專利名稱：先導流量閉環(huán)控制的流量閥及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種先導流量閉環(huán)控制的流量閥及控制方法，它屬于一種液壓控制元件中的電液比例流量控制閥及控制方法，其通過控制先導閥輸出流量不受外界負載變化的影響，進而實現(xiàn)主閥流量不受外負載變化的影響。
背景技術：
比例流量控制閥是液壓系統(tǒng)的重要元件之一，通過對流量的控制，實現(xiàn)對執(zhí)行元件速度的改變。比例流量控制閥有直動式和先導式之分，對于大流量閥，常采用先導式。由于流量控制閥是通過改變閥口的大小來改變流量值，根據(jù)閥口的流量公式，通過閥口的流量不僅與閥的開口面積有關，而且與閥口前后的壓差有關，因而在閥口面積不變，而壓差改變時流量也會發(fā)生變化?，F(xiàn)有技術中的先導比例流量控制閥常采用壓差補償器來對比例流量閥進出油口兩端的壓差進行補償來解決這個問題。然而這種方法由于受到液動力的影響，仍然存在較大的流量偏差，控制精度相對較低。

圖1是瑞典學者B.Anderson上世紀80年代初發(fā)明的流量放大型比例流量閥 (Valvistor)，其主閥的流量與先導閥的流量成正比，當閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，主閥按比例放大通過先導閥的流量。為了消除比例先導閥1進出口壓差變化對通過其流量的影響，在主閥6和先導閥1之間串聯(lián)一個小通徑的定差減壓閥17，對比例先導閥1進出口壓差進行補償，相對于在主閥口進行壓差補償?shù)脑?，簡化了閥的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)布置上，主閥進油口 A 通過主閥6第III流道L3連通節(jié)流槽Cr，節(jié)流槽&通過主閥套8的節(jié)流邊K與主閥控制腔 X相通。定差減壓閥17的進油口 A2與主閥控制腔X連通，定差減壓閥17的出油口氏同時與比例先導閥1的進油口 Af、定差減壓閥17的無彈簧油腔C3相連通，先導閥出油口馱同時與定差減壓閥彈簧腔C2及主閥出油口 B相連通。這樣基本保證了先導閥進油口紅與出油口馱之間的壓差恒定，但由于采用開環(huán)控制，控制流量仍然要受到壓差補償用定差減壓閥液動力的影響，控制精度低，閥的機械結(jié)構(gòu)也相對復雜，同時加大了閥的最低工作壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有比例流量閥存在的結(jié)構(gòu)復雜、制造難度大、控制精度低和壓差損失較大的技術問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、控制精度高和壓差損失小的先導流量閉環(huán)控制的流量閥。本發(fā)明的另一目的是提供一種先導流量閉環(huán)控制的流量閥的控制方法。本發(fā)明為解決上述技術問題而采用的技術方案是
一種先導流量閉環(huán)控制的流量閥，它包括比例放大器、由先導閥閥芯、比例電磁鐵、先導閥復位彈簧、先導閥閥體、先導閥進油口、先導閥出油口、先導閥彈簧腔和先導閥無彈簧腔組成的比例先導閥和由主閥閥芯、主閥套、主閥進油口、主閥出油口、主閥控制腔、節(jié)流槽和節(jié)流邊K組成的主閥，其中它還包括第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、先導流量計算器、先導流量調(diào)節(jié)器、位移傳感器和先導位移調(diào)節(jié)器；主閥進油口通