一种数字阀组集成单元构型及控制方法与流程

1.本发明涉及液压开关控制技术领域，尤其是一种数字阀组集成单元构型及控制方法。


背景技术：

2.小流量电磁开关阀作为电液数字控制技术关键元件，其优点包括结构简单、成本低、高响应、低压损、抗污染能力强和高可靠性等，逐渐在电液数字控制技术领域得到广泛应用，开关阀通过数字信号进行单独控制，易于与微传感技术和现代通信技术相融合，可实现元件及系统的可编辑控制、交互连接以及对系统工况进行实时采集及处理。但是其小流量的特性无法满足驱动大负载的要求。
3.数字流量控制单元的流量输出特性取决于其中小流量电磁开关阀的组合和控制方式，数字流量控制单元的输出特性主要指实际输出与理想输出之间的误差。常规的开关阀因只有“开”和“关”两种状态，所以流量分辨率较低，不适用于对流量分辨率和精度要求高的场合。传统的控制方式对于数字流量控制单元的输出具有流量输出不连续、计算量大、流量阶梯步长过大和控制方式单一等问题，限制了数字流量控制单元的输出精度，影响了数字阀组在液压系统中的应用，是急需本领域的技术人员解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明需要解决的技术问题是提供控制简单、响应速度快、输出精度高、适应范围广的一种数字阀组集成单元构型及控制方法。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种数字阀组集成单元构型，包括底板阀块、多个开关阀、线圈、测控组件，所述底板阀块的上方均布四个数字流量控制单元阀块，所述底板阀块内设置有4组分别与各个数字流量控制单元阀块对应的两层油道，两层油道之间通过多个支路联通，所述数字流量控制单元阀块的上侧设置有若干等间距分布的控制各个支路的开关阀，两层油道中的一层油道一端的进油端与底板阀块进油口联通、另一端封闭，另一层油道一端用于与接缸口或油箱口连接并连接流量传感器、另一端与另一组的一层油道的进油端连接，所述开关阀的上方还设置有线圈，两层油道各设置有压力传感器，测控组件与压力传感器、流量传感器和线圈连接。
6.本发明技术方案的进一步改进在于：所述底板阀块内设置有上层油道和下层油道；所述底板阀块后侧的上层油道和下层油道与安装于底板阀块上方后侧的数字流量控制单元阀块相对应，所述底板阀块前侧的上层油道和下层油道与安装于底板阀块上方前侧的数字流量控制单元阀块相对应，所述数字流量控制单元阀块的上侧设置有若干等间距分布的开关阀，以控制和每个数字流量控制单元阀块相对应的上层油道和下层油道之间是否连通；所述前侧的上层油道和后侧的下层油道的左右两侧设置有用螺堵堵住的常闭出
油口，所述前侧的下层油道左右两侧分别设置有接缸b口和接缸a口，所述后侧的上层油道左右两侧设置有t油箱口，所述底板阀块前侧设置有与所述上层油道连通的进油口。
7.本发明技术方案的进一步改进在于：所述开关阀的外周设置有嵌于所述数字流量控制单元阀块上表面的端盖，并通过所述数字流量控制单元阀块上侧的压板将所述开关阀和端盖紧固。
8.本发明技术方案的进一步改进在于：所述压板上表面上设置有位于两侧及相邻两个开关阀之间的紧定螺钉。
9.本发明技术方案的进一步改进在于：所述数字流量控制单元阀块的上表面、与底板阀块外侧相对应的数字流量控制单元阀块前、后表面上螺纹连接有若干等间距分布的压力传感器，所述接缸b口、接缸a口和t油箱口的外侧通过油管连接有流量传感器。
10.本发明技术方案的进一步改进在于：所述开关阀为二位二通结构的常闭式开关阀。
11.本发明技术方案的进一步改进在于：所述测控组件包括控制器、采集卡、上位机、可调直流电源、电流传感器和继电器，所述可调直流电源与所述继电器的常开端口连接，所述控制器的输出端与所述继电器的触发口连接，所述继电器的另一端与所述线圈和所述电流传感器连接，所述采集卡的输入端分别与所述压力传感器、所述流量传感器和所述电流传感器的输出端连接，所述采集卡的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器通过线缆与所述上位机连接。
