1所述的一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统，其特征是，所述进出口独立控制阀组包括四个两位两通比例阀或两个三位四通比例阀。3.根据权利要求1或2所述的一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统，其特征是，液压缸活塞杆上加工有按活塞杆轴向分布的磁感应标记作为位置监测点（4
‑
1），并通过位置发讯装置（4
‑
2）的感应，将感应信号输入位移校正模块。4.根据权利要求1或2所述的一种基于阀口独立控制的液压缸位移控制系统及方法，其特征是，所述信号处理模块包含有数字滤波器和归一化...

【专利技术属性】
技术研发人员：权龙，赵佳骆，黄伟男，葛磊，赵星宇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：