集成式顫振信號自適應(yīng)比例泵放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了集成式顫振信號自適應(yīng)比例泵放大器，該比例泵放大器包括顫振控制閉環(huán)，用于得到新的適應(yīng)的顫振幅值和頻率；活塞桿位置控制閉環(huán)，用于活塞桿位置的精確定位；顫振疊加算法單元，用于改善活塞桿位置滯環(huán)的影響；以及采樣電流單元，用于采集輸入到電液比例泵中的實際電流。通過智能信號處理算法，從電流中準確提取顫振幅值和顫振頻率，輸入到顫振信號自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計算得出新的適應(yīng)活塞桿位置、泵前后壓差和流量的顫振幅值和頻率。上述雙閉環(huán)控制算法的計算結(jié)果疊加后，輸出到驅(qū)動電路并作用于電磁鐵，從而實現(xiàn)活塞桿往復(fù)運動的全行程最小滯環(huán)、高精度活塞桿位置和高動態(tài)響應(yīng)特性。
【專利說明】
集成式顫振信號自適應(yīng)比例泵放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種比例栗放大器，具體涉及一種集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，它適用于各種比例控制類型的閥體。
【背景技術(shù)】
[0002]電液比例控制技術(shù)在應(yīng)用上非常靈活、控制也相當?shù)木珳?，同時具有很大的大傳動比，越來越接近伺服閥。在大型機械設(shè)備的控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如機械加工、隧道挖掘、航空航天等，甚至某些大型工業(yè)設(shè)備必須使用液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，如三峽大壩的水閘。
[0003]比例電磁鐵在實際工作過程中，磁鐵材料會存在磁滯特性，栗的運動組件和閥腔的相對運動必然形成摩擦力，此外，栗的運動組件之間通常存在機械間隙，這些因素均會導(dǎo)致比例栗的穩(wěn)態(tài)特性呈現(xiàn)滯環(huán)現(xiàn)象。因此在電磁鐵驅(qū)動信號中疊加特定參數(shù)的顫振是目前工程實際中改善位置滯環(huán)的常用方法。通過建模仿真和實驗方法，證明了疊加顫振幅值能夠有效的消除粘滯力;在保證位置控制精度的基礎(chǔ)上，大幅減小了比例栗的滯環(huán)，有效地提高了全行程的階躍響應(yīng)特性。
[0004]常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)對于系統(tǒng)內(nèi)部特性的變化和外部擾動的影響具有一定的抑制能力，但由于控制器參數(shù)是固定的，所以當系統(tǒng)內(nèi)部特性變化或者外部擾動的變化幅度很大時，系統(tǒng)的性能常常會大幅度下降，甚至不穩(wěn)定。而自適應(yīng)控制器能修正自己的特性以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性的變化，極大地改善了常規(guī)反饋控制系統(tǒng)的問題。
[0005]因此，需要提供一種新的技術(shù)方案來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器。
[0007]為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，作為集成式比例控制器或集成式比例控制器被控對象的電液比例栗，其輸出端與顫振控制閉環(huán)、活塞桿位置控制閉環(huán)相連接，顫振控制閉環(huán)和活塞桿位置控制閉環(huán)組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，將活塞桿位置信號輸入到顫振自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計算得出新的活塞桿位置控制信號，上述雙閉環(huán)控制算法的計算結(jié)果疊加后，輸出到驅(qū)動電路并作用于電磁鐵，從而實現(xiàn)活塞桿往復(fù)運動的全行程最小滯環(huán)、高精度活塞桿位置和高動態(tài)響應(yīng)特性，該比例栗放大器包括
[0009]顫振控制閉環(huán)，其第一輸入端獲取電液比例栗反饋回來的活塞桿位置、比例栗前后壓差和流經(jīng)比例栗的流量，用于得到新的適應(yīng)的顫振幅值和頻率；
