一种流体稳压控制方法、控制阀结构及流体输送控制系统与流程

本发明涉及阀，具体涉及多通阀的驱动与控制，特别涉及一种流体稳压控制方法、控制阀结构及流体输送控制系统。

背景技术：

1、控制阀是流体系统中的基本控制元件，用于实现流路的切换、通断或调节。两位四通换向阀是其中一类常见的阀装置，通过改变阀芯位置使流体进口与不同工作口连通，从而控制执行元件的运动方向。

2、传统两位四通换向阀多采用滑阀结构，其基本原理为：阀体内部沿某一方向设置贯穿孔，阀芯滑动装配于该贯穿孔内，阀芯外周设有环形槽和密封结构。通过驱动阀芯沿轴向滑动至不同位置，使介质入口选择性地与不同工作口连通，同时使另一工作口与排出口连通，从而实现流道的切换。然而，上述传统技术方案存在以下技术缺陷。

3、其一，阀芯位置检测依赖外部传感器。cn121611781a和cn204186665u各自公开了一种两位四通换向阀，两者均采用阀芯沿轴向滑动的方式实现流道切换。在这类方案中，阀芯或活塞的位置状态获取需依赖额外设置的位移传感器，或依赖机械式限位开关提供离散的位置信号。这些传感器占用额外安装空间，增加系统硬件成本，并且传感器与运动部件之间通常存在机械传动链（如连杆、齿轮等连接环节），传动间隙和弹性变形会引入测量误差，降低位置反馈精度。上述两篇对比文件均不涉及任何活塞位置检测功能，亦不涉及电极/电阻/电容检测方案。

4、其二，双通道换向阀的控制架构复杂。对于需要分别检测两个流道开闭状态并进行闭环控制的应用场合，由于现有方案缺乏对两个流道开度的连续检测手段，通常仅能依赖外部独立传感器分别检测各流道的状态，并据此构建多变量控制系统分别调控各流道的开度。这种控制架构导致控制器设计复杂，且两个控制回路之间缺乏协调机制，易产生控制指令冲突或系统失稳。cn121611781a和cn204186665u均未涉及闭环控制拓扑，亦未公开如何利用双通道检测信号进行流道开度的协同控制。

5、其三，检测手段与驱动机构功能分离。de102011090048a1公开了一种通过电阻测量确定活塞在活塞压力储存器内部位置的方法，在壳体上设置多个测量电极对，通过测量沿壳体的电阻或电势分布来确定活塞在壳体内部的位置。us20140169987a1公开了一种用于检测斜盘角位置的介电传感器装置，通过感测探针与传感器靶之间的阻抗来确定斜盘相对于壳体的角度。us6122914a公开了一种斜盘式无级变速器，其中斜盘被用于驱动柱塞做往复运动。上述方案中，检测电极均为独立设置的专用传感元件，需在装置内部额外布置检测部件，检测功能与驱动功能由不同的物理元件分别承担；活塞或柱塞仅作为被驱动元件或被测对象，未被赋予检测功能。检测手段与驱动机构的功能分离，导致系统无法实现结构复用和功能集成。

6、其四，换向过程中的瞬态控制缺乏有效手段。现有两位四通换向阀（如cn121611781a、cn204186665u所公开的方案）在换向过渡阶段，运动部件从一极限位置运动至另一极限位置，抵达行程末端时因惯性易产生机械冲击和压力脉动。传统方案依赖机械缓冲结构（如缓冲弹簧、节流缓冲槽）或定时延迟控制来缓解冲击，前者增加结构复杂度，后者无法适应负载变化和转速波动工况。上述对比文件均未涉及对换向过程中运动部件瞬态行为的实时检测与主动控制。

7、综上所述，现有技术中尚不存在一种控制阀方案，能够在利用驱动活塞本身作为位置检测电极的同时，基于两个流道开度互补的物理约束构建差分检测信号，并利用该信号实现闭环控制和换向瞬态主动管理。为此，本发明提出一种流体稳压控制方法、控制阀结构及流体输送控制系统。

技术实现思路

1、为解决无法利用驱动活塞本身作为位置检测电极的同时，基于两个流道开度互补的物理约束构建差分检测信号，并利用该信号实现闭环控制和换向瞬态主动管理的技术问题，本发明提出一种流体稳压控制方法、控制阀结构及流体输送控制系统。本发明的技术方案是通过如下内容这样实现的。

