自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥、其組成的控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液壓控制技術(shù)，具體說是一種自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無論是電液伺服(比例)閥，還是數(shù)字液壓閥，其基本原理是通過控制閥的開度控制流量，而控制信號(hào)的調(diào)節(jié)必須由控制器完成。即控制器接收指令信號(hào)，把其與傳感器反饋的信號(hào)進(jìn)行控制運(yùn)算，根據(jù)反饋信號(hào)與指令信號(hào)的接近程度調(diào)節(jié)伺服閥的輸入，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度、位置和方向。在液壓缸運(yùn)動(dòng)的過程中，位移傳感器測(cè)量的液壓缸實(shí)際位移信號(hào)與指令位移信號(hào)在控制器內(nèi)進(jìn)行比較運(yùn)算，運(yùn)算后的信號(hào)輸出給液壓控制閥，控制進(jìn)入液壓缸的流量，從而控制液壓缸(或馬達(dá))的速度和位置。
[0003]液壓伺服控制系統(tǒng)最復(fù)雜的環(huán)節(jié)為控制器，要把指令信號(hào)與反饋信號(hào)通過一定的控制算法(PID或其它算法)處理后控制電液伺服閥，因?yàn)榭刂扑惴ū仨殢氖伦詣?dòng)控制的人才能掌握，許多從事液壓的技術(shù)人員并不具備自動(dòng)控制的知識(shí)。在搭建液壓系統(tǒng)的同時(shí)還要構(gòu)建一套智能控制系統(tǒng)，開發(fā)控制程序，因此，控制器成為液壓技術(shù)人員進(jìn)行伺服控制的“瓶頸”。
[0004]在數(shù)字液壓閥的研究中，發(fā)現(xiàn)在不增加設(shè)備復(fù)雜程度的情況下控制效率和精度還存在進(jìn)一步提高的空間，深入探索發(fā)現(xiàn)如果使用螺紋副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，閥芯與閥套之間不必要的摩擦非常嚴(yán)重，不僅損耗能源，還造成液壓油的污染和設(shè)備的發(fā)熱，是造成轉(zhuǎn)化效率低和控制精度差的重要因素，同時(shí)還存在由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來閥芯與閥套的油路對(duì)位不準(zhǔn)而帶來的控制問題，是給閥體的使用壽命和可靠性帶來隱患的重要因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥、其組成的控制系統(tǒng)及控制方法，在保證控制過程可靠性的前提下盡量簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的開發(fā)過程和設(shè)備結(jié)構(gòu)。
[0006]所述自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥，自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥，包括指令端、閥芯、閥套、閥體和反饋端等，其特征在于:所述指令端和反饋端為直線電機(jī)，可帶動(dòng)閥芯或閥套軸向運(yùn)動(dòng)；
[0007]所述閥芯可軸向滑動(dòng)地嵌套于所述閥套內(nèi)，該閥芯的一端與所述指令端連接；所述閥套可軸向滑動(dòng)地嵌套于所述閥體內(nèi)，該閥套鄰近反饋端的一端與所述反饋端連接；所述閥體開有軸向的圓柱形孔，側(cè)壁徑向設(shè)有的油路通孔，用于嵌套閥套，閥體的兩端分別固定連接指令端和反饋端；
[0008]所述閥芯的外側(cè)壁設(shè)有凸沿，所述閥套的內(nèi)側(cè)壁開設(shè)有與所述凸沿對(duì)應(yīng)的溝槽，所述閥芯與閥套構(gòu)成三位四通液壓閥。
[0009]所述閥體的內(nèi)側(cè)壁的油路通孔開口位置設(shè)有軸向擴(kuò)展的油路開口槽，油路在閥體的內(nèi)側(cè)壁的開口與所述油路開口槽連通，每個(gè)所述油路開口槽之間以及油路開口槽與閥體的端面之間在所述閥體內(nèi)互不連通。
[0010]軸向擴(kuò)展是指設(shè)定油路開口槽的軸向長(zhǎng)度大于對(duì)應(yīng)的油孔寬度。
[0011]作為一種實(shí)施例，所述指令端和反饋端還可以用步進(jìn)電機(jī)通過螺紋副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。
[0012]具體地，所述閥套與所述閥芯配合構(gòu)成的三位四通閥中，閥套和閥體的軸向依次排列對(duì)應(yīng)A、P、B、T接口的油孔和油路，所述閥芯分別對(duì)應(yīng)A、B接口油孔的凸臺(tái)a、b與閥套的內(nèi)壁之間圍成與P 口連通的空腔，所述a、b凸臺(tái)的兩外側(cè)分別設(shè)有與閥套密封的凸臺(tái)C、d，且a凸臺(tái)與c凸臺(tái)之間、b凸臺(tái)與d凸臺(tái)之間形成通過閥芯內(nèi)部通道與T接口連通的空腔。
[0013]—種實(shí)施例是，所述閥體與閥芯的橫截面為矩形。
[0014]—種利用上述數(shù)字液壓閥組建的自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥控制系統(tǒng)，其特征在于:包括自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥、驅(qū)動(dòng)器、帶反饋裝置的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和信號(hào)選擇開關(guān)，所述自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥的指令端和反饋端分別通過與各自的驅(qū)動(dòng)器電連接，所述指令端的驅(qū)動(dòng)器與指令信號(hào)信號(hào)連接，所述反饋端的驅(qū)動(dòng)器通過所述信號(hào)選擇開關(guān)與所述指令信號(hào)或液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋裝置輸出信號(hào)連接，所述自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥為三位四通閥，其A、B接口分別管道連接到所述液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的往返油路接口端，P、T接口分別管道連接到壓力油端和回油端。
