插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，該比例閥放大器包括顫振控制閉環(huán)，用于得到新的適應(yīng)的顫振幅值和頻率；閥位控制閉環(huán)，用于閥芯位置的精確定位；顫振疊加算法單元，其輸入端與所述的顫振控制閉環(huán)和閥位控制閉環(huán)的輸出端相連接用于改善閥芯位移滯環(huán)的影響；采樣電流單元，用于采集輸入到電液比例閥中的實(shí)際電流。通過(guò)智能信號(hào)處理算法，從電流中準(zhǔn)確提取顫振幅值和顫振頻率，輸入到顫振信號(hào)自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計(jì)算得出新的適應(yīng)閥芯位置、閥前后壓差和流量的顫振幅值和頻率。上述雙閉環(huán)控制算法的計(jì)算結(jié)果疊加后，輸出到驅(qū)動(dòng)電路并作用于電磁鐵，從而實(shí)現(xiàn)閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)的全行程最小滯環(huán)、高精度閥芯位置和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
【專利說(shuō)明】
插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種比例閥放大器，具體涉及一種插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，它適用于各種比例控制類型的閥體。
【背景技術(shù)】
[0002]電液比例控制技術(shù)在應(yīng)用上非常靈活、控制也相當(dāng)?shù)木珳?zhǔn)，同時(shí)具有很大的大傳動(dòng)比，越來(lái)越接近伺服閥。在大型機(jī)械設(shè)備的控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如機(jī)械加工、隧道挖掘、航空航天等，甚至某些大型工業(yè)設(shè)備必須使用液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如三峽大壩的水閘。
[0003]比例電磁鐵在實(shí)際工作過(guò)程中，磁鐵材料會(huì)存在磁滯特性，閥的運(yùn)動(dòng)組件和閥腔的相對(duì)運(yùn)動(dòng)必然形成摩擦力，此外，閥的運(yùn)動(dòng)組件之間通常存在機(jī)械間隙，這些因素均會(huì)導(dǎo)致比例閥的穩(wěn)態(tài)特性呈現(xiàn)滯環(huán)現(xiàn)象。因此在電磁鐵驅(qū)動(dòng)信號(hào)中疊加特定參數(shù)的顫振是目前工程實(shí)際中改善閥芯位置滯環(huán)的常用方法。通過(guò)建模仿真和實(shí)驗(yàn)方法，證明了疊加顫振幅值能夠有效的消除粘滯力;在保證閥位控制精度的基礎(chǔ)上，大幅減小了比例閥的滯環(huán)，有效地提高了全行程的階躍響應(yīng)特性。常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部特性的變化和外部擾動(dòng)的影響具有一定的抑制能力，但由于控制器參數(shù)是固定的，所以當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部特性變化或者外部擾動(dòng)的變化幅度很大時(shí)，系統(tǒng)的性能常常會(huì)大幅度下降，甚至不穩(wěn)定。而自適應(yīng)控制器能修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性的變化，極大地改善了常規(guī)反饋控制系統(tǒng)的問(wèn)題。
[0004]因此，需要提供一種新的技術(shù)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器。
[0006]為解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，作為插卡式比例控制器被控對(duì)象的電液比例閥，其輸出端與顫振控制閉環(huán)、閥位控制閉環(huán)相連接，該比例閥放大器包括