過主閥第III流道連通節(jié)流槽，節(jié)流槽通過主閥套的節(jié)流邊與主閥控制腔相通，主閥控制腔通過第I流道與先導閥進油口相連通，第一壓力傳感器安裝在第I流道上，第一壓力傳感器輸出信號端通過導線與先導流量計算器的第I輸入端口連接；先導閥出油口通過第II流道與主閥出油口相連通，第二壓力傳感器安裝在第II流道上，第二壓力傳感器的輸出信號端通過導線與先導流量計算器的第II輸入端口連接；位移傳感器與先導閥閥芯同軸設置，檢測先導閥閥芯的位移，其輸出信號端同時與先導流量計算器的第III輸入端口和先導位移調(diào)節(jié)器的第II輸入端口連接；先導閥彈簧腔通過第IV流道與先導閥無彈簧腔連通，先導閥復位彈簧與先導閥閥芯同軸設置，并將一端作用在先導閥閥體上，另一端作用在先導閥閥芯上，用于先導閥閥芯復位；先導流量計算器的輸出端口與先導流量調(diào)節(jié)器的第II輸入端口連接，先導流量調(diào)節(jié)器的第I輸入端口與給定信號連接，先導流量調(diào)節(jié)器的輸出端口與先導位移調(diào)節(jié)器的第I 輸入端口連接，先導位移調(diào)節(jié)器的輸出端與比例放大器的輸入端連接，比例放大器的輸出端與比例電磁鐵連接，輸出信號給電磁鐵，從而驅(qū)動電磁鐵輸出與之相適應的電磁力。本發(fā)明的又一種先導流量閉環(huán)控制的流量閥，它包括比例放大器、由先導閥閥芯、 比例電磁鐵、先導閥復位彈簧、先導閥閥體、先導閥進油口、先導閥出油口、先導閥彈簧腔和先導閥無彈簧腔組成的比例先導閥和由主閥閥芯、主閥套、主閥進油口、主閥出油口、主閥控制腔、節(jié)流槽和節(jié)流邊的主閥，其中它還包括第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和先導流量計算器；主閥進油口通過主閥第III流道連通節(jié)流槽，節(jié)流槽通過主閥套的節(jié)流邊與主閥控制腔相通，主閥控制腔通過第I流道與先導閥進油口相連通，第一壓力傳感器安裝在第I流道上，第一壓力傳感器輸出信號端通過導線與先導流量計算器的第I輸入端口連接；先導閥出油口通過第II流道與主閥出油口相連通，第二壓力傳感器安裝在第II流道上， 第二壓力傳感器的輸出信號端通過導線與先導流量計算器的第II輸入端口連接；先導閥彈簧腔通過第IV流道與先導閥無彈簧腔連通，先導閥復位彈簧與先導閥閥芯同軸設置，并將一端作用在先導閥閥體上，另一端作用在先導閥閥芯上，用于先導閥閥芯復位；先導流量計算器的輸出端口與比例放大器的輸入端連接，比例放大器的輸出端與比例電磁鐵連接，輸出信號給電磁鐵，從而驅(qū)動電磁鐵輸出與之相適應的電磁力。本發(fā)明先導流量閉環(huán)控制的流量閥的控制方法，其首先通過第一壓力傳感器檢測比例先導閥的進口壓力A，通過第二壓力傳感器檢測比例先導閥的出口壓力A，通過位移傳感器檢測先導閥閥芯的位移，然后將上述檢測到的進口壓力/7A、出口壓力A和位移送入先導流量計算器中并按流量計算公式計算出通過比例先導閥的流量&，即，
式中c—比例先導閥等效流量系數(shù)，C = Cd P, Cd—為比例先導閥閥口流量系
Ip
數(shù)，r—油液的密度；A (y)—比例先導閥通流面積，_f —先導閥閥芯的位移-’Pk — 比例先導閥進口壓力，A-比例先導閥出口壓力；
將計算出的流量&作為通過比例先導閥的實際流量，輸入到先導流量調(diào)節(jié)器第II輸入端口，在先導流量調(diào)節(jié)器中將其與給定值仏比較，得到偏差值，采用比例-積分-微分(PID) 控制器，閉環(huán)控制比例先導閥的流量，使通過比例先導閥的流量不隨負載壓力和主閥上腔壓力的變化而改變；先導流量調(diào)節(jié)器的輸出值作為先導閥閥芯位移的設定值輸入到先導位