12.一种数字阀组集成单元构型的控制方法，包括如下步骤：步骤一、根据用户的要求，选择符合的控制构型，将所述数字流量控制单元阀块中的若干个开关阀分组，获得不同数量的开关阀的组合，形成所需的编码构型形式；步骤二、根据用户流量需求，通过流量方程实时计算出数字流量控制单元阀块中各个开关阀的开关状态，并通过控制器输出对应开关信号，结合pcm、pwm及其组合的控制方式，从而驱动相应的开关阀做出相应的动作；步骤三、控制器控制采集卡采集流量传感器发出的流量信号，与用户的流量需求进行比较，进一步调节实现闭环控制，直到符合用户的流量需求。
13.由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：1.本发明可直接将开关0、1信号转换成离散的流量，无需a/d和d/a转换控制即可实现数字控制，控制简单；结合pcm、pwm及其组合的闭环控制方法，通过数字开关组合近似实现连续控制，保证高精度控制；2.本发明通过若干开关阀的组合，其中某个数字流量控制单元阀块上的开关阀出现故障时，可以方便的更换数字流量控制单元阀块上的开关阀，从而便于维修，降低系统的维护成本；3.本发明通过若干开关阀的组合，可提高输出的控制响应，提高系统性能；4.本发明通过将开关阀分组，来得到不同的编码构型形式，可以满足并适应不同工况的需求；
5.本发明可以通过增加数字阀个数就可以提高流量输出范围，可实现单个流量控制单元及数字阀组集成单元的控制，不但增加系统的冗余度，极大提高了系统的可靠性，而且能够保持原有的频率特性，可替代比例阀或伺服阀实现流量闭环高精度控制。
附图说明
14.图1是本发明数字阀组集成单元构型的整体结构示意图；图2是本发明数字阀组集成单元构型的剖视图；图3是本发明数字阀组集成单元构型的原理图；图4是本发明数字阀组集成单元构型的控制框图；图5是本发明数字阀组集成单元构型的不同编码构型形式示意图；图6为本发明数字阀组集成单元构型采用裴波拉契编码的闭环控制流量跟随曲线；其中，1、底板阀块，2、开关阀，3、线圈，4、端盖，5、压板，6、紧定螺钉，7、压力传感器，8、数字流量控制单元阀块，9、上层油道，10、下层油道，11、常闭出油口，12、接缸b口，13、t油箱口，14、进油口。
具体实施方式
15.下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：如图1并结合图2所示，一种数字阀组集成单元构型，包括底板阀块1、多个开关阀2、线圈3、测控组件，底板阀块1的上方均布四个数字流量控制单元阀块8，底板阀块1内设置有4组分别与各个数字流量控制单元阀块8对应的两层油道，两层油道之间通过多个支路联通，数字流量控制单元阀块8的上侧设置有若干等间距分布的控制各个支路的开关阀2，优选的，开关阀2为二位二通结构的常闭式开关阀2，开关阀2采用高速开关阀，其特点在于可以快速对控制信号做出响应，并且保持原有的频率特性；两层油道中的一层油道一端的进油端与底板阀块1进油口14联通、另一端封闭，另一层油道一端用于与缸口或油箱口连接并连接流量传感器、另一端与另一组的一层油道的进油端连接，开关阀2的上方还设置有线圈3，两层油道各设置有压力传感器7，测控组件与压力传感器7、流量传感器和线圈3连接。
16.底板阀块1内设置有上层油道9和下层油道10；底板阀块1后侧的上层油道9和下层油道10与安装于底板阀块1上方后侧的数字流量控制单元阀块8相对应，底板阀块1前侧的上层油道9和下层油道10与安装于底板阀块1上方前侧的数字流量控制单元阀块8相对应，数字流量控制单元阀块8的上侧设置有若干等间距分布的开关阀2，以控制和每个数字流量控制单元阀块8相对应的上层油道9和下层油道10之间的多个支路的启闭，从而可以通过将开关阀2分组，来得到不同的编码构型形式，以满足并适应不同工况的需求。
17.前侧的上层油道9和后侧的下层油道10的左右两侧设置有用螺堵堵住的常闭出油口11，前侧的下层油道10左右两侧分别设置有接缸b口12和接缸a口，后侧的上层油道9左右两侧设置有t油箱口13，底板阀块1前侧设置有与上层油道9的进油端连通的进油口14；在此，需要说明的是，本发明具有多种工作模式，下面列举两种工作模式，来对油道内的油液流动进行描述：