2、第一方面，一种流体稳压控制方法。

3、所述流体稳压控制方法用于对阀装置进行控制，所述阀装置包括多个流道，以及设置于所述流道中的可往复运动的活塞，各所述活塞相互之间具有相位差；所述流体稳压控制方法包括如下步骤。

4、根据不同所述流道中的所述活塞的位置，获取与不同所述活塞位置关联的阻抗信号；至少包括第一阻抗信号和第二阻抗信号。

5、基于各所述阻抗信号之间的差值，例如所述第一阻抗信号与所述第二阻抗信号的差值，生成对应于不同活塞体在各自流道中的相对位置关系的差分信号，所述相对位置关系与不同所述流道的开度互补状态相关联。

6、将所述差分信号转化为反馈信号，所述反馈信号用于表征所述控制阀的当前换向状态。

7、根据所述反馈信号，生成驱动控制信号并输出至驱动装置，以使所述驱动控制信号用于驱动各所述活塞在各自流道中往复运动，以改变各所述流道的开度互补状态。

8、在其一种实施方式之中，获取所述阻抗信号的步骤中，对不同的所述阻抗信号执行同步采样，以使所述差分信号对应于同一采样时刻下各所述活塞的相对位置关系，消除因各所述活塞运动状态不同步而引入的相位误差。

9、生成差分信号之前，先对所述阻抗信号进行幅值归一化处理，以使所述差分信号消除了因不同流道内检测电极的初始几何参数差异或介质状态差异所引入的直流偏置。

10、获取与不同所述活塞位置关联的阻抗信号的步骤包括：根据各所述流道内的介质状态，选择电阻检测模式或电容检测模式。

11、当所述流道内存在导电介质时，所述第一阻抗信号和所述第二阻抗信号通过电阻检测模式获取；当所述流道内不存在导电介质时，所述第一阻抗信号和所述第二阻抗信号通过电容检测模式获取，以使所述差分信号在所述流道内介质状态发生变化时保持连续有效输出。

12、在其一种实施方式之中，生成所述差分信号的同时，还根据各所述阻抗信号的和值生成共模补偿因子；根据所述共模补偿因子对所述差分信号执行补偿，以使所述差分信号消除因流体电导率漂移、温度变化或电极表面污染所引入的共模干扰。

13、在其一种优选的实施方式之中，生成所述差分信号的同时，还计算所述差分信号的相位特征和/或幅值特征；当所述相位特征相对于预设相位参考值的偏离量超出第一阈值，和/或所述幅值特征相对于预设幅值参考值的偏离量超出第二阈值时，判定所述阀装置存在机械故障，其中所述机械故障包括驱动机构的传动部件磨损或活塞卡滞。

14、在其一种更优选的实施方式之中，生成所述差分信号的同时，还在预设标定时刻执行校准操作：获取所述预设标定时刻下的所述第一阻抗信号和所述第二阻抗信号作为标定基准值，其中所述预设标定时刻对应于各所述活塞相对于各自流道具有已知几何位置关系的时刻；根据所述标定基准值更新信号处理模型的零点参数或增益参数，以使所述差分信号在校准周期内保持输出一致性。

15、在其一种实施方式之中，所述生成驱动控制信号的步骤包括：获取目标状态参量。

16、根据所述目标状态参量与所述反馈信号的偏差量，生成偏差信号。

17、根据所述偏差信号生成所述驱动控制信号，以使所述驱动控制信号以所述差分信号为反馈量驱动各所述活塞往复运动，并使各所述流道的开度互补状态趋近于所述目标状态参量所对应的目标互补状态。

18、在其一种优选的实施方式之中，根据所述偏差信号生成所述驱动控制信号的步骤包括：根据所述反馈信号判定各所述活塞当前所处的运动阶段。

19、当判定处于换向过渡阶段时，采用第一控制增益生成所述驱动控制信号。

20、当判定处于非换向过渡阶段时，采用不同于所述第一控制增益的第二控制增益生成所述驱动控制信号，以使所述驱动控制信号在换向过渡阶段具有与稳态阶段不同的动态响应特性。