5移調(diào)節(jié)器的第I輸入端，先導閥閥芯位移采用PD控制器，其輸出值輸入到比例放大器，局部閉環(huán)控制先導閥閥芯的位移。由Valvistor閥原理可知，通過主閥的流量與先導閥的流量呈線性關系，進而控制主閥流量隨先導閥的設定值而改變。 本發(fā)明又一先導流量閉環(huán)控制的流量閥的控制方法，其先用第一壓力傳感器檢測比例先導閥進口的壓力仏，并將檢測到的壓力值輸入到先導流量計算器的第I輸入端口，用第二壓力傳感器檢測比例先導閥出口的壓力A，并將檢測到的壓力值輸入到先導流量計算器的第II輸入端口，先導流量計算器根據(jù)檢測到的比例先導閥進出口壓差，計算
出先導閥閥芯位移，在先導流量計算器中，按公式計算出比例先導閥的新位移設定值Jjf, - 11 v ^其中， 一根據(jù)試驗確定的比例先導閥通過額定流量時的最
權利要求
1.一種先導流量閉環(huán)控制的流量閥，它包括比例放大器(18)、由先導閥閥芯O)、比例電磁鐵(3)、先導閥復位彈簧G)、先導閥閥體(5)、先導閥進油口(AF)、先導閥出油口(By)、 先導閥彈簧腔(Pz)和先導閥無彈簧腔(P_f)組成的比例先導閥⑴和由主閥閥芯(7)、主閥套(8)、主閥進油口(A)、主閥出油口(B)、主閥控制腔(X)、節(jié)流槽(⑶和節(jié)流邊⑷組成的主閥(6)，其特征是它還包括第一壓力傳感器(9)、第二壓力傳感器(10)、先導流量計算器(11)、先導流量調(diào)節(jié)器(12)、位移傳感器(1 和先導位移調(diào)節(jié)器(14)；主閥進油口 (A)通過主閥(6)第III流道(L3)連通節(jié)流槽(Cr)，節(jié)流槽(⑶通過主閥套(8)的節(jié)流邊 ⑷與主閥控制腔⑴相通，主閥控制腔⑴通過第I流道(L1)與先導閥進油口(Ay )相連通，第一壓力傳感器(9)安裝在第I流道(L1)上，第一壓力傳感器(9)輸出信號端通過導線與先導流量計算器(11)的第I輸入端口(D)連接；先導閥出油口(BjO通過第II流道 (L2)與主閥出油口(B)相連通，第二壓力傳感器(10)安裝在第II流道(L2)上，第二壓力傳感器(10)的輸出信號端通過導線與先導流量計算器(11)的第II輸入端口(E)連接；位移傳感器(13)與先導閥閥芯O)同軸設置，檢測先導閥閥芯(2)的位移，其輸出信號端同時與先導流量計算器(11)的第III輸入端口(F)和先導位移調(diào)節(jié)器(14)的第II輸入端口(N) 連接；先導閥彈簧腔(Pz)通過第IV流道(L4)與先導閥無彈簧腔(Py)連通，先導閥復位彈簧(4)與先導閥閥芯O)同軸設置，并將一端作用在先導閥閥體(5)上，另一端作用在先導閥閥芯(2)上，用于先導閥閥芯(2)復位；先導流量計算器(11)的輸出端口(G)與先導流量調(diào)節(jié)器(1 的第II輸入端口(I)連接，先導流量調(diào)節(jié)器(1 的第I輸入端口(H)與給定信號連接，先導流量調(diào)節(jié)器(1 的輸出端口(J)與先導位移調(diào)節(jié)器(14)的第I輸入端口(M)連接，先導位移調(diào)節(jié)器(14)的輸出端與比例放大器(18)的輸入端連接，比例放大器 (18)的輸出端與比例電磁鐵(3)連接，輸出信號給電磁鐵。