[0015]進(jìn)一步地，所述指令端和所述反饋端均為直線電機(jī)，所述反饋裝置輸出對(duì)應(yīng)所述液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力輸出端位置狀態(tài)的數(shù)字脈沖信號(hào)。
[0016]一種基于上述自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:控制過程包括下述順序執(zhí)行的步驟:
[0017]—、設(shè)置所述信號(hào)選擇開關(guān)使之接通反饋端的驅(qū)動(dòng)器輸入端和指令信號(hào)，所述指令信號(hào)輸出回位信號(hào)，直到指令端將閥芯位置復(fù)位，且反饋端將閥套復(fù)位，復(fù)位狀態(tài)下，自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥的四個(gè)外連油路均處于截止?fàn)顟B(tài)；
[0018]二、根據(jù)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端的目標(biāo)位置確定指令信號(hào)所需輸出的信號(hào)參數(shù)，設(shè)置所述信號(hào)選擇開關(guān)使反饋端的驅(qū)動(dòng)器輸入端和反饋裝置的輸出端電連通；
[0019]三、所述指令信號(hào)輸出設(shè)定動(dòng)作信號(hào)，所述閥芯進(jìn)行相應(yīng)的軸向移動(dòng)并由設(shè)定動(dòng)作信號(hào)決定移動(dòng)距離和自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥的輸出油路開度；
[0020]四、所述液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端在油壓作用下運(yùn)動(dòng)，反饋裝置輸出所述液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端的位置或移動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，并通過導(dǎo)通狀態(tài)的所述信號(hào)選擇開關(guān)反饋到所述反饋端，控制所述閥套作與閥芯移動(dòng)方向同向的移動(dòng)，由反饋信號(hào)決定所述閥套移動(dòng)距離，并因此減小自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥的輸出油路開度，當(dāng)動(dòng)力輸出端達(dá)到指令設(shè)定狀態(tài)時(shí)，反饋信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述閥套軸向平移所到達(dá)的位置為:使自調(diào)節(jié)數(shù)字液壓閥的閥芯凸臺(tái)與油孔對(duì)齊，輸出油路關(guān)閉，所述動(dòng)力輸出端停止運(yùn)動(dòng)，以使所述液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端的位置實(shí)現(xiàn)非程序控制的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0021]典型地，所述指令端和所述反饋端均為直線電機(jī)，所述指令信號(hào)輸出設(shè)定動(dòng)作脈沖信號(hào)，設(shè)定動(dòng)作脈沖信號(hào)的相位差、頻率和數(shù)量決定所述閥芯的移動(dòng)方向、移動(dòng)速度和移動(dòng)距離，并由此控制液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端運(yùn)動(dòng)的方向、動(dòng)作速度和運(yùn)動(dòng)距離；所述反饋裝置輸出對(duì)應(yīng)所述液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力輸出端的運(yùn)動(dòng)距離或位移的反饋脈沖信號(hào)，反饋脈沖信號(hào)的相位差、頻率和數(shù)量決定所述閥套的移動(dòng)方向、移動(dòng)速度和移動(dòng)距離。
[0022]本發(fā)明使用接收指令的直線電機(jī)和接收?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)反饋信號(hào)的直線電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)閥芯和閥套做軸向移動(dòng)，可以同時(shí)通過指令端和反饋端控制閥芯和閥套動(dòng)作，控制更加靈活、快速、高效；通過閥芯和閥套的相對(duì)位置來控制閥的開度，不僅可以代替PID調(diào)節(jié)控制過程，省去了復(fù)雜的程序控制設(shè)計(jì)過程、大幅降低研發(fā)成本，而且整體控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得到了大幅度的簡(jiǎn)化，由于結(jié)構(gòu)的大幅簡(jiǎn)化可靠性得到了顯著的提高。
[0023]相對(duì)于螺紋反饋的數(shù)字液壓閥而言，除了可控制閥芯和閥套同時(shí)動(dòng)作之外，直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)也大幅簡(jiǎn)化了閥的結(jié)構(gòu)，明顯降低了閥內(nèi)部件的數(shù)量和復(fù)雜程度，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)大幅降低了閥內(nèi)各部件之間的運(yùn)動(dòng)磨損，因而液壓閥的壽命得到明顯延長(zhǎng)，可靠性得到明顯增強(qiáng)。
[0024]尤其是，液壓閥內(nèi)的部件之間的磨損運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生顆粒物進(jìn)入液壓油，不僅因?yàn)槟p會(huì)降低控制精度和使用壽命，