步進式液壓元件防堵控制設備、系統(tǒng)、方法及機械設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及液壓領域，具體地，設及一種步進式液壓元件防堵控制設備、系統(tǒng)、方 法及機械設備。
【背景技術】
[0002] 步進式液壓元件是利用步進電機作為電機械轉換器的一種數(shù)字控制液壓元件，其 主要包含:步進電機、反饋機構、流量控制閥和液壓執(zhí)行元件。工作過程如下:步進電機接受 脈沖序列的控制，輸出位移轉角，轉角與輸入的脈沖數(shù)成正比，接著通過機械轉換裝置(例 如，滾珠絲杠(或螺桿螺母)機構)將轉角變成流量控制閥的閥忍位移，再經過液壓執(zhí)行元件 (例如，步進式液壓缸、步進式液壓馬達)進行液壓放大，輸出相應的位移或轉角(例如，步進 式液壓缸的活塞位移或步進式液壓馬達的馬達轉角）。該活塞位移或馬達轉角可通過反饋 機構（例如，滾珠絲杠）反饋到流量控制閥的閥忍上，形成對該閥忍位移的閉環(huán)控制。因此， 活塞位移或馬達轉角與輸入至步進電機的脈沖序列的累計數(shù)量成正比，活塞速度或馬達轉 速與步進電機脈沖序列的頻率成正比。
[0003] 步進式液壓元件因采用閉環(huán)控制而精度高，因采用機械反饋機構而工作可靠、抗 干擾能力強，因采用步進電機作為電機械轉換器而驅動簡單、造價不高，因此步進式液壓元 件在數(shù)控機床中獲得了廣泛應用。近年，W工程機械為典型代表的先進制造裝備對性能好、 工作可靠、成本低、智能化的要求日益攀升，步進式液壓元件存在有巨大的潛在應用空間。
[0004] 然而，現(xiàn)有的步進式液壓元件容易出現(xiàn)電機堵轉的現(xiàn)象。在電機堵轉的情況下，會 存在W下兩方面的問題：
[000引1)降低了可靠性：電機堵轉會導致電機線圈電流急劇增大，線圈發(fā)熱迅速攀升，容 易導致線圈絕緣失效、進而燒損。
[0006] 2)縮小了控制范圍：電機堵轉后，再給予任何脈沖序列，已無法進一步增大閥忍開 口，而現(xiàn)有技術為了防止堵轉，只能憑經驗模糊地降低脈沖頻率而預留出一定的防堵轉頻 率空間，相當于添加了一個飽和環(huán)節(jié)，導致脈沖頻率-元件速度的控制范圍被人為縮小，為 本就快速性不高的步進式液壓元件作了進一步地快速性限制。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種步進式液壓元件防堵控制設備、系統(tǒng)、方法及機械設備， 其可自動防止電機堵轉W提高液壓元件作業(yè)可靠性、擴大元件控制范圍。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種步進式液壓元件防堵控制設備，該步進式液 壓元件包含:液壓執(zhí)行元件;流量控制閥，用于控制輸入至所述液壓執(zhí)行元件的液壓油的流 量，W驅動所述液壓執(zhí)行元件轉動或產生位移；電機及電機驅動器，該電機驅動器用于根據(jù) 脈沖信號驅動所述電機轉動，W控制所述流量控制閥的閥忍位移；W及反饋機構，用于將所 述液壓執(zhí)行元件的轉角或位移反饋至所述流量控制閥的閥忍上，W實現(xiàn)對所述閥忍的開度 的閉環(huán)控制。該設備包括:接收器，用于接收流量控制閥進油口壓力與出油口的壓力、負載 壓力w及指令脈沖頻率f;w及控制器，用于根據(jù)所述進油口壓力與出油口的壓力w及負載 壓力，計算防堵脈沖頻率，將指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進行比較，并根據(jù)比較結果 確定輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率f〇，W防止所述電機堵轉。
[0009]其中，所述防堵脈沖頻率包含一防堵余量內對應的脈沖頻率feW及一臨界堵轉時 對應的脈沖頻率fm，所述控制器執(zhí)行W下操作中的一者或多者:在f含fe的情況下，控制輸入 至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率時為f;在的情況下，控制輸入至所述電機驅 動器的脈沖信號的頻率時為fe;W及在f>fm的情況下，控制輸入至所述電機驅動器的脈沖 信號的頻率時為0。
[0010]其中，fe = Ke*fm，其中Ke與所述液壓執(zhí)行元件的負載慣性有關，負載慣性越大，Ke越 大。
[0011] 其中，所述臨界堵轉時對應的脈沖頻率fm通過W下操作而被確定:將所述液壓執(zhí) 行元件設定為空載；W及逐步增大輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率，直至所述液 壓執(zhí)行元件的轉速或位移不再增加，此時輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率即為所 述臨界堵轉時對應的脈沖頻率fm。
