專利名稱：電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓控制元件中的電液比例流量控制閥，特別是一種對(duì)進(jìn)入液壓執(zhí)行器的流 量采用電閉環(huán)原理連續(xù)控制的流量調(diào)節(jié)閥。
背景技術(shù)：
二通比例節(jié)流閥是電液系統(tǒng)中重要的流量控制元件，在要求大流量的應(yīng)用場(chǎng)合，常采用 先導(dǎo)控制型結(jié)構(gòu)。早期的先導(dǎo)控制型比例節(jié)流閥，采用閥內(nèi)部機(jī)械反饋原理來(lái)控制主閥開(kāi)口 量，常用的原理有主閥芯位移一彈簧一力反饋原理，主閥芯位移一先導(dǎo)流量放大原理，主閥 芯位移一先導(dǎo)閥位移隨動(dòng)原理等，但由于采用內(nèi)部機(jī)械反饋原理，閥的控制精度較低、動(dòng)態(tài)響 應(yīng)較慢，因此，新的技術(shù)是用位移傳感器檢測(cè)主閥芯位移并進(jìn)行反饋，構(gòu)成電閉環(huán)控制的比 例節(jié)流閥?，F(xiàn)有的電閉環(huán)控制比例節(jié)流閥，去掉了原有比例節(jié)流閥的內(nèi)部機(jī)械反饋環(huán)節(jié)，主 閥芯位移和設(shè)定值之間僅有一條電反饋通道，當(dāng)位移傳感器或與其配套的測(cè)量放大器發(fā)生故 障時(shí)，閥就處于開(kāi)環(huán)控制狀態(tài)，閥口完全打開(kāi)，失去連續(xù)控制功能并可能導(dǎo)致事故發(fā)生。另 外，現(xiàn)有的比例節(jié)流閥都采用比例電磁鐵作為電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器，因而成本很高。本發(fā)明提出 的思路是在原有內(nèi)部機(jī)械反饋比例節(jié)流閥的基礎(chǔ)上，再疊加電閉環(huán)控制回路，利用電閉環(huán)提 高內(nèi)部機(jī)械反饋閥的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即使內(nèi)部機(jī)械反饋閥的特性較差也不會(huì)影響 整個(gè)閥的性能，所以可采用開(kāi)關(guān)型的電磁鐵作為電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器，降低成本。因整個(gè)閥具有 兩個(gè)閉環(huán)控制通道，如果電閉環(huán)控制通道發(fā)生故障，依靠閥原有的內(nèi)部機(jī)械反饋通道，閥仍 可在原工作點(diǎn)附近繼續(xù)工作，提高了整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性；同時(shí)因不改變閥的原機(jī)械結(jié)構(gòu)， 容易制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電閉環(huán)控制比例節(jié)流閥，利用閥原有的內(nèi)部機(jī)械反饋通道，在 位移傳感器或位移測(cè)量放大器失效的情況下，仍可連續(xù)控制閥的開(kāi)口量，以提高系統(tǒng)的可靠 性，同時(shí)可用開(kāi)關(guān)型的電磁鐵代替比例電磁鐵，降低閥的成本。
本發(fā)明基于上述目的，提出一種電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥，該閥包括內(nèi)部機(jī)械反饋的比例 節(jié)流閥，比例放大器，其特征是增設(shè)了位移傳感器，測(cè)量放大器，閉環(huán)控制器，前饋控制器， 減法器，加法器，電子開(kāi)關(guān)，位移傳感器同軸地設(shè)置在主閥芯上，檢測(cè)主閥芯的位置，其輸 出信號(hào)輸入到測(cè)量放大器，測(cè)量放大器對(duì)來(lái)自位移傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換放大后產(chǎn)生反饋信號(hào)urf， 反饋信號(hào)^一方面輸入到電子開(kāi)關(guān)的控制端，同時(shí)輸入到減法器，減法器接受控制閥開(kāi)度的指令信號(hào)lU和反饋信號(hào)uxi.，對(duì)二者相減后產(chǎn)生偏差信號(hào)ue，并將偏差信號(hào)Ue輸入到閉環(huán)控 制器，閉環(huán)控制器對(duì)偏差信號(hào)u。進(jìn)行校正后經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)輸入到加法器中，前饋控制器接受 指令信號(hào)l，并對(duì)其進(jìn)行校正后輸入到加法器中，加法器對(duì)來(lái)自電子開(kāi)關(guān)和前饋控制器的信 號(hào)進(jìn)行加運(yùn)算，將相加后的信號(hào)輸入比例放大器中，比例放大器控制電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器的輸出 力，電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器控制先導(dǎo)閥芯的動(dòng)作。
