[发明专利]一种基于插装阀的大功率负载模拟系统及使用方法

权利要求书

1.一种基于插装阀的大功率负载模拟系统，其特征在于：包括加载作动器（1）、转速计（2）、力矩传感器（3）、加载控制器（4）、比例减压阀Ⅰ（5）、比例减压阀Ⅱ（6）、比例减压阀Ⅲ（7）、比例减压阀Ⅳ（8）、二位二通电磁换向阀Ⅰ（9）、插装阀Ⅰ（10）、插装阀Ⅱ（11）、插装阀Ⅲ（12）、插装阀Ⅳ（13）、二位二通电磁换向阀Ⅱ（14）、单向阀（16）、单向变量液压泵（18）、油箱（19）、力矩反馈信号微分器（20）、加载轴轴向刚度比例单元（21）、角速度指令计算单元（22）、被加载对象角度反馈信号微分器（23）和角速度伺服控制器（24），加载作动器（1）的轴向杆上安装转速计（2）和力矩传感器（3），力矩传感器（3）的输出端与加载控制器（4）的反相端相连，加载控制器（4）的同相端通过依次连接的力矩反馈信号微分器（20）、加载轴轴向刚度比例单元（21）与角速度指令计算单元（22）的同相端相连，角速度指令计算单元（22）的同相端与被加载对象角度反馈信号微分器（23）相连，被加载对象角度反馈信号微分器（23）与被加载对象系统连接，角速度指令计算单元（22）的输出端与角速度伺服控制器（24）的同相端相连；加载作动器（1）的A腔分别与插装阀Ⅰ（10）的油口A和插装阀Ⅱ（11）的油口B连接，加载作动器（1）的B腔分别与插装阀Ⅲ（12）的油口B和插装阀Ⅳ（13）的油口A连接，插装阀Ⅰ（10）的油口A与插装阀Ⅱ （11）的油口B相连，插装阀Ⅳ （13）的油口A与插装阀Ⅲ （12）的油口B相连；插装阀Ⅱ（11）和插装阀Ⅲ（12）的油口A通过单向阀（16）与单向变量液压泵（18）的压力油输出端相连，单向变量液压泵（18）的进油端与油箱（19）连接，插装阀Ⅰ（10）和插装阀Ⅳ（13）的油口B分别通过二位二通电磁换向阀Ⅰ（9）和二位二通电磁换向阀Ⅱ（14）与油箱（19）相连；插装阀Ⅰ（10）、插装阀Ⅱ（11）、插装阀Ⅲ（12）和插装阀Ⅳ（13）的X口分别与比例减压阀Ⅲ（7）、比例减压阀Ⅰ（5）、比例减压阀Ⅱ（6）和比例减压阀Ⅳ（8）连接。

2.根据权利要求1所述的基于插装阀的大功率负载模拟系统，其特征在于：所述的插装阀Ⅱ（11）和插装阀Ⅲ（12）的油口A还通过依次连接的先导式溢流阀（15）和二位二通电磁换向阀Ⅲ（17）与油箱（19）连接。

3.根据权利要求2所述的基于插装阀的大功率负载模拟系统，其特征在于：比例减压阀Ⅰ（5）、比例减压阀Ⅱ（6）、比例减压阀Ⅲ（7）以及比例减压阀Ⅳ（8）可以是直动式比例减压阀，也可以是先导式比例减压阀。

4.一种如权利要求1或2或3所述的基于插装阀的大功率负载模拟系统的使用方法，其特征在于：当被加载对象的运动方向和力矩谱指令的方向都为正时，称为工作模式1，加载作动器A腔工作在流量模式，B腔工作在压力模式；当被加载对象运动方向为正时、力矩谱指令的方向为负时，称为工作模式2，加载作动器A腔工作在压力模式，B腔工作在流量模式；当被加载对象运动方向和力矩谱指令的方向都为负时，称为工作模式3，加载作动器A腔工作在压力模式，B腔工作在流量模式；当被加载对象运动方向为负时、力矩谱指令的方向为正时，称为工作模式4，加载作动器A腔工作在流量模式，B腔工作在压力模式；

