專利名稱：對液壓系統(tǒng)進行控制的方法及實現(xiàn)該方法的液壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法，本 發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)負載或阻尼的模擬，完成對于主動加載機構(gòu)的被動 加載是一種非常重要的加載方式，在測試技術(shù)中有非常重要的應(yīng)用。如車 輛行駛及轉(zhuǎn)向過程中路面對于車體的阻力、船舶在不同航速航行過程水流 產(chǎn)生的阻力等?，F(xiàn)有的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法， 一般是僅包含一個控制過程。該控制過程具體采用如下的方法實現(xiàn)采集 安裝在缸體上的傳感器信號經(jīng)過放大等處理后輸出給流量閥達到實現(xiàn)模擬 負載的目的?，F(xiàn)有的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法的不 足之處在于保護功能差，容易失控，而且一旦失控將對連接件(如活 塞桿、活塞及缸體等)造成破壞，從而使整個液壓系統(tǒng)都被損壞。現(xiàn)有的 用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)也沒有保護功能，容易失控。而且現(xiàn)有的用 于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)一般采用模擬控制器作為控制系統(tǒng)，這會造成 控制參數(shù)難以調(diào)節(jié)，且一旦設(shè)定難以更改，無法針對各種不同的加載條件 改變參數(shù)以達到最佳的控制效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題就是為了克服以上的不足，提出了一 種對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制方法，該控制方法具有較好的 保護功能。
本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題就是為了克服以上的不足，提出了一 種具有較好的保護功能的液壓系統(tǒng)。
本發(fā)明的第一個技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決 一種對用于 實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法，包括用于對伺服閥進行控制的 主控過程和用于對液壓系統(tǒng)進行保護的保護處理過程；所述保護處理過程 中，傳感器所采集的信號超限時就對液壓系統(tǒng)啟動保護。
4優(yōu)選地，所述主控過程為位置控制過程，所述保護處理過程為力控保 護過程；所述力控保護過程包括如下步驟力傳感器采集活塞桿的力信號 并輸出給工控機；所述工控機判斷接收到的力信號是否超過力限值并在是 時將當前的主控過程由位置控制過程切換為力控制過程。
所述位置控制過程包括如下步驟
A、 將目標位置指令與位移傳感器所采集的實際位置信號進行比較， 得到第一位置調(diào)整指令；
B、 對所述第一位置調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給 伺服閥。
所述步驟A之前，有如下步驟工控機將得到的輸入位置指令進行 調(diào)整，獲得目標位置指令。
所述力控制過程包括如下步驟-
C、 工控機將力限值與力感器所采集的實際力信號進行比較，得到第 一力調(diào)整指令；
D、 對所述第一力調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給伺 服閥。
所述主控過程為力控制過程，所述保護處理過程為位控保護過程；所 述位控保護過程包括如下步驟位移傳感器采集活塞桿的位置信號并輸出 給工控機；所述工控機判斷接收到的位置信號是否超過位置限值并在是時 將當前的主控過程由力控制過程切換為位置控制過程。
所述力控制過程包括如下步驟
E、 將目標力指令與力傳感器所采集的實際力信號進行比較，得 到第二力調(diào)整指令；
F、 對所述第二力調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號 給伺服閥。
所述步驟E之前，有如下步驟工控機將得到的輸入力指令進行調(diào)整， 獲得目標力指令。
所述位置控制過程包括如下步驟
G、 工控機將位置限值與位移傳感器所采集的實際位置信號進行比較， 得到第二位置調(diào)整指令；
H、 對所述第二位置調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給 伺服閥。本發(fā)明的第二個技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決 一種用于實 現(xiàn)上述方法的實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)，包括液壓站、伺服閥、工控機、 加載缸、位移傳感器、力傳感器，所述加載缸內(nèi)設(shè)有活塞，所述活塞通過
