一種數(shù)字式液壓控制閥及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字式液壓控制閥，能夠按照特定編碼規(guī)律調(diào)節(jié)通路中的流量和壓力，具有多種控制模式和工作模式，屬于液壓驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在已有技術(shù)中的伺服閥或比例閥，其驅(qū)動(dòng)控制方式通常為模擬控制。模擬式液壓閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)油液污染度非常敏感，故障率較高。近年來(lái)，雖然出現(xiàn)了基于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多種新型數(shù)字閥技術(shù)，但是它在本質(zhì)上依然為滑閥控制式模擬元件，無(wú)法從根本上克服傳統(tǒng)模擬式液壓閥的弊端。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種數(shù)字式液壓控制閥，相比于傳統(tǒng)模擬式液壓閥，數(shù)字式液壓控制閥由常規(guī)電磁開(kāi)關(guān)閥和節(jié)流口組成，抗污染能力強(qiáng)，在可靠性和性價(jià)比上具有明顯優(yōu)勢(shì)，而且具有多種控制模式和工作模式，控制自由度高和靈活性強(qiáng)，具有強(qiáng)大的容錯(cuò)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決已有技術(shù)中的模擬式液壓閥故障率高和性價(jià)比低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種數(shù)字式液壓控制閥及其控制方法，能夠精確控制通路中的流量和壓力，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，具有可靠性高、控制方式靈活多樣、容錯(cuò)能力強(qiáng)以及成本低等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種數(shù)字式液壓控制閥，包含5組結(jié)構(gòu)相同的流量控制單元，每組流量控制單元由8組帶節(jié)流口的電磁開(kāi)關(guān)閥并聯(lián)而成。數(shù)字式液壓控制閥中各元件的功能和連接關(guān)系如下:
[0006]數(shù)字式液壓控制閥具有供油口 P，回油口 T，控制口 A和控制口 B。高壓油通過(guò)供油口 P輸入到數(shù)字式液壓控制閥，低壓油通過(guò)回油口 T流出數(shù)字式液壓控制閥，控制口 A和控制口 B分別連接液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))的控制油口。
[0007]供油口 P、回油口 T、控制口 A和控制口 B之間分別通過(guò)5組流量控制單元連接，連接關(guān)系為:流量控制單元PA的入口和出口分別連接在供油口 P和控制口 A，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制供油口 P到控制口 A的流量和壓力；流量控制單元PB的入口和出口分別連接在供油口 P和控制口 B，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制供油口 P到控制口 B的流量和壓力；流量控制單元AB的入口和出口分別連接在控制口 A和控制口 B，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制兩個(gè)控制口之間的交叉流量；流量控制單元AT的入口和出口分別連接在控制口 A和回油口 T，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制控制口 A到回油口 T的流量和壓力；流量控制單元BT的入口和出口分別連接在控制口 B和回油口 T，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制控制口 B到回油口 T的流量和壓力。
[0008]每組流量控制單元由8路帶節(jié)流口的電磁開(kāi)關(guān)閥并聯(lián)而成，8個(gè)電磁開(kāi)關(guān)閥的通徑完全相同，它們的入口均與流量控制單元的入口連接在一起，它們的出口分別與8個(gè)節(jié)流口的入口連接；8個(gè)節(jié)流口的節(jié)流面積采用斐波拉契數(shù)列編碼，若最小的節(jié)流口面積為S。，則它們的節(jié)流口面積分別為Sc^StlJSc^SrsSpSSr UStl和21S。，這些節(jié)流口的出口均與流量控制單元的出口連接在一起。每一路電磁開(kāi)關(guān)閥能夠控制該路的通斷狀態(tài)，而每路節(jié)流口能夠控制該路的流量大小，因此，控制電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制該流量控制單元的流量大小，而根據(jù)節(jié)流原理，流量大小的改變也會(huì)造成輸出壓力的變化。
[0009]數(shù)字式液壓控制閥的電控信號(hào)為5路數(shù)字信號(hào)，分別控制5組流量控制單元，每路數(shù)字信號(hào)包括8位開(kāi)關(guān)量，采用斐波那契數(shù)列編碼，分別控制每組流量控制單元中的8路電磁開(kāi)關(guān)閥:當(dāng)開(kāi)關(guān)量為I時(shí)，相應(yīng)的電磁開(kāi)關(guān)閥為通；當(dāng)開(kāi)關(guān)量為O時(shí)，相應(yīng)的電磁開(kāi)關(guān)閥為斷。每路數(shù)字控制信號(hào)的變化范圍為[00000000]至[11111111](控制量從左到右分別對(duì)應(yīng)最小節(jié)流口到最大節(jié)流口)，對(duì)應(yīng)55個(gè)不同的節(jié)流面積狀態(tài)，節(jié)流面積變化范圍為O至54S0o斐波那契數(shù)列編碼規(guī)律決定了同一個(gè)節(jié)流面積狀態(tài)存在多種控制信號(hào)組合，例如:節(jié)流面積3S。有3種組合形式，控制信號(hào)分別為[00010000]、[10100000]和[01100000]。因此，斐波那契數(shù)列編碼規(guī)律使流量控制單元的控制組合更為靈活，具有更好的容錯(cuò)能力。