当加载装置处于工作模式1时，加载作动器（1）A腔处于流量模式，B腔处于压力模式，从单向变量液压泵（18）流出的油液通过插装阀Ⅲ（12），流入加载作动器（1）B腔，油液从A腔流出，此时二位二通电磁换向阀Ⅰ（9）断电，油液经二位二通 电磁换向阀Ⅰ（9）流回油箱；采集力矩谱指令和被加载对象角速度反馈信号，经过力矩反馈信号微分器（20）和角速度指令计算单元（22）生成解耦被加载对象运动的指令信号，角速度伺服控制器（24）利用该信号与加载作动器（1）的角速度反馈信号基于PID算法生成流量控制信号，控制比例减压阀Ⅲ（7）输出的压力，以此来控制插装阀Ⅰ（10）阀芯开度，进而调节加载作动器（1）容腔A的流量，实现对加载作动器（1）输出角速度的控制，利用力矩传感器（3）反馈信号与力矩谱指令，通过加载控制器（4）生成加载控制信号，控制比例减压阀Ⅱ（6）输出的压力，以此来控制插装阀Ⅲ（12）阀芯开度，进而调节加载作动器（1）容腔B的压力，实现对加载作动器输出力矩的控制；

当加载装置处于工作模式2时，加载作动器（1）A腔处于压力模式，B腔处于流量模式，从单向变量液压泵（18）流出的油液通过插装阀Ⅲ（12），流入加载作动器（1）B腔，油液从A腔流出，此时二位二通电磁换向阀Ⅰ（9）通电，通过插装阀Ⅰ（10）的油液，与单向变量液压泵（18）输出的油液共同流入插装阀Ⅲ（12），减少单向变量液压泵（18）的输出流量，从而达到节能加载的目的；采集力矩谱指令和被加载对象角速度反馈信号，经过力矩反馈信号微分器（20）和角速度指令计算单元（22）生成解耦被加载对象运动的指令信号，角速度伺服控制器（24）利用该信号与加载作动器（1）的角速度反馈信号基于PID算法生成流量控制信号，控制比例减压阀Ⅱ（6）输出的压力，以此来控制插装阀Ⅲ（12）阀芯开度，进而调节加载作动器（1）容腔B的流量，实现对加载作动器（1）输出角速度的控制，利用力矩传感器（3）反馈信号与力矩谱指令，通过加载控制器（4）生成加载控制信号，控制比例减压阀Ⅲ（7）输出的压力，以此来控制插装阀Ⅰ（10）阀芯开度，进而调节加载作动器（1）容腔A的压力，实现对加载作动器输出力矩的控制；

当加载装置处于工作模式3时，加载作动器（1）A腔处于压力模式，B腔处于流量模式，从单向变量液压泵（18）流出的油液通过插装阀Ⅱ（11），流入加载作动器（1）A腔，油液从B腔流出，此时二位二通电磁换向阀Ⅱ（14）断电，油液通过插装阀Ⅳ（13）、二位二通电磁换向阀Ⅱ（14）回油箱，采集力矩谱指令和被加载对象角速度反馈信号，经过力矩反馈信号微分器（20）和角速度指令计算单元（22）生成解耦被加载对象运动的指令信号，角速度伺服控制器（24）利用该信号与加载作动器（1）的角速度反馈信号基于PID算法生成流量控制信号，控制比例减压阀Ⅳ（8）输出的压力，以此来控制插装阀Ⅳ（13）阀芯开度，进而调节加载作动器（1）容腔B的流量，实现对加载作动器输出角速度的控制，利用力矩传感器（3）反馈信号与力矩谱指令，通过加载控制器（4）生成加载控制信号，控制比例减压阀Ⅰ（5）输出的压力，以此来控制插装阀Ⅱ（11）阀芯开度，进而调节加载作动器（1）容腔A的压力，实现对加载作动器输出力矩的控制；

当加载装置处于工作模式4时，加载作动器（1）A腔处于流量模式，B腔处于压力模式，从单向变量液压泵（18）流出的油液通过插装阀Ⅱ（11），流入加载作动器（1）A腔，油液从B腔流出，此时二位二通电磁换向阀Ⅱ（14）通电，通过插装阀Ⅳ（13）的油液，与单向变量液压泵（18）输出的油液共同流入插装阀Ⅱ（11），减少单向变量液压泵（18）的输出流量，从而达到节能加载的目的；采集力矩谱指令和被加载对象角速度反馈信号，经过力矩反馈信号微分器（20）和角速度指令计算单元（22）生成解耦被加载对象运动的指令信号，角速度伺服控制器（24）利用该信号与加载作动器（1）的角速度反馈信号基于PID算法生成流量控制信号，控制比例减压阀Ⅰ（5）输出的压力，以此来控制插装阀Ⅱ（11）阀芯开度，进而调节加载作动器（1）容腔A的流量，实现对加载作动器输出角速度的控制，利用力矩传感器（3）反馈信号与力矩谱指令，通过加载控制器（4）生成加载控制信号，控制比例减压阀Ⅳ（8）输出的压力，以此来控制插装阀Ⅳ（13）阀芯开度，进而调节加载作动器（1）容腔B的压力，实现对加载作动器输出力矩的控制。