活塞桿與主動加載機構(gòu)相連；所述液壓站通過伺服閥將具有一定壓力的液 體送入加載缸中；所述位移傳感器位于活塞桿上，并與所述工控機電連接， 用于實時測量活塞桿的位置并輸出至工控機;所述力傳感器位于活塞桿上， 并與所述工控機電連接，用于實時測量活塞桿所承受的力并輸出至工控機； 所述工控機與伺服閥電連接，用于向所述伺服閥發(fā)出控制信號。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是本發(fā)明的控制方法，包括用于
對伺服閥進行控制的主控過程和用于對液壓系統(tǒng)進行保護的保護處理過
程；所述保護處理過程中，傳感器所采集的信號超限時就對液壓系統(tǒng)啟動 保護。本發(fā)明的控制方法通過在傳感器所采集的信號超限時對液壓系統(tǒng)啟 動保護，增強了對液壓系統(tǒng)的保護功能，避免在控制過程中發(fā)生失控，進 而避免對連接件(如活塞桿、活塞及缸體等)造成破壞，從而實現(xiàn)對整 個液壓系統(tǒng)的保護。本發(fā)明的控制方法安全性得到了很大提高。
本發(fā)明的液壓系統(tǒng)，增強了對液壓系統(tǒng)的保護功能，避免在控制過程 中發(fā)生失控，進而避免對連接件造成破壞，從而實現(xiàn)對整個液壓系統(tǒng)的保 護。本發(fā)明由于采用工控機作為整個液壓系統(tǒng)的控制中心，可以方便地調(diào) 節(jié)控制參數(shù)，且設(shè)定控制參數(shù)后也可以方便地進行更改，可以針對各種不 同的加載條件改變參數(shù)以達到最佳的控制效果。


圖1是本發(fā)明的用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)的邏輯控制關(guān)系示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體的實施方式并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。 如圖l、 2所示， 一種用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)，包括液壓站l、 加載缸2、伺服流量控制閥(簡稱伺服閥)3、位移傳感器4、力傳感器5 和工控機6。所述加載缸2內(nèi)設(shè)有活塞7，所述活塞7通過活塞桿8與主動 加載機構(gòu)9相連；所述液壓站1通過伺服閥3將具有一定壓力的液體(一 般為液壓油)送入加載缸2中。所述位移傳感器4位于活塞桿8上，并與 所述工控機6電連接，用于實時測量活塞桿8的位置并輸出至工控機6。所述力傳感器5也位于活塞桿8上，并與所述工控機6電連接，用于實時 測量活塞桿8所承受的力并輸出至工控機6;所述工控機6與伺服閥3電 連接，用于向所述伺服閥3發(fā)出控制信號。
液壓站1是整個液壓系統(tǒng)的動力提供裝置，液壓站l開啟并工作后， 液壓站1內(nèi)的液壓油經(jīng)伺服閥3流入活塞7，為活塞7提供所需壓力。本 發(fā)明通過液壓站1實現(xiàn)被動加載，根據(jù)液體壓力的計算公式F=P*S，其 中P為液壓站1所提供液體的壓強，S為加載缸2的橫截面積，F(xiàn)為液壓 系統(tǒng)所能夠提供的被動加載力(或能夠模擬的阻尼)。通過調(diào)整液壓站的設(shè) 計規(guī)格和加載缸的橫截面積大小，就可以改變所能提供的被動加載力。本 發(fā)明的液壓系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需要提供大的被動加載力。
工控機6是整個液壓系統(tǒng)的控制中心，工控機6接受用戶指令，同時 根據(jù)位移傳感器4和力傳感器5傳遞來的信息，按照一定的控制規(guī)則和算 法，向伺服閥3發(fā)出控制信號，控制伺服閥3的動作，從而實現(xiàn)對加載缸 2和與加載缸2相連的主動加載機構(gòu)9的控制。整個控制過程實現(xiàn)閉環(huán)處 理，可以快速完成，控制精度高，穩(wěn)定性強。通過使用工控機作為整個液 壓系統(tǒng)的控制中心，可以方便地調(diào)節(jié)控制參數(shù)，且設(shè)定控制參數(shù)后也可以 方便地進行更改，可以針對各種不同的加載條件改變參數(shù)以達到最佳的控 制效果。采用工控機6作為整個液壓系統(tǒng)的控制中心還可提高液壓系統(tǒng)的 安全性。
伺服閥3是加載缸2的動作執(zhí)行的直接控制元件。伺服閥3接受工控 機6輸出的電信號(一般為電流信號)，根據(jù)電流信號的大小和方向控制液 壓油的流量和方向。本發(fā)明通過選用高頻率響應(yīng)的伺服閥3作為控制元件， 能夠根據(jù)工控機6輸出的控制信號的變化進行快速動作，從而使活塞7、 活塞桿8也能夠快速調(diào)整到所需的位置。響應(yīng)速度快的伺服閥3為整個液 壓系統(tǒng)的控制精度和控制穩(wěn)定度的提高創(chuàng)造了條件。
加載缸2是整個液壓系統(tǒng)的動作執(zhí)行機構(gòu)。加載缸2為圓柱形，其內(nèi) 部的活塞7與活塞桿8連接，當液壓站1輸出的液體流入加載缸2內(nèi)，使 活塞7兩側(cè)的液體壓力不等時，活塞7在壓力差的作用下從壓力較高的一 側(cè)向壓力較低的一側(cè)移動，同時帶動與之相連的活塞桿8運動。活塞桿8 的運動將帶動主動加載機構(gòu)9運動；反之，主動加載機構(gòu)9所受到的拉力 或壓力也會反作用于活塞桿8上。
