[发明专利]面向阵列式开关阀的流量控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种面向阵列式开关阀的流量控制系统及控制方法，采用三位四通换向阀与两组并联阵列式开关阀对缸进行控制，降低了原有对液压缸单腔分别进行流入‑流出控制的复杂程度，简化控制算法；通过设置流量切换阈值，使每组并联阵列式开关阀通过基于脉码‑脉宽‑脉频调制结合的多阀复合控制信号进行大流量调节，使基于脉宽‑脉频调制结合的单阀复合控制信号对单个开关阀进行精细流量的偏差调控；选择的单个开关阀控制信号大小由基于流量偏差、阀口压差变化、阀开关次数的优化函数进一步决定；另外，通过开关优化分配策略，平均分配各阀开关次数，最大程度地减少数字阀控系统由于开关阀不断开关切换导致的疲劳磨损，进一步提高其使用寿命。

技术领域

本发明涉及液压控制系统领域，具体涉及一种面向阵列式开关阀的流量控制系统及控制方法。

背景技术

高性能阀门是大多数液压伺服系统的重要组成部分，伺服比例阀作为电液伺服系统的关键控制元件，由于其优越的精度控制性能，在电液伺服控制领域得到了广泛的应用，然而其存在对杂质的敏感性、高功耗高成本、低可靠性的缺点。随着液压技术与计算机技术的结合发展，电液数字控制系统应运而生，由于数字液压阀高效率、高经济性、高可靠性的特点，被认为是一种对传统比例伺服阀有一定竞争力的代替方案。

在数字阀控系统中，开关阀的流量控制特性决定了缸的位置、速度控制性能，较为常见的是采用分布式流量控制单元模拟比例阀的四边控制，即通过每组流量控制单元的流量控制来模拟比例阀阀口单边的开度控制，其中流量控制单元可以是单个开关阀，也可以是多个并联连接的分布式开关阀。然而，上述基于流量控制单元的阀控系统或多或少存在流量控制的问题，由于单个开关阀控制流量较小，难以适用大流量控制场合，因此只能通过增加阀门数量，利用不同阀门的通断满足大范围流量调节的需求，但是对于此类数字阀控系统，在对缸进行控制时，由于控制分辨率低，存在着跟踪性能不理想、低速可控性较差的问题。

为了满足跟踪控制时流量分辨率的需求，当前的解决方法主要对每个流量控制单元中的其中一个开关阀采取脉宽调制信号进行控制，通过施加高频的脉宽调制信号，使开关阀不断进行高频连续开关，以输出相应的微小流量，并且通过调节脉宽调制信号的占空比大小，使其在有效线性区间内输出与占空比对应的平均流量，以此提高输出的流量分辨率。

现有专利有助于满足数字阀控系统流量控制及输出流量分辨率的要求，但仍存在着一些不足与局限性：

（1）现有的开关阀控缸系统，较难同时兼顾控制精度与硬件成本、控制算法成本。现有系统在液压缸的一腔配置两路并联开关阀，一路接泵源，另一路接油箱，另一腔同理，对缸进行控制时，两路开关阀均处于高频开关状态，通过合理分配每路开关阀的占空比大小，使流入或流出液压缸单腔的流量更加精细，流量分辨率更高，控制精度更佳，但在这种配置条件下，由于引入交叉流，且开关阀处于高频开关状态，使得对于流入或流出缸的目标流量计算过程较复杂，同时对两路并联开关阀的协调控制算法要求也较高，难以同时兼顾。

（2）利用脉宽调制信号对开关阀进行微小流量控制时，存在流量非线性、占空比可调范围窄以及工作频率低的问题，使开关阀流量控制分辨率的大小受限。脉宽调制信号占空比控制下的开关阀只在一定范围内能输出线性调节的流量，由于开关延迟时间、开关运动时间及工作频率对其流量特性的影响，使开关阀存在控制死区、饱和区以及非线性区。开关延迟时间越小，开关阀的流量死区和饱和区范围越窄；开关运动时间越小，开关阀的流量非线性区越窄；工作频率越高，线性区越窄，非线性区越宽，流量可控范围越窄。基于上述因素，使得开关阀进行流量控制时存在响应滞后控制或非线性误差的问题，导致其对流量的偏差调控不够理想，最终影响缸的跟踪控制性能。