[0008]顫振控制閉環(huán)，其第一輸入端獲取電液比例閥反饋回來(lái)的閥芯位置、電磁閥前后壓差和流經(jīng)電磁閥的流量，用于得到新的適應(yīng)的顫振幅值和頻率；
[0009]閥位控制閉環(huán)，其第一輸入端獲取用戶制定的閥位值，用于閥芯位置的精確定位；
[0010]顫振疊加算法單元，其輸入端與所述的顫振控制閉環(huán)和閥位控制閉環(huán)的輸出端相連接用于改善閥芯位移滯環(huán)的影響；以及
[0011]采樣電流單元，其輸入端與顫振疊加算法單元的第二輸出端相連接，該采樣電流單元的輸出端與顫振控制閉環(huán)的第二輸入端相連接，用于采集輸入到電液比例閥中的實(shí)際電流。
[0012]該比例閥放大器包括位移設(shè)定值、第一比較器、位移控制部件、顫振控制部件、第二比較器、顫振疊加算法單元和電流控制部件，所述第一比較器的第一輸入端獲取輸入位移設(shè)定值，所述位移控制部件與第一比較器連接，所述顫振控制部件與第二比較器連接，所述第二比較器的第一輸入端獲取電流控制部件檢測(cè)到比例閥的實(shí)際電流，所述電流控制部件的輸入端與顫振疊加算法單元的輸出端連接，所述電流控制部件的第一輸出端與比例電磁鐵連接，所述比例電磁鐵作為插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)的比例閥放大器的被控對(duì)象，其輸出端與位移傳感器連接。
[0013]所述插卡式比例控制器被控對(duì)象為比例流量閥、比例壓力閥和比例換向閥中的一種。
[0014]該比例閥放大器采用插卡式，輸入形式有模擬輸入、數(shù)字輸入、斜坡信號(hào)輸入，輸出形式有模擬輸出、數(shù)字輸出。
[0015]該比例放大器采用的原理是精確檢測(cè)電磁鐵的電流、閥芯位置、電磁閥前后壓差和流經(jīng)電磁閥的流量，通過(guò)智能信號(hào)處理算法，從電流中準(zhǔn)確提取顫振幅值和顫振頻率，輸入到顫振信號(hào)自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計(jì)算出新的適應(yīng)閥芯位置、閥前后壓差和流量的顫振幅值和頻率，該過(guò)程根據(jù)實(shí)時(shí)參數(shù)不斷地修正顫振幅值和頻率，從而實(shí)現(xiàn)顫振自適應(yīng)的過(guò)程。
[0016]本發(fā)明的有益效果:該比例閥放大器采用顫振控制閉環(huán)和閥位控制閉環(huán)的雙閉環(huán)系統(tǒng)，將閥芯位置信號(hào)疊加到顫振自適應(yīng)閉環(huán)控制算法得到的新的顫振幅值和頻率中，計(jì)算得出新的閥芯位置控制信號(hào)，上述雙閉環(huán)控制算法的計(jì)算結(jié)果疊加后，輸出到驅(qū)動(dòng)電路并作用于電磁鐵，從而實(shí)現(xiàn)閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)的全行程最小滯環(huán)、高精度閥芯位置和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器的原理框圖。
[0018]圖2為本發(fā)明插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器的具體實(shí)施例的原理框圖。
[0019]101.顫振控制閉環(huán)，102.閥位控制閉環(huán)，103.顫振疊加算法單元，104.采樣電流單元，105.電液比例閥，
[0020]1.位移設(shè)定值，2.第一比較器，3.位移控制部件，31.位移控制改進(jìn)PID控制單元，32.位移傳感器，33.位移采集模塊，34.位移采樣濾波單元，4.顫振控制部件，41.PID補(bǔ)償器，43.濾波器，44.顫振提取算法單元，5.第二比較器，6.顫振疊加算法單元，7.電流控制部件，71.電流控制增量式PID控制單元，72.PWM輸出單元，73.電流轉(zhuǎn)換電壓放大單元，74.電流采樣濾波單元，8.比例電磁鐵。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，不用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]圖1所示，插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，作為插卡式比例控制器被控對(duì)象的電液比例閥105，其輸出端與顫振控制閉環(huán)、閥位控制閉環(huán)相連接，該比例閥放大器包括