對上述用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法，包括用于對伺服閥進行控制的主控過程和用于對液壓系統(tǒng)進行保護的保護處理過程，所 述保護處理過程中傳感器所采集的信號超限時就對液壓系統(tǒng)啟動保護。通 過在非正常狀態(tài)下(即傳感器所采集的信號超限時)對液壓系統(tǒng)進行保護， 可以提高液壓系統(tǒng)的安全性。
本發(fā)明的控制方法可具體包括如下步驟
第一步工控機分析其接收到的輸入指令，如果是位置指令則進行第 二步，如果是力指令則進行第三步。
第二步工控機將位置控制過程作為主控過程，將力控保護過程作為 保護處理過程。所述位置控制過程包括如下步驟工控機將得到的輸入位 置指令進行調(diào)整(調(diào)整的方法包括增益調(diào)整、極性調(diào)整、偏置調(diào)整和零源 修正等)，獲得目標位置指令。將目標位置指令與位置限值進行比較，判斷 目標位置指令是否在位置限值內(nèi)，如果是則進行下一步，如果否則給出報 警提示并結(jié)束；從而提高控制的安全性。將目標位置指令與位移傳感器所 采集的實際位置信號進行比較，得到第一位置調(diào)整指令。對所述第一位置 調(diào)整指令進行校正(校正的方法包括比例、積分、微分中的至少一種)、濾 波后輸出相應(yīng)控制信號給伺服閥。
所述力控保護過程包括如下步驟力傳感器采集活塞桿所承受的力信 號并輸出給工控機；所述工控機判斷接收到的力信號是否超過力限值并在 是時將當前的主控過程由位置控制過程切換為力控制過程，并給出報警提 示。切換后的力控制過程具體包括如下步驟工控機將力限值與力傳感器 所采集的實際力信號進行比較，得到第一力調(diào)整指令；對所述第一力調(diào)整 指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給伺服閥。
我們可以看到，在主控過程為位置控制過程時，力的采集與比較同時 進行，并在所采集的力超過限制范圍時，自動進入保護狀態(tài)，即實現(xiàn)了在 位置控制過程下的力保護。為了安全，不能使活塞桿所承受的力超過力限 值，但外界的主動加載機構(gòu)強行要求活塞桿所承受的力超過力限值，主控 過程將位置控制過程切換為力控制過程后，可以使活塞及活塞桿所承受的 力以力限制為極限并保持穩(wěn)定。
第三步工控機將力控制過程作為主控過程，將位控保護過程作為保 護處理過程。所述力控制過程包括如下步驟工控機將得到的輸入力指令 進行調(diào)整(調(diào)整的方法包括增益調(diào)整、極性調(diào)整、偏置調(diào)整和零源修正等)， 獲得目標力指令。將目標力指令與力限值進行比較，判斷目標力指令是否在力限值內(nèi)，如果是則進行下一步，如果否則給出報警提示并結(jié)束；從而 提高控制的安全性。將目標力指令與力傳感器所采集的實際力信號進行比 較，得到第二力調(diào)整指令。對所述第二力調(diào)整指令進行校正(校正的方法 包括比例、積分、微分中的至少一種)、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給伺服閥。
所述位控保護過程包括如下步驟位移傳感器采集活塞桿的位置信號 并輸出給工控機；所述工控機判斷接收到的位置信號是否超過位置限值并 在是時將當前的主控過程由力控制過程切換為位置控制過程，并給出報警 提示。切換后的位置控制過程具體包括如下步驟工控機將位置限值與位 移傳感器所采集的實際位置信號進行比較，得到第二位置調(diào)整指令；對所 述第二位置調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給伺服閥。
我們可以看到，在主控過程為力控制過程時，位置的采集與比較同時 進行，并在所采集的位置超過限制范圍時，自動進入保護狀態(tài)，即實現(xiàn)了 在力控制過程下的位置保護。為了安全，只能使活塞桿的位置到達位置限 值而不能使活塞桿的位置超過此限值，但外界的主動加載機構(gòu)強行要求活 塞桿的位置超過位置限值，主控過程由力控制過程切換為位置控制過程后， 就可以增加活塞、活塞桿自身的力來克服主動加載機構(gòu)的力，使活塞、活 塞桿停留在安全范圍內(nèi)。
如果工控機接收到的是靜態(tài)指令(即固定的位置指令)，則液壓系統(tǒng) 可以實現(xiàn)靜態(tài)下的被動加載實現(xiàn)。此時，當活塞桿未與主動加載機構(gòu)相連 (即不存在主動加載機構(gòu))時，加載缸內(nèi)的活塞及活塞桿靜止，且不受 力；當活塞桿與主動加載機構(gòu)相連(即存在主動加載機構(gòu))時，外部主 動加載機構(gòu)會產(chǎn)生一定的力作用于活塞桿上時，在工控機的控制下將使活 塞及活塞桿上產(chǎn)生大小相同的反作用力，完全模擬靜止阻力。處于靜態(tài)的 理想狀態(tài)下，活塞及活塞桿的位置應(yīng)靜止不變，活塞及活塞桿被動產(chǎn)生的 力與主動加載機構(gòu)的主動加載力相對應(yīng)(g卩隨主動加載力的變化而變化)。 而當主動加載力超過力限值時，液壓系統(tǒng)則進入保護狀態(tài)，給出報警提示， 主控過程由位置控制過程切換為力控制過程，對活塞及活塞桿的位置進行 調(diào)整，活塞及活塞桿所承受的力以力限制為極限并保持穩(wěn)定。