[0012] 其中，所述控制器還根據(jù)輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率fo計算W下一 者或多者并對該一者或多者進行異常監(jiān)控:所述流量控制閥的閥忍開度;所述流量控制閥 的流量;所述液壓執(zhí)行元件的轉速或位移；W及所述液壓執(zhí)行元件的負載轉矩。
[0013] 相應地，本發(fā)明還提供一種步進式液壓元件防堵控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含:壓力傳感 器，用于檢測流量控制閥進油口的壓力與出油口的壓力W及負載壓力；W及上述步進式液 壓元件防堵控制設備。
[0014] 相應地，本發(fā)明還提供一種步進式液壓元件防堵控制方法，該步進式液壓元件包 含:液壓執(zhí)行元件;流量控制閥，用于控制輸入至所述液壓執(zhí)行元件的液壓油的流量，W驅 動所述液壓執(zhí)行元件轉動或產生位移；電機及電機驅動器，該電機驅動器用于根據(jù)脈沖信 號驅動所述電機轉動，W控制所述流量控制閥的閥忍位移；W及反饋機構，用于將所述液壓 執(zhí)行元件的轉角或位移反饋至所述流量控制閥的閥忍上，W實現(xiàn)對所述閥忍的開度的閉環(huán) 控制。該方法包括:接收流量控制閥進油口的壓力與出油口的壓力、負載壓力W及指令脈沖 頻率f;W及根據(jù)所述進油口的壓力與出油口的壓力W及負載壓力，計算防堵脈沖頻率，將 指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進行比較，并根據(jù)比較結果確定輸入至所述電機驅動器 的脈沖信號的頻率時，W防止所述電機堵轉。
[0015] 其中，所述防堵脈沖頻率包含一防堵余量內對應的脈沖頻率feW及一臨界堵轉時 對應的脈沖頻率fm;所述將指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進行比較并根據(jù)比較結果確 定輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率fo包括:在f含fe的情況下，控制輸入至所述電 機驅動器的脈沖信號的頻率時為f;在的情況下，控制輸入至所述電機驅動器的脈 沖信號的頻率fo為fe;W及在f>fm的情況下，控制輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻 率fo為0。
[0016]其中，fe = Ke*fm，其中Ke與所述液壓執(zhí)行元件的負載慣性有關，負載慣性越大，Ke越 大。
[0017]其中，所述防堵余量內對應的脈沖頻率fe通過W下操作而被確定:將所述液壓執(zhí) 行元件設定為空載；W及逐步增大輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率，直至所述液 壓執(zhí)行元件的轉速或位移不再增加，此時輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率即為所 述防堵余量內對應的脈沖頻率fe。
[0018] 其中，該方法還包括:根據(jù)輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率fo計算W下 一者或多者并對該一者或多者進行異常監(jiān)控:所述流量控制閥的閥忍開度;所述流量控制 閥的流量;所述液壓執(zhí)行元件的轉速或位移；W及所述液壓執(zhí)行元件的負載轉矩。
[0019] 相應地，本發(fā)明還提供一種機械設備，該機械設備包含上述步進式液壓元件防堵 控制系統(tǒng)。
[0020] 通過上述技術方案，可實時調節(jié)輸入至電機的脈沖序列的頻率，使其適應液壓元 件的負載變化，避免電機堵轉現(xiàn)象的發(fā)生，提高了液壓元件作業(yè)可靠性。另外，該調節(jié)方式 并未縮小脈沖頻率-元件速度的控制范圍。
[0021] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予W詳細說明。
【附圖說明】
[0022] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0023] 圖la和圖化為步進液壓馬達的流量控制閥的輸出流量特性曲線示意圖；
[0024] 圖2a和圖化分別為步進液壓馬達的流量控制閥在電機正常工作與發(fā)生堵轉時的 輸出流量特性曲線的動態(tài)過程示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明提供的步進式液壓元件防堵控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0026] 圖4a和圖4b為本發(fā)明提供的步進式液壓元件防堵控制系統(tǒng)中步進液壓馬達的關 鍵參數(shù)示意曲線圖；
[0027] 圖5為計算臨界堵轉情況下