本發(fā)明上述的一種電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥，所述的內(nèi)部機(jī)械反饋的比例節(jié)流閥是位移一 先導(dǎo)流量放大型比例節(jié)流閥，或者是位移一彈簧一力反饋型比例節(jié)流閥。
本發(fā)明上述的一種電閉環(huán)控制的流量調(diào)節(jié)閥，所述的內(nèi)部機(jī)械反饋的比例節(jié)流閥中的電 一機(jī)械轉(zhuǎn)換器是比例電磁鐵，或者是開(kāi)關(guān)型電磁鐵。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械反饋的比例節(jié)流閥進(jìn)行改進(jìn)，其改進(jìn)后的電閉環(huán)控制流量調(diào) 節(jié)闊，與現(xiàn)有的電閉環(huán)控制的比例節(jié)流閥相比，其主要的特點(diǎn)在于當(dāng)檢測(cè)主閥芯位移的傳 感器或者是位置測(cè)量放大器出現(xiàn)故障或者是失效的情況下，閥的內(nèi)部機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)仍然保證 了系統(tǒng)在原工作點(diǎn)附近繼續(xù)工作，消除了電閉環(huán)通道失效而導(dǎo)致發(fā)生安全事故的隱患，而在 正常的工作狀態(tài)下，具有與現(xiàn)有電閉環(huán)比例節(jié)流閥同樣的控制特性，而且閥的機(jī)械結(jié)構(gòu)與現(xiàn) 有的內(nèi)部機(jī)械反饋的閥相同，容易制造。另外，利用電閉環(huán)提高了內(nèi)部機(jī)械反饋閥的控制精 度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即使內(nèi)部機(jī)械反饋閥的特性較差也不會(huì)影響電閉環(huán)控制后的性能，因此， 可采用開(kāi)關(guān)型的電磁鐵作為電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器，降低了成本。


圖1是本發(fā)明在位移一先導(dǎo)流量放大型比例節(jié)流閥基礎(chǔ)上構(gòu)造的電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥 結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明在位移一彈簧一力反饋型比例節(jié)流閥基礎(chǔ)上構(gòu)造的電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥 結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1:內(nèi)部機(jī)械反饋的比例節(jié)流閥；2;比例放大器；3:位移傳感器；4:測(cè)量放大 器；5:閉環(huán)控制器；6:前饋控制器；7:減法器；8:加法器；9:主閥芯；10:先導(dǎo)閥芯； II-電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器；12:電子開(kāi)關(guān)；13:反饋節(jié)流槽；14:反饋流道；15:反饋彈簧。
圖中Uxf:反饋信號(hào)；Uxs:指令信號(hào)；Ue:偏差信號(hào)；A:主閥進(jìn)口壓力；A:主閥出 口壓力；A:主閥上腔壓力；dy:先導(dǎo)閥開(kāi)口； X:主閥芯位移量；閥輸出流量。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖由實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本專業(yè)的普 通技術(shù)人員在閱讀了本發(fā)明的具體實(shí)施例后，能夠理解和實(shí)施本發(fā)明，而本實(shí)施例是對(duì)本發(fā) 明的詳細(xì)說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明作出任何限制。實(shí)施例一
本發(fā)明的第一種實(shí)施例如圖1所示。發(fā)明的電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥是由內(nèi)部機(jī)械反饋的 比例節(jié)流閥l，比例放大器2，位移傳感器3，測(cè)量放大器4，閉環(huán)控制器5，前饋控制器6， 減法器7，加法器8，電子開(kāi)關(guān)12共9個(gè)部分組成。其中，內(nèi)部機(jī)械反饋的比例節(jié)流閥l采 用位移一先導(dǎo)流量放大型的比例節(jié)流閥，如美國(guó)伊頓公司的產(chǎn)品EPV16—A—16,這種閥的內(nèi) 部機(jī)械反饋環(huán)節(jié)是由反饋節(jié)流槽13，反饋流道14和先導(dǎo)閥開(kāi)口 dy組成，主閥平衡不動(dòng)時(shí)， 經(jīng)反饋流道14、反饋節(jié)流槽13和先導(dǎo)閥開(kāi)口 dy流過(guò)的流量相等，可獲得主閥芯位移和先導(dǎo) 閥開(kāi)口量dy成比例的關(guān)系。