[0010]活塞桿位置控制閉環(huán)，其第一輸入端獲取用戶制定的活塞桿位置值，用于活塞桿位置的精確定位；
[0011]顫振疊加算法單元，其輸入端與所述的顫振控制閉環(huán)和活塞桿位置控制閉環(huán)的輸出端相連接，用于改善活塞桿位置滯環(huán)的影響；以及
[0012]采樣電流單元，其輸入端與顫振疊加算法單元的第二輸出端相連接，該采樣電流單元的輸出端與顫振控制閉環(huán)的第二輸入端相連接，用于采集輸入到電液比例栗中的實際電流。
[0013]該比例栗放大器包括位移設(shè)定值、第一比較器、位移控制部件、顫振控制部件、第二比較器、顫振疊加算法單元和電流控制部件，所述第一比較器的第一輸入端獲取輸入位移設(shè)定值，所述位移控制部件與第一比較器連接，所述顫振控制部件與第二比較器連接，所述第二比較器的第一輸入端獲取電流控制部件檢測到比例栗的實際電流，所述電流控制部件的輸入端與顫振疊加算法單元的輸出端連接，所述電流控制部件的第一輸出端與比例電磁鐵連接，所述比例電磁鐵作為集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器的被控對象，其驅(qū)動液壓缸中的活塞桿運動，該活塞桿的輸出端與位移傳感器連接。
[0014]集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，該比例栗放大器采用的原理是:精確檢測電磁鐵的電流、活塞桿位置、比例栗前后壓差和流經(jīng)比例栗的流量，通過智能信號處理算法，從電流中準確提取顫振幅值和顫振頻率，輸入到顫振信號自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計算得出新的適應(yīng)活塞桿位置、栗前后壓差和流量的顫振幅值和頻率，該過程根據(jù)實時參數(shù)不斷地修正顫振幅值和頻率，從而實現(xiàn)顫振自適應(yīng)的過程。
[0015]該算法包括PID控制算法、專家算法、模糊控制算法。
[0016]集成式比例控制器被控對象為比例流量栗、比例壓力栗、比例換向栗中的一種。
[0017]該比例栗放大器采用集成于電液比例栗的方式，比例栗放大器的輸入信號通過無線通信的方式得到外部信號，輸入形式有模擬輸入、數(shù)字輸入、斜坡信號輸入，輸出形式有模擬輸出、數(shù)字輸出。
[0018]本發(fā)明的有益效果:該比例栗放大器采用顫振控制閉環(huán)和活塞桿位置控制閉環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，將活塞桿位置信號輸入到顫振自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計算得出新的活塞桿位置控制信號，上述雙閉環(huán)控制算法的計算結(jié)果疊加后，輸出到驅(qū)動電路并作用于電磁鐵，從而實現(xiàn)活塞桿往復(fù)運動的全行程最小滯環(huán)、高精度活塞桿位置和高動態(tài)響應(yīng)特性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器的原理框圖。
[0020]圖2為本發(fā)明集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器的具體實施例的原理框圖。
[0021 ] 101.顫振控制閉環(huán)，102.活塞桿位置控制閉環(huán)，103.顫振疊加算法單元，104.采樣電流單元，105.電液比例栗，
[0022]1.位移設(shè)定值，2.第一比較器，3.位移控制部件，31.位移控制改進PID控制單元，32.位移傳感器，33.位移采集模塊，34.位移采樣濾波單元，4.顫振控制部件，41.PID補償器，43.濾波器，44.顫振提取算法單元，5.第二比較器，6.顫振疊加算法單元，7.電流控制部件，71.電流控制增量式PID控制單元，72.PWM輸出單元，73.電流轉(zhuǎn)換電壓放大單元，74.電流采樣濾波單元，8.比例電磁鐵，9.液壓缸。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。以下實施例僅用于說明本發(fā)明，不用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0024]圖1所示，集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，電液比例栗105作為集成式比例控制器的被控對象，電液比例栗的輸出端與顫振控制閉環(huán)、活塞桿位置控制閉環(huán)相連接，顫振控制閉環(huán)和活塞桿位置控制閉環(huán)組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，將活塞桿位置信號輸入到顫振自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計算得出新的活塞桿位置控制信號，上述雙閉環(huán)控制算法的計算結(jié)果疊加后，輸出到驅(qū)動電路并作用于電磁鐵，從而實現(xiàn)活塞桿往復(fù)運動的全行程最小滯環(huán)、高精度活塞桿位置和高動態(tài)響應(yīng)特性，該比例栗放大器包括