[0010]理論上，數(shù)字式液壓閥的5組數(shù)字流量控制單元可以同時(shí)獨(dú)立工作，它具有多達(dá)25X8個(gè)控制狀態(tài)，將其定義為廣義控制模式；廣義控制模式下計(jì)算量大，最優(yōu)解搜索過(guò)程復(fù)雜，且許多狀態(tài)是無(wú)效的或是沒(méi)有意義的，可以限制5組數(shù)字流量控制單元中僅允許2組同時(shí)開(kāi)啟，則系統(tǒng)離散狀態(tài)數(shù)量減少至22X8，大大減少了計(jì)算量，將其定義為標(biāo)準(zhǔn)控制模式。標(biāo)準(zhǔn)控制模式簡(jiǎn)化了控制過(guò)程，并更符合常規(guī)的控制狀態(tài)；而廣義控制模式具有更大的控制靈活度，用于故障診斷或容錯(cuò)處理等特殊工況。
[0011]有益效果
[0012]對(duì)比已有技術(shù)本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是:
[0013]1、由常規(guī)的電磁開(kāi)關(guān)閥和節(jié)流口組成，成本低，繼承了開(kāi)關(guān)閥的優(yōu)點(diǎn)，可靠性高、抗污染能力強(qiáng)；
[0014]2、由5組流量控制單元組合而成，每組流量控制單元采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)和斐波那契數(shù)列編碼方法，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制，具有多種控制模式和工作模式，控制自由度高和靈活性強(qiáng)，容易進(jìn)行故障診斷，具有強(qiáng)大的容錯(cuò)能力。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的原理示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的斐波那契數(shù)列編碼規(guī)律圖；
[0017]圖3是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)液壓缸的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的數(shù)字式液壓閥包含5組結(jié)構(gòu)相同的流量控制單元，每組流量控制單元由8組帶節(jié)流口的電磁開(kāi)關(guān)閥并聯(lián)而成，電磁開(kāi)關(guān)閥的通徑完全相同，節(jié)流口的節(jié)流面積采用斐波那契數(shù)列編碼。通過(guò)控制各電磁開(kāi)關(guān)閥的電磁鐵的組合狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出流量(大小和方向)和壓力的控制，閥的分辨率和最大流量可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定。
[0020]數(shù)字液壓閥中各元件的功能和連接關(guān)系如下:
[0021]相同于傳統(tǒng)模擬式液壓閥的接口，數(shù)字式液壓閥也具有供油口 P，回油口 T，控制口 A和控制口 B，高壓油通過(guò)供油口 P輸入到數(shù)字式液壓閥，低壓油通過(guò)回油口 T流出數(shù)字式液壓閥，控制口 A和控制口 B分別連接液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))的控制油口。
[0022]供油口 P、回油口 T、控制口 A和控制口 B之間分別通過(guò)5組流量控制單元連接，連接關(guān)系為:流量控制單元PA的入口和出口分別連接在供油口 P和控制口 A，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制供油口 P到控制口 A的流量和壓力；流量控制單元PB的入口和出口分別連接在供油口 P和控制口 B，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制供油口 P到控制口 B的流量和壓力；流量控制單元AB的入口和出口分別連接在控制口 A和控制口 B，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制兩個(gè)控制口之間的交叉流量；流量控制單元AT的入口和出口分別連接在控制口 A和回油口 T，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制控制口 A到回油口 T的流量和壓力；流量控制單元BT的入口和出口分別連接在控制口 B和回油口 T，控制其電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制控制口 B到回油口 T的流量和壓力。
[0023]每組流量控制單元由8路帶節(jié)流口的電磁開(kāi)關(guān)閥并聯(lián)而成，8個(gè)電磁開(kāi)關(guān)閥的通徑完全相同，它們的入口均與流量控制單元的入口連接在一起，它們的出口分別與8個(gè)節(jié)流口的入口連接；8個(gè)節(jié)流口的節(jié)流面積采用斐波那契數(shù)列編碼，若最小的節(jié)流口面積為S。，則它們的節(jié)流口面積分別為SpStlJSc^SrUStl和21S。，這些節(jié)流口的出口均與流量控制單元的出口連接在一起。每一路電磁開(kāi)關(guān)閥能夠控制該路的通斷狀態(tài)，而每路節(jié)流口能夠控制該路的流量大小，因此，控制電磁開(kāi)關(guān)閥的組合狀態(tài)，能夠控制該流量控制單元的流量大小，而根據(jù)節(jié)流原理，流量大小的改變也會(huì)造成輸出壓力的變化。
[0024]數(shù)字式液壓閥的電控信號(hào)為5路數(shù)字信號(hào)，分別控制5組流量控制單元，每路數(shù)字信號(hào)包括8位開(kāi)關(guān)量，采用二進(jìn)制編碼，分別控制每組流量控制單元中的8路電磁開(kāi)關(guān)閥:當(dāng)開(kāi)關(guān)量為I時(shí)，相應(yīng)的電磁開(kāi)關(guān)閥為通；當(dāng)開(kāi)關(guān)量為O時(shí)，相應(yīng)的電磁開(kāi)關(guān)閥為斷。每路數(shù)字控制信號(hào)的變化范圍為[00000000]至[11111111](控制量從左到右分別對(duì)應(yīng)最小節(jié)流口到最大節(jié)流口)，對(duì)應(yīng)55個(gè)不同的節(jié)流面積狀態(tài)，節(jié)流面積變化范圍為O至54\。斐波那契數(shù)列編碼規(guī)律決定了同一個(gè)節(jié)流面積狀態(tài)存在多種控制信號(hào)組合，例如:節(jié)流面積有3種組合形式，控制信號(hào)分別為[00010000]、[10100000]和[01100000] ο因此，斐波那契數(shù)列編碼規(guī)律使流量控制單元的控制組合更為靈活，具有更好的容錯(cuò)能力。
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