增設(shè)的位移傳感器3采用差動(dòng)變壓器原理，測(cè)量行程為0—8mm， 位移傳感器3同軸地設(shè)置在主閥芯9上，作用是檢測(cè)主閥芯9的位置，其輸出信號(hào)輸入到測(cè) 量放大器4，測(cè)量放大器4由模擬電路組成，集成在位移傳感器3上，測(cè)量放大器4對(duì)來(lái)自 位移傳感器3的信號(hào)轉(zhuǎn)換放大后產(chǎn)生反饋信號(hào)uxf，反饋信號(hào)uxf—方面輸入到電子開(kāi)關(guān)12的 控制端，同時(shí)輸入到減法器7，減法器7，加法器8都有模擬電路組成，減法器7接受控制閥 開(kāi)度的指令信號(hào)l和反饋信號(hào)ux,，對(duì)二者相減后產(chǎn)生偏差信號(hào)ue,并將偏差信號(hào)Ue輸入到 閉環(huán)控制器5，閉環(huán)控制器5對(duì)偏差信號(hào)Ue進(jìn)行校正后經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)12輸入到加法器8中， 前饋控制器6接受指令信號(hào)uxs，并對(duì)其進(jìn)行校正后輸入到加法器8中，加法器8對(duì)來(lái)自電子 開(kāi)關(guān)12和前饋控制器6的信號(hào)進(jìn)行加運(yùn)算，將相加后的信號(hào)輸入比例放大器2中，比例放大 器2采用與該閥配套的比例放大器，作用是控制供給電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器ll的電流大小，從而控 制電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器ll輸出力的大小，電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器ll采用比例電磁鐵，控制先導(dǎo)閥芯IO 的動(dòng)作，電子開(kāi)關(guān)12由模擬電子元件組成，有輸入端、輸出端和控制端三個(gè)端口，其開(kāi)關(guān)狀 態(tài)受反饋信號(hào)&的控制，反饋信號(hào)u,f正常，電子開(kāi)關(guān)12就處于導(dǎo)通狀態(tài)，反饋信號(hào)仏f異常 或失效，電子開(kāi)關(guān)12就處于斷開(kāi)狀態(tài)。
閥的工作過(guò)程是，首先由外界通過(guò)計(jì)算機(jī)或信號(hào)發(fā)生器給定一個(gè)設(shè)定閥開(kāi)度的指令信號(hào) uxs，該信號(hào)同時(shí)作用于前饋控制器6和閉環(huán)控制器5，如果位移傳感器3和測(cè)量放大器4工 作正常，反饋信號(hào)i^控制電子開(kāi)關(guān)12處于導(dǎo)通狀態(tài)，前饋控制器6的輸出信號(hào)和閉環(huán)控制 器5的輸出信號(hào)經(jīng)加法器8相加后輸入比例放大器2中，控制電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器11輸出一定的 推力，推動(dòng)先導(dǎo)閥芯10向右運(yùn)動(dòng)，先導(dǎo)閥開(kāi)口dy增大，主閥上腔壓力A減小，主閥芯9在 主閥進(jìn)口壓力A作用下開(kāi)啟一個(gè)位移量x，通過(guò)閉環(huán)控制器5的PID調(diào)節(jié)作用，直到這一主 閥芯位移量x與設(shè)定信號(hào)i對(duì)應(yīng)的值相等為止，偏差信號(hào)Ue不再變化，主閥芯停止運(yùn)動(dòng)，閥 輸出流量《。
電子開(kāi)關(guān)12受位移傳感器3和測(cè)量放大器4工作狀態(tài)控制，在位移傳感器3及測(cè)量放大 器4出現(xiàn)故障的情況下，電子開(kāi)關(guān)12就自動(dòng)斷開(kāi)，控制閥開(kāi)度的指令信號(hào)i經(jīng)過(guò)前饋控制器6的比例運(yùn)算，輸入到加法器8，這時(shí)加法器8只有來(lái)自前饋控制器6—路的信號(hào)，閥處 在內(nèi)部機(jī)械反饋控制的工作狀態(tài)，雖然控制精度較低，但根據(jù)閥的工作原理，仍然能連續(xù)比 例的控制主閥芯9的主閥芯位移量;c。 實(shí)施例二
本發(fā)明的第二種實(shí)施例如圖2所示。發(fā)明的電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥仍然是由內(nèi)部機(jī)械反 饋的比例節(jié)流閥i，比例放大器2，位移傳感器3，測(cè)量放大器4，閉環(huán)控制器5，前饋控制 器6，減法器7，加法器8，電子開(kāi)關(guān)12共9個(gè)部分組成。與實(shí)施例一的區(qū)別在于內(nèi)部機(jī) 械反饋的比例節(jié)流閥1采用位移一彈簧一力反饋型的比例節(jié)流閥，如國(guó)內(nèi)上海液壓件廠的產(chǎn) 品B幾一H16，這種閥的內(nèi)部機(jī)械反饋環(huán)節(jié)是由反饋彈簧15和先導(dǎo)閥芯10組成，反饋彈簧15、 主閥芯9和先導(dǎo)閥芯10同軸串聯(lián)設(shè)置，主閥平衡不動(dòng)時(shí)，主閥芯9開(kāi)啟位移量x經(jīng)反饋彈簧 15產(chǎn)生的反饋力與電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器11的推力平衡，所以主閥芯9的位移和電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器 11的輸出力成比例關(guān)系。