工作模式一：仅左前侧的数字流量控制单元阀块8工作，此时，需要用螺堵将t油箱口13和接缸a口均堵住，由进油口14进油，到上层油道9中，通过数字流量控制单元阀块8上的开关阀2，流到下层油道10中，然后从接缸b口12流到液压缸中。
18.工作模式二：四个数字流量控制单元阀块8均工作，此时，由进油口14进油，到两侧的上层油道9中，分别经过数字流量控制单元阀块8上的开关阀2，流到前侧的下层油道10中，然后由接缸b口12和接缸a口流到液压缸的两腔内，油在下层油道10中时，还会向后侧的下层油道10中流动，随后经过开关阀2，流到后侧的上层油道9中，再经由t油箱口13流到油箱内。
19.开关阀2的外周设置有嵌于数字流量控制单元阀块8上表面的端盖4，并通过数字流量控制单元阀块8上侧的压板5将开关阀2和端盖4紧固。此时，于压板5上表面上设置有位于两侧及相邻两个开关阀2之间的紧定螺钉6，可以使压板5的紧固效果更好。
20.数字流量控制单元阀块8的上表面、与底板阀块1外侧相对应的数字流量控制单元阀块8前、后表面上螺纹连接有若干等间距分布的压力传感器7，数字流量控制单元阀块8的上表面上的压力传感器7，用以测量通过开关阀2之前的油液的压力，数字流量控制单元阀块8前、后表面上的压力传感器7，用以侧两通过开关阀2之后的油液的压力，接缸b口12、接缸a口和t油箱口13的外侧通过油管连接有流量传感器。
21.测控组件包括控制器、采集卡、上位机、可调直流电源、电流传感器和继电器，可调直流电源与继电器的常开端口连接，控制器的输出端与继电器的触发口连接，继电器的另一端与线圈3和电流传感器连接，采集卡的输入端分别与压力传感器7、流量传感器和电流传感器的输出端连接，采集卡的输出端与控制器的输入端连接，控制器通过线缆与上位机连接。
22.一种数字阀组集成单元构型的控制方法，包括如下步骤：步骤一、根据用户的要求，选择符合的控制构型，将数字流量控制单元阀块8中的若干个开关阀2分组，获得不同数量的开关阀2的组合，形成所需的编码构型形式；步骤二、根据用户流量需求，通过流量方程实时计算出数字流量控制单元阀块8中各个开关阀2的开关状态，并通过控制器输出对应开关信号，结合pcm、pwm及其组合的控制方式，从而驱动相应的开关阀2做出相应的动作；步骤三、控制器控制采集卡采集流量传感器发出的流量信号，与用户的流量需求进行比较，进一步调节实现闭环控制，直到符合用户的流量需求。
23.工作原理及使用方法：如图4所示，本发明提供了搭配所述数字阀组集成单元构型的控制框图，通过上位机输入信号，给定理想流量输出值，确定合适的阀组构型，基于开关阀2模型的控制器通过方程求解，输出控制信号，流量传感器测量数字阀组集成单元的流量输出并与理想值对比误差，形成闭环控制，实现精确流量控制。
24.如图5所示，图中每个矩形代表一个开关阀2，不同灰度的矩形代表一组多个开关
阀2受同一信号控制，每一竖列代表一种控制状态，每一竖列的高度代表该控制状态下的流量输出。控制算法是将阀组集成单元所有组合方式通过开关阀2模型计算出理论输出，与目标输出做比较，选择误差最小的组合方式，并输出对应的控制信号。
25.本发明的工作过程分为准备过程、测试过程，其具体操作步骤如下：准备过程：步骤一、将底板阀块1与数字阀组流量控制单元阀块通过紧定螺钉6连接固定；将开关阀2放入数字流量控制单元阀块8安装，通过压板5压紧；在四个数字流量控制单元阀块8均使用时，底板阀块1的正面进油口14接通高压油，左右两侧的t油箱口13通过油管与流量传感器连接，再通过油管与油箱连接，接缸b口12和接缸a口通过油管与流量传感器连接，再通过油管与液压缸连接。
26.测试过程：步骤二、选择符合工况的控制构型，通过控制器和上位机，将目标流量输入转化为控制信号输出，数字阀组（4
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5）的开关输出，并通过流量传感器采集的信号与目标值比较实现闭环控制。
27.图6为本发明以7个阀裴波拉契编码为例测得的流量跟随曲线，设定目标流量输出为一正弦周期信号，控制器经流量传感器采集得到输出流量，实现有级流量的离散输出，增大了流量的可控范围，实现液压流量的准确控制。
28.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。