[0025]顫振控制閉環(huán)101，其第一輸入端獲取電液比例栗反饋回來的活塞桿位置、比例栗前后壓差和流經(jīng)比例栗的流量，用于得到新的適應(yīng)的顫振幅值和頻率；
[0026]活塞桿位置控制閉環(huán)102，其第一輸入端獲取用戶制定的活塞桿位置值，用于活塞桿位置的精確定位；
[0027]顫振疊加算法單元103，其輸入端與所述的顫振控制閉環(huán)和活塞桿位置控制閉環(huán)的輸出端相連接，用于改善活塞桿位置滯環(huán)的影響；以及
[0028]采樣電流單元104，其輸入端與顫振疊加算法單元的第二輸出端相連接，該采樣電流單元的輸出端與顫振控制閉環(huán)的第二輸入端相連接，用于采集輸入到電液比例栗中的實際電流。
[0029]被控對象為比例流量栗、比例壓力栗、比例換向栗中的一種。
[0030]該比例栗放大器集成于比例栗中，輸入形式有模擬輸入、數(shù)字輸入、斜坡信號輸入，輸出形式有模擬輸出、數(shù)字輸出。
[0031]圖2所示，比例電磁鐵8作為集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器的被控對象，該機構(gòu)驅(qū)動液壓缸9中的活塞桿運動，該活塞桿的輸出端與位移傳感器連接。該集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器包含:位移設(shè)定值1、第一比較器2、位移控制部件3、顫振控制部件4、第二比較器5、顫振疊加算法單元6、電流控制部件7。
[0032]其中，第一比較器2的第一輸入端獲取輸入位移設(shè)定值I;位移控制部件3與第一比較器2連接;顫振控制部件4與第二比較器5連接;第二比較器5的第一輸入端獲取電流控制部件7檢測到比例栗的實際電流；電流控制部件7的輸入端與顫振疊加算法單元6的輸出端連接，該電流控制部件7的第一輸出端與比例電磁鐵8連接。
[0033]位移控制部件3包含:位移控制改進PID控制單元31，位移傳感器32，位移采集模塊33，位移采樣濾波單元34。其中，位移控制改進PID控制單元31的輸入端與第一比較器2的輸出端連接;第一比較器2通過對獲取輸入位移設(shè)定值與位移采樣濾波單元34發(fā)送的反饋信號值進行比較計算，獲取位移誤差ek。
[0034]顫振控制部件4包含:PID補償器41，位移傳感器32，濾波器43，顫振提取算法單元44。其中，PID補償器41的輸入端與第二比較器5的輸出端連接;第二比較器5通過對獲取電流控制部件7檢測到比例栗的實際電流與顫振提取算法單元44發(fā)送的反饋信號值進行比較計算，獲取顫振幅值誤差e’k。
[0035]本發(fā)明中，PID補償器41引入的濾波器能夠有效的濾除輸入信號的干擾;積分分離與抗積分飽和算法能夠有效的防止由于積分環(huán)節(jié)導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，降低系統(tǒng)的超調(diào)量，避免積分飽和，同時又能減小控制器穩(wěn)定性的誤差，提高控制器位移的控制精度;帶死區(qū)的控制算法計算能夠有效的改善死區(qū)帶來的顫動問題。
[0036]顫振疊加算法單元6將PID補償器41獲取的顫振幅值誤差e’k和位移控制改進PID控制單元31獲取的位移誤差％進行運算得到電流，發(fā)送至電流控制部件7。
[0037]電流控制部件7包含:電流控制增量式PID控制單元71，PWM輸出單元72，電流轉(zhuǎn)換電壓放大單元73，電流采樣濾波單元74。其中，電流控制增量式PID控制單元71的輸入端與顫振疊加算法單元6的輸出端連接，該電流控制增量PID式控制單元71的輸出端與PWM輸出單元72的輸入端連接;PWM輸出單元72的第一輸出端與比例電磁鐵8的輸入端連接；電流轉(zhuǎn)換電壓放大單元73的輸入端與所述的PWM輸出單元的第二輸出端連接；電流采樣濾波單元74的輸入端與所述的電流轉(zhuǎn)換電壓放大的輸出端連接，該電流采樣濾波單元74的輸出端與第二比較器5的輸入端連接。