如果工控機 接收到的是動態(tài)指令(即變化的位置指令或變化的位置指令)，則液壓系 統(tǒng)可以實現(xiàn)動態(tài)下的被動加載實現(xiàn)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法，其特征在于包括用于對伺服閥進行控制的主控過程和用于對液壓系統(tǒng)進行保護的保護處理過程；所述保護處理過程中，傳感器所采集的信號超限時就對液壓系統(tǒng)啟動保護。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方 法，其特征在于所述主控過程為位置控制過程，所述保護處理過程為力 控保護過程；所述力控保護過程包括如下步驟力傳感器采集活塞桿的力 信號并輸出給工控機；所述工控機判斷接收到的力信號是否超過力限值并 在是時將當前的主控過程由位置控制過程切換為力控制過程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方 法，其特征在于所述位置控制過程包括如下步驟A、 將目標位置指令與位移傳感器所采集的實際位置信號進行比較， 得到第一位置調(diào)整指令；B、 對所述第一位置調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給 伺服閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方 法，其特征在于所述步驟A之前，有如下步驟工控機將得到的輸入位 置指令進行調(diào)整，獲得目標位置指令。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4任一所述的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控 制的方法，其特征在于所述力控制過程包括如下步驟C、 工控機將力限值與力感器所采集的實際力信號進行比較，得到第 一力調(diào)整指令；D、 對所述第一力調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給伺 服閥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方 法，其特征在于所述主控過程為力控制過程，所述保護處理過程為位控 保護過程；所述位控保護過程包括如下步驟位移傳感器采集活塞桿的位 置信號并輸出給工控機；所述工控機判斷接收到的位置信號是否超過位置 限值并在是時將當前的主控過程由力控制過程切換為位置控制過程。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法，其特征在于所述力控制過程包括如下步驟-E、 將目標力指令與力傳感器所采集的實際力信號進行比較，得 到第二力調(diào)整指令；F、 對所述第二力調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號 給伺服閥。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方 法，其特征在于所述步驟E之前，有如下步驟工控機將得到的輸入力指令進行調(diào)整，獲得目標力指令。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6-8任一所述的對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法，其特征在于所述位置控制過程包括如下步驟G、 工控機將位置限值與位移傳感器所采集的實際位置信號進行比較， 得到第二位置調(diào)整指令；H、 對所述第二位置調(diào)整指令進行校正、濾波后輸出相應(yīng)控制信號給 伺服閥。
10. —種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)，其特征 在于包括液壓站、伺服閥、工控機、加載缸、位移傳感器、力傳感器， 所述加載缸內(nèi)設(shè)有活塞，所述活塞通過活塞桿與主動加載機構(gòu)相連；所述 液壓站通過伺服閥將具有一定壓力的液體送入加載缸中；所述位移傳感器 位于活塞桿上，并與所述工控機電連接，用于實時測量活塞桿的位置并輸 出至工控機；所述力傳感器位于活塞桿上，并與所述工控機電連接，用于 實時測量活塞桿所承受的力并輸出至工控機；所述工控機與伺服閥電連 接，用于向所述伺服閥發(fā)出控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了對用于實現(xiàn)被動加載的液壓系統(tǒng)進行控制的方法，包括用于對伺服閥進行控制的主控過程和用于對液壓系統(tǒng)進行保護的保護處理過程；保護處理過程中，傳感器所采集的信號超限時就對液壓系統(tǒng)啟動保護。本發(fā)明公開了用于實現(xiàn)上述方法的液壓系統(tǒng)，包括液壓站、伺服閥、工控機、加載缸、位移傳感器、力傳感器，加載缸內(nèi)設(shè)有活塞，活塞通過活塞桿與主動加載機構(gòu)相連；液壓站通過伺服閥將具有一定壓力的液體送入加載缸中；位移傳感器位于活塞桿上，與工控機電連接，用于實時測量活塞桿的位置并輸出至工控機；力傳感器位于活塞桿上，與工控機電連接，用于實時測量活塞桿所承受的力輸出至工控機；工控機與伺服閥電連接，用于向伺服閥發(fā)出控制信號。
文檔編號F15B11/028GK101451549SQ20071007746
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者平 何, 雷 龐, 李仿欣, 楊雙慶 申請人:比亞迪股份有限公司