[0023]顫振控制閉環(huán)101，其第一輸入端獲取電液比例閥反饋回來(lái)的閥芯位置、電磁閥前后壓差和流經(jīng)電磁閥的流量，用于得到新的適應(yīng)的顫振幅值和頻率；
[0024]閥位控制閉環(huán)102，其第一輸入端獲取用戶制定的閥位值，用于閥芯位置的精確定位；
[0025]顫振疊加算法單元103，其輸入端與所述的顫振控制閉環(huán)和閥位控制閉環(huán)的輸出端相連接用于改善閥芯位移滯環(huán)的影響；以及
[0026]采樣電流單元104，其輸入端與顫振疊加算法單元的第二輸出端相連接，該采樣電流單元的輸出端與顫振控制閉環(huán)的第二輸入端相連接，用于采集輸入到電液比例閥中的實(shí)際電流。
[0027]被控對(duì)象為比例流量閥、比例壓力閥和比例換向閥中的一種。
[0028]該比例閥放大器采用插卡式，輸入形式有模擬輸入、數(shù)字輸入、斜坡信號(hào)輸入，輸出形式有模擬輸出、數(shù)字輸出。
[0029]如圖2所示，比例電磁鐵8作為插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)的比例閥放大器的被控對(duì)象，該機(jī)構(gòu)的輸出端與位移傳感器連接。該插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)的比例閥放大器包含:位移設(shè)定值1、第一比較器2、位移控制部件3、顫振控制部件4、第二比較器5、顫振疊加算法單元6、電流控制部件7。
[0030]其中，第一比較器2的第一輸入端獲取輸入位移設(shè)定值I;位移控制部件3與第一比較器2連接;顫振控制部件4的與第二比較器5連接;第二比較器5的第一輸入端獲取電流控制部件7檢測(cè)到比例閥的實(shí)際電流；電流控制部件7的輸入端與顫振疊加算法單元6的輸出端連接，該電流控制部件7的第一輸出端與比例電磁鐵8連接。
[0031 ]位移控制部件3包含:位移控制改進(jìn)PID控制單元31，位移傳感器32，位移采集模塊33，位移采樣濾波單元34。其中，位移控制改進(jìn)PID控制單元31的輸入端與第一比較器2的輸出端連接;第一比較器2通過(guò)對(duì)獲取輸入位移設(shè)定值與位移采樣濾波單元34發(fā)送的反饋信號(hào)值進(jìn)行比較計(jì)算，獲取位移誤差ek。
[0032]顫振控制部件4包含:PID補(bǔ)償器41，位移傳感器32，濾波器43，顫振提取算法單元44。其中，PID補(bǔ)償器41的輸入端與第二比較器5的輸出端連接;第二比較器5通過(guò)對(duì)獲取電流控制部件7檢測(cè)到比例閥的實(shí)際電流與顫振提取算法單元44發(fā)送的反饋信號(hào)值進(jìn)行比較計(jì)算，獲取顫振幅值誤差e’k。
[0033]本發(fā)明中，PID補(bǔ)償器41引入的濾波器能夠有效的濾除輸入信號(hào)的干擾;積分分離與抗積分飽和算法能夠有效的防止由于積分環(huán)節(jié)導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，降低系統(tǒng)的超調(diào)量，避免積分飽和，同時(shí)又能減小控制器穩(wěn)定性的誤差，提高控制器位移的控制精度;帶死區(qū)的控制算法計(jì)算能夠有效的改善死區(qū)帶來(lái)的顫動(dòng)問(wèn)題。
[0034]顫振疊加算法單元6將PID補(bǔ)償器41獲取的顫振幅值誤差e’k和位移控制改進(jìn)PID控制單元31獲取的位移誤差％進(jìn)行運(yùn)算得到電流，發(fā)送至電流控制部件7。
[0035]電流控制部件7包含:電流控制增量式PID控制單元71，PWM輸出單元72，電流轉(zhuǎn)換電壓放大單元73，電流采樣濾波單元74。其中，電流控制增量式PID控制單元71的輸入端與顫振疊加算法單元6的輸出端連接，該電流控制增量PID式控制單元71的輸出端與PWM輸出單元72的輸入端連接;PWM輸出單元72的第一輸出端與比例電磁鐵8的輸入端連接；電流轉(zhuǎn)換電壓放大單元73的輸入端與所述的PWM輸出單元的第二輸出端連接；電流采樣濾波單元74的輸入端與所述的電流轉(zhuǎn)換電壓放大的輸出端連接，該電流采樣濾波單元的輸出端與第二比較器5的輸入端連接。