[0038]本發(fā)明中，電流控制增量式PID控制單元71根據(jù)獲取顫振疊加算法單元輸出的電流誤差error進行計算，從而將獲取電流環(huán)控制輸出值Uk，通過PffM輸出單元7 2處理后，輸送至比例電磁鐵8中，進而控制液壓缸9的工作。
【主權(quán)項】
1.集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，其特征在于:作為集成式比例控制器被控對象的電液比例栗，其輸出端與顫振控制閉環(huán)、活塞桿位置控制閉環(huán)相連接，顫振控制閉環(huán)和活塞桿位置控制閉環(huán)組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，將活塞桿位置信號輸入到顫振自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計算得出新的活塞桿位置控制信號，上述雙閉環(huán)控制算法的計算結(jié)果疊加后，輸出到驅(qū)動電路并作用于電磁鐵，從而實現(xiàn)活塞桿往復(fù)運動的全行程最小滯環(huán)、高精度活塞桿位置和高動態(tài)響應(yīng)特性，該比例栗放大器包括 顫振控制閉環(huán)，其第一輸入端獲取電液比例栗反饋回來的活塞桿位置、比例栗前后壓差和流經(jīng)比例栗的流量，用于得到新的適應(yīng)的顫振幅值和頻率； 活塞桿位置控制閉環(huán)，其第一輸入端獲取用戶制定的活塞桿位置值，用于活塞桿位置的精確定位； 顫振疊加算法單元，其輸入端與所述的顫振控制閉環(huán)和活塞桿位置控制閉環(huán)的輸出端相連接，用于改善活塞桿位置滯環(huán)的影響； 以及采樣電流單元，其輸入端與顫振疊加算法單元的第二輸出端相連接，該采樣電流單元的輸出端與顫振控制閉環(huán)的第二輸入端相連接，用于采集輸入到電液比例栗中的實際電流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，其特征在于，該比例栗放大器包括位移設(shè)定值、第一比較器、位移控制部件、顫振控制部件、第二比較器、顫振疊加算法單元和電流控制部件，所述第一比較器的第一輸入端獲取輸入位移設(shè)定值，所述位移控制部件與第一比較器連接，所述顫振控制部件與第二比較器連接，所述第二比較器的第一輸入端獲取電流控制部件檢測到比例栗的實際電流，所述電流控制部件的輸入端與顫振疊加算法單元的輸出端連接，所述電流控制部件的第一輸出端與比例電磁鐵連接，所述比例電磁鐵作為集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器的被控對象，其驅(qū)動液壓缸中的活塞桿運動，該活塞桿的輸出端與位移傳感器連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插卡式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，其特征在于:精確檢測電磁鐵的電流、活塞桿位置、比例栗前后壓差和流經(jīng)比例栗的流量，通過智能信號處理算法，從電流中準確提取顫振幅值和顫振頻率，輸入到顫振信號自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計算得出新的適應(yīng)活塞桿位置、栗前后壓差和流量的顫振幅值和頻率，該過程根據(jù)實時參數(shù)不斷地修正顫振幅值和頻率，從而實現(xiàn)顫振自適應(yīng)的過程。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的插卡式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，其特征在于:該算法包括PID控制算法、專家算法、模糊控制算法。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，其特征在于:所述集成式比例控制器被控對象為比例流量栗、比例壓力栗、比例換向栗中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式顫振信號自適應(yīng)比例栗放大器，其特征在于:該比例栗放大器采用集成于電液比例栗的方式，比例栗放大器的輸入信號通過無線通信的方式得到外部信號，輸入形式有模擬輸入、數(shù)字輸入、斜坡信號輸入，輸出形式有模擬輸出、數(shù)字輸出。
【文檔編號】F16K31/06GK106051269SQ201610490109
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】劉國平, 龔琦
【申請人】南昌大學