2.一種先導流量閉環(huán)控制的流量閥，它包括比例放大器(18)、由先導閥閥芯O)、比例電磁鐵(3)、先導閥復位彈簧G)、先導閥閥體(5)、先導閥進油口(Af)、先導閥出油口(By)、 先導閥彈簧腔(Pz)和先導閥無彈簧腔(P_F)組成的比例先導閥⑴和由主閥閥芯(7)、主閥套(8)、主閥進油口(A)、主閥出油口(B)、主閥控制腔(X)、節(jié)流槽(Cr)和節(jié)流邊⑷組成的主閥(6)，其特征是它還包括第一壓力傳感器(9)、第二壓力傳感器(10)和先導流量計算器(11)；主閥進油口㈧通過主閥(6)第III流道(L3)連通節(jié)流槽(&)，節(jié)流槽(⑶通過主閥套⑶的節(jié)流邊⑷與主閥控制腔⑴相通，主閥控制腔⑴通過第I流道(L1)與先導閥進油口(Af )相連通，第一壓力傳感器(9)安裝在第I流道(L1)上，第一壓力傳感器 (9)輸出信號端通過導線與先導流量計算器(11)的第I輸入端口(D)連接；先導閥出油口徹)通過第II流道(L2)與主閥出油口⑶相連通，第二壓力傳感器(10)安裝在第II流道 (L2)上，第二壓力傳感器(10)的輸出信號端通過導線與先導流量計算器(11)的第II輸入端口(E)連接；先導閥彈簧腔(Pz)通過第IV流道(L4)與先導閥無彈簧腔(PjO連通，先導閥復位彈簧(4)與先導閥閥芯O)同軸設置，并將一端作用在先導閥閥體(5)上，另一端作用在先導閥閥芯(2)上，用于先導閥閥芯(2)復位；先導流量計算器(11)的輸出端口(G) 與比例放大器(18)的輸入端連接，比例放大器(18)的輸出端與比例電磁鐵(3)連接，輸出信號給電磁鐵。
3.一種實現(xiàn)權利要求1所述的先導流量閉環(huán)控制的流量閥的控制方法，其特征是首先通過第一壓力傳感器(9)檢測比例先導閥(1)的進口壓力仏，通過第二壓力傳感器(10)檢測比例先導閥(1)的出口壓力A，通過位移傳感器(13)檢測先導閥閥芯(2)的位移，然后將上述檢測到的進口壓力/7A、出口壓力Α和位移送入先導流量計算器(11)中并按流量計算公式計算出通過比例先導閥(1)的流量
4. 一種實現(xiàn)權利要求2所述的先導流量閉環(huán)控制的流量閥的控制方法，其特征是: 先用第一壓力傳感器(9)檢測比例先導閥(1)進口的壓力/7A，并將檢測到的壓力值輸入到先導流量計算器(11)的第I輸入端口(D)，用第二壓力傳感器(10)檢測比例先導閥(1)出口的壓力A，并將檢測到的壓力值輸入到先導流量計算器(η)的第II輸入端口 (E)，先導流量計算器(11)根據(jù)檢測到的比例先導閥(1)進出口壓差，計算出先導閥閥芯(2)位移，在先導流量計算器(11)中，按公式計算出比例先導閥(1)的新位移設定值Jjf,
全文摘要
本發(fā)明涉及一種先導流量閉環(huán)控制的流量閥及控制方法。本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有比例流量閥存在的控制精度低和壓差損失較大的技術問題。本發(fā)明的技術方案是先導流量閉環(huán)控制的流量閥，它包括比例放大器、比例先導閥和主閥，其中它還包括壓力傳感器、先導流量計算器、先導流量調(diào)節(jié)器、位移傳感器和先導位移調(diào)節(jié)器；壓力傳感器安裝在第Ⅰ流道和第Ⅱ流道上，壓力傳感器的輸出信號端與先導流量計算器的輸入端口連接。本發(fā)明的方法是將計算出的流量qy與給定值qS比較，得到偏差值，采用PID控制器，閉環(huán)控制比例先導閥的流量，使通過比例先導閥的流量不隨負載壓力和主閥上腔壓力的變化而改變，進而控制主閥流量隨先導閥的設定值而改變。
文檔編號F15B13/02GK102425581SQ20111041147
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者張曉俊, 權龍 , 王成賓, 王旭平 申請人:太原理工大學