[0036]本發(fā)明中，電流控制增量式PID控制單元71根據(jù)獲取顫振疊加算法單元輸出的電流誤差error進(jìn)行計(jì)算，從而將獲取電流環(huán)控制輸出值Uk，通過(guò)PffM輸出單元7 2處理后，輸送至比例電磁鐵8中，控制比例電磁鐵8的工作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，其特征在于:作為插卡式比例控制器被控對(duì)象的電液比例閥，其輸出端與顫振控制閉環(huán)、閥位控制閉環(huán)相連接，該比例閥放大器包括 顫振控制閉環(huán)，其第一輸入端獲取電液比例閥反饋回來(lái)的閥芯位置、電磁閥前后壓差和流經(jīng)電磁閥的流量，用于得到新的適應(yīng)的顫振幅值和頻率； 閥位控制閉環(huán)，其第一輸入端獲取用戶制定的閥位值，用于閥芯位置的精確定位； 顫振疊加算法單元，其輸入端與所述的顫振控制閉環(huán)和閥位控制閉環(huán)的輸出端相連接用于改善閥芯位移滯環(huán)的影響；以及 采樣電流單元，其輸入端與顫振疊加算法單元的第二輸出端相連接，該采樣電流單元的輸出端與顫振控制閉環(huán)的第二輸入端相連接，用于采集輸入到電液比例閥中的實(shí)際電流。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，其特征在于:該比例閥放大器包括位移設(shè)定值、第一比較器、位移控制部件、顫振控制部件、第二比較器、顫振疊加算法單元和電流控制部件，所述第一比較器的第一輸入端獲取輸入位移設(shè)定值，所述位移控制部件與第一比較器連接，所述顫振控制部件與第二比較器連接，所述第二比較器的第一輸入端獲取電流控制部件檢測(cè)到比例閥的實(shí)際電流，所述電流控制部件的輸入端與顫振疊加算法單元的輸出端連接，所述電流控制部件的第一輸出端與比例電磁鐵連接，所述比例電磁鐵作為插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)的比例閥放大器的被控對(duì)象，其輸出端與位移傳感器連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，其特征在于:精確檢測(cè)電磁鐵的電流、閥芯位置、電磁閥前后壓差和流經(jīng)電磁閥的流量，通過(guò)智能信號(hào)處理算法，從電流中準(zhǔn)確提取顫振幅值和顫振頻率，輸入到顫振信號(hào)自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中，計(jì)算出新的適應(yīng)閥芯位置、閥前后壓差和流量的顫振幅值和頻率，該過(guò)程根據(jù)實(shí)時(shí)參數(shù)不斷地修正顫振幅值和頻率，從而實(shí)現(xiàn)顫振自適應(yīng)的過(guò)程。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，其特征在于:自適應(yīng)閉環(huán)控制算法基于雙閉環(huán)系統(tǒng)，雙閉環(huán)系統(tǒng)為顫振控制閉環(huán)和閥位控制閉環(huán)，將閥芯位置信號(hào)疊加到顫振自適應(yīng)閉環(huán)控制算法得到的新的顫振幅值和頻率中，計(jì)算得出新的閥芯位置控制信號(hào)，上述雙閉環(huán)控制算法的計(jì)算結(jié)果疊加后，輸出到驅(qū)動(dòng)電路并作用于電磁鐵，從而實(shí)現(xiàn)閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)的全行程最小滯環(huán)、高精度閥芯位置和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，其特征在于:所述插卡式比例控制器被控對(duì)象為比例流量閥、比例壓力閥和比例換向閥中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插卡式顫振信號(hào)自適應(yīng)比例閥放大器，其特征在于:該比例閥放大器米用插卡式，輸入形式有模擬輸入、數(shù)字輸入、斜坡信號(hào)輸入，輸出形式有模擬輸出、數(shù)字輸出。
【文檔編號(hào)】H03F3/20GK106015692SQ201610480241
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月27日
【發(fā)明人】龔琦, 劉國(guó)平
【申請(qǐng)人】南昌大學(xué)