21、在其一种更优选的实施方式之中，根据所述偏差信号生成所述驱动控制信号的步骤还包括：对所述反馈信号执行时间微分运算，生成速度前馈分量。

22、将所述偏差信号按比例放大生成比例分量。

23、将所述比例分量与所述速度前馈分量叠加，生成所述驱动控制信号，以使所述驱动控制信号在所述偏差信号趋近于零时仍能根据各所述活塞的运动趋势维持对开度互补状态的变化趋势控制。

24、在其一种实施方式之中，生成驱动控制信号之前或同时，还包括：监测所述差分信号的变化率。

25、根据所述变化率判定各所述活塞当前所处的换向进程相位。

26、根据所述换向进程相位，调整所述驱动控制信号的输出变化斜率，以使各所述活塞在趋近于行程极限位置时所述驱动控制信号的输出变化率减小，从而降低各所述活塞抵达行程极限位置时的机械冲击。

27、在其一种更优选的实施方式之中，还包括对所述差分信号执行时间微分运算以生成速度信号。

28、根据所述速度信号和所述差分信号的当前幅值，计算各所述活塞抵达各自行程极限位置的剩余时间；当所述剩余时间小于预设时间阈值时，在所述差分信号幅值达到目标幅值之前向所述驱动装置输出制动控制分量，以使所述驱动控制信号在所述差分信号达到所述目标幅值之前即开始反向调节，从而抑制各所述活塞因惯性而产生的行程过冲。

29、第二方面，一种控制阀结构。

30、所述控制阀结构用于实现如上文第一方面中所述的流体稳压控制方法；所述控制阀结构包括安装于密封壳体之中的如下结构、

31、第一，旋转装置。

32、第二，多个流道结构，包括管体、开设于所述管体的出水口和进水口。

33、第三，多个活塞装置，与所述旋转装置相连接。

34、第四，第一检测回路，设于一个或多个所述活塞装置与流道结构之间。

35、第五，第二检测回路；设于其它所述活塞装置与流道结构之间。

36、所述旋转装置从一极限位置转动到另一极限位置时，至少一个所述活塞装置抵进至所述管体的中部，使所述出水口和进水口不再连通，同时至少另一个所述活塞装置抵进至所述管体的端部，使所述出水口和进水口连通。所述管体上开设有预留孔，所述预留孔用于安装所述第一检测回路或所述第二检测回路的电极，以使所述电极与所述管体内的液柱相接触。

37、第三方面，一种流体输送控制系统。

38、所述流体输送控制系统包括plc控制器，所述plc控制器用于实现如上文第一方面中所述的流体稳压控制方法。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

40、其一，本发明将驱动活塞兼作位置检测电极，使驱动元件与传感元件在物理结构上合为一体，省去了外部位移传感器，避免了机械传动链引入的测量误差，在结构复用的基础上建立了位置感知能力，实现了驱动功能与检测功能的硬件集成。

41、其二，本发明利用两活塞180°相位差交替运动的刚性运动学约束，将双通道阻抗信号的差值定义为差分信号，使差分信号的幅值和极性连续映射两流道的开度互补状态；同时利用两路信号和值作为共模补偿依据，消除了流体电导率漂移、温度变化及电极表面污染引入的共模干扰，提高了反馈信号的长期稳定性和信噪比，使系统无需额外设置温度传感器或电导率传感器即可自动补偿环境变化和介质状态变化带来的影响。

42、其三，本发明以单一差分信号作为闭环反馈量，将传统双流道多变量控制问题降维为单输入-单输出控制问题，消除了双回路协调失稳的隐患；配合基于同一差分信号的阶段自感知变增益控制及速度前馈控制，实现了换向过渡过程的主动阻尼与惯性补偿，兼顾了稳态精度与动态平稳性，并且速度信息来源于同一差分信号的时间微分，无需独立速度传感器，扩展了单一信号源在控制系统的用途。

43、其四，本发明将差分信号同时作为位置反馈、共模补偿依据、故障诊断特征源、换向进程判定依据及主动制动决策依据，实现了单一信号在多环节之间的功能复用，各环节处理结果互为校验，系统的故障检测灵敏度优于依赖外部振动传感器或压力传感器的常规方案，在零部件数量零增长的条件下实现了位置闭环控制、共模抑制补偿、机械故障在线诊断、软着陆及主动制动的多维度功能集成。