[发明专利]电液比例阀调速控制方法、装置、系统以及工程机械设备

说明书

技术领域

本发明涉及控制领域，具体地，涉及一种电液比例阀调速控制方法、装置、系统以及具有该系统的工程机械设备。

背景技术

电液比例阀是介于液压阀和电液伺服阀间之间的一种液压控制阀，电液比例阀接收外部的控制信号，根据该控制信号调节阀芯位移，使阀门开度与控制信号的强弱成比例变化，对通过该电液比例阀的介质有效调节，最终实现对应用该电液比例阀的系统进行精确控制。

目前常采用脉宽调制信号(PWM信号)作为电液比例阀的控制信号。控制系统发送具有不同频率、不同占空比的PWM信号到电液比例阀，电液比例阀根据该PWM信号的占空比成比例地调节阀芯位移，使阀门开度与PWM信号的占空比成比例变化。

在电液比例阀中，由于加工误差的原因，阀体孔与阀芯总会产生一定的形状误差，两者也不可能绝对同心与无锥度，这就不可避免地在阀芯上产生径向不平衡力，将阀芯推向另一侧，从而产生比较大的摩擦力。此外，电液比例阀衔铁与导套之间的摩擦力也制约着其控制精度的提高。受摩擦力影响，执行机构将有瞬间不能响应指令信号，从而给输出产生明显的滞环和死区，摩擦的存在使调节不能及时进行，有时还造成调节的过量，使控制系统的控制品质变差。

因此，当PWM占空比较小时，存在着流量死区，占空比较大时存在着流量饱和现象。这是因为施加给阀的控制信号是矩形电压波，对应于此电压波，阀线圈上的电流只能相对缓慢地增大，当大到一定程度才能产生足够的电磁力来克服摩擦力，而使阀芯移动。这导致阀芯移动与电流值产生明显的滞环、线性度差。

为降低摩擦力对电液比例阀响应的影响，目前常用的电液比例阀调速控制系统如图1所示，PWM发生装置10根据PWM设定值产生PWM信号，在该PWM信号中叠加由颤震信号发生装置40所产生的颤震信号，之后将该PWM信号及颤震信号被一起输入至电液比例阀20，以驱动该电液比例阀20，该电液比例阀20所输出的流量可驱动所述液压执行元件30(诸如，液压缸、液压马达等)动作。所述颤震信号发生装置40所产生的颤震信号用于实现对阀芯的摩擦力的减小。一般情况下，电液比例阀从接收PWM信号到产生相应的阀芯位移，先后要克服静摩擦力和滑动摩擦力。在输入信号中叠加颤震信号以后，电液比例阀的阀芯将产生一个微小的附加振动，如果颤震信号附加作用力的算术平均值大于阀芯的静摩擦力，则阀芯将不出现静止状态，使摩擦力的影响明显减小，提高了电液比例阀的响应速度和线性度。

然而，在图1所示的方法中，对PWM信号和震颤信号都是通过相应的模拟电路发生装置来调节的，精度低、误差大，且相互之间没有形成一个完整的系统，特别是电液比例阀的特性受外界因素发生变化时，现有的技术难以实时跟踪，可调节性和适应性差，对于电液比例阀响应速度和线性度的提高有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种电液比例阀调速控制方法、装置、系统以及具有该系统的工程机械设备，可显著提高电液比例阀的响应速度和线性度。

为了实现上述目的，本发明还提供一种电液比例阀调速控制方法，该方法包括：获取液压执行元件的实际速度；在所述实际速度与期望速度之差大于预定值时，根据该差值，调节施加至所述电液比例阀的PWM信号的频率和/或占空比；根据所述调节后的PWM信号的频率和/或占空比，计算颤震信号的频率和/或幅值，并根据所述实际速度与期望速度之差的变化率，对所计算的颤震信号的幅值进行调节；以及将所述调节后的颤震信号以及所述调节后的PWM信号一起输入至所述电液比例阀。

相应地，本发明还提供一种电液比例阀调速控制装置，该装置包括：实际速度获取设备，用于获取液压执行元件的实际速度；以及PWM调节设备，用于在所述实际速度与期望速度之差大于预定值时，根据该差值，调节施加至所述电液比例阀的PWM信号的频率和/或占空比；颤震调节设备，用于根据调节后的PWM信号的频率和/或占空比，计算颤震信号的频率和/或幅值，并根据所述实际速度与期望速度之差的变化率，对所计算的颤震信号的幅值进行调节；输出设备，用于将所述调节后的PWM信号以及所述调节后的颤震信号一起输入至所述电液比例阀。

相应地，本发明还提供一种电液比例阀调速控制系统，该系统包括控制器、电液比例阀、液压执行元件以及速度检测装置，所述控制器的PWM信号驱动所述电液比例阀并驱动所述液压执行元件，所述速度检测装置检测所述液压执行元件的实际速度，并将该实际速度反馈给所述控制器，其中，该控制器为执行上述电液比例阀调速控制方法的控制器。

相应地，本发明还提供一种工程机械设备，该设备包括上述电液比例阀调速控制系统。