比例放大器2采用與該闊配套的比例放大器，電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器11 改用開(kāi)關(guān)型電磁鐵，閥其余組成部分的結(jié)構(gòu)和閥的工作過(guò)程與實(shí)施例一相同，這里不再?gòu)男?描述。
權(quán)利要求
1. 一種電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥，包含有內(nèi)部機(jī)械反饋的比例節(jié)流閥(1)，比例放大器(2)，其特征是增設(shè)了位移傳感器(3)、測(cè)量放大器(4)、閉環(huán)控制器(5)、前饋控制器(6)、減法器(7)、加法器(8)和電子開(kāi)關(guān)(12)，并將位移傳感器(3)同軸設(shè)置在主閥芯(9)上，檢測(cè)主閥芯(9)的位置，其輸出信號(hào)輸入到測(cè)量放大器(4)，測(cè)量放大器(4)對(duì)來(lái)自位移傳感器(3)的信號(hào)轉(zhuǎn)換放大后產(chǎn)生反饋信號(hào)uxf，反饋信號(hào)uxf同時(shí)輸入到電子開(kāi)關(guān)(12)的控制端和減法器(7)，減法器(7)接受控制閥開(kāi)度的指令信號(hào)uxs和反饋信號(hào)uxf，對(duì)二者相減后產(chǎn)生偏差信號(hào)ue，并將偏差信號(hào)u。輸入到閉環(huán)控制器(5)，閉環(huán)控制器(5)對(duì)偏差信號(hào)u。進(jìn)行校正后經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)(12)輸入到加法器(8)中，前饋控制器(6)接受指令信號(hào)uxs，并對(duì)其進(jìn)行校正后輸入到加法器(8)中，加法器(8)對(duì)來(lái)自電子開(kāi)關(guān)(12)和前饋控制器(6)的信號(hào)進(jìn)行加運(yùn)算，將相加后的信號(hào)輸入比例放大器(2)中，比例放大器(2)控制電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器(11)的輸出力，電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器(11)控制先導(dǎo)閥芯(10)的動(dòng)作。
2. 權(quán)利要求 1所述的電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥，其特征是內(nèi)部機(jī)械反饋的比例節(jié)流閥G) 是位移一先導(dǎo)流量放大型比例節(jié)流閥，或者是位移一彈簧一力反饋型比例節(jié)流闊。
3. 權(quán)利要求 1所述的電閉環(huán)控制的流量調(diào)節(jié)閥，其特征是內(nèi)部機(jī)械反饋的比例節(jié)流閥 (l)中的電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器(ll)是比例電磁鐵，或者是開(kāi)關(guān)型電磁鐵。
全文摘要
一種電閉環(huán)控制流量調(diào)節(jié)閥是將位移傳感器同軸設(shè)置在主閥芯上檢測(cè)主閥芯位移，位移傳感器輸出信號(hào)輸入到測(cè)量放大器轉(zhuǎn)換放大后產(chǎn)生反饋信號(hào)，再輸入到減法器，減法器接受控制閥開(kāi)度指令信號(hào)和反饋信號(hào)，相減產(chǎn)生偏差信號(hào)輸入閉環(huán)控制器，閉環(huán)控制器對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行校正輸入到加法器，前饋控制器接受指令信號(hào)對(duì)其進(jìn)行校正后輸入加法器，加法器對(duì)閉環(huán)控制器和前饋控制器的輸出信號(hào)做加運(yùn)算，相加后信號(hào)輸入到比例放大器控制電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的輸出力。本發(fā)明在內(nèi)部機(jī)械反饋通道上疊加了電閉環(huán)通道，在位移傳感器或位移測(cè)量放大器異常時(shí)，仍可連續(xù)控制閥的開(kāi)口量，保證了系統(tǒng)繼續(xù)工作，提高了系統(tǒng)的可靠性，且控制精度與響應(yīng)速度也得到了明顯改善。
文檔編號(hào)F15B21/02GK101429959SQ20081008003
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者龍 權(quán), 斌 李 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)