一种先导式液压阀先导级驱动特性检测方法

摘要

本发明公开了一种先导式液压阀先导级驱动特性检测方法，该方法采用先导级电磁铁电流表征先导阀芯位移，采用主阀芯移动速度表征先导级流量，从而实现对先导级驱动特性的检测。该方法采用先导式电液比例阀自身结构及元件，无需多余传感器信息，即能实现对先导级驱动特性的检测；检测结果能反应先导阀死区及流量非线性特点；该方法的检测结果应用于主阀芯位置控制中，能有效实现对先导级非线性特性(包括死区特性、流量非线性等)的补偿，提高主阀位置控制精度。

说明书

技术领域

本发明属于电液控制领域，尤其涉及一种先导式液压阀先导级驱动特性检测方法。

背景技术

先导式电液比例阀是一种常见的液压元件，在大流量电液系统中得到广泛的应用。先导式电液比例阀由先导阀、主级阀、电子控制器组成。先导阀为双比例电磁铁驱动的直动阀，其控制主阀芯先导腔中液压油的流动，以推动主阀芯运动。主阀芯位移由位移传感器进行检测，由电子控制器采集位移传感器信号。电子控制器通过位移闭环控制算法，控制先导级电磁铁电流，以最终实现主阀芯的位移控制，从而实现阀口的比例控制。主阀芯位移控制特性直接受先导阀驱动特性影响，对先导阀驱动特性有效检测并将检测结果应用于主阀芯位移控制中，有助于提高主阀位置控制精度。

发明内容

本发明的目的在于针对先导式电液比例阀的主阀芯位移控制问题，提出一种先导级驱动特性检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种先导式液压阀先导级驱动特性检测方法，其实现基于一种双电磁铁驱动带主阀芯位移反馈的先导式电液比例阀。先导式电液比例阀由先导阀、主级阀、电子控制器组成。先导阀为双比例电磁铁驱动的直动阀，其控制主阀芯先导腔中液压油的流动，以推动主阀芯进行运动。主阀芯位移由位移传感器进行检测，并由电子控制器采用位移传感器信号。电子控制器通过位移闭环控制算法，控制先导级电磁铁电流，以最终实现主阀芯的位移控制，从而实现阀口的比例控制。主阀芯位移控制特性直接受先导阀驱动特性影响。

本方法以先导级的位移流量特性反映先导阀的驱动特性，采用先导级电磁铁电流表征先导阀芯位移，采用主阀芯移动速度表征先导级流量，从而实现对先导级驱动特性的检测，得到死区微电流值与主阀芯位移特性的映射关系，可以应用于电子控制器的位移闭环控制算法，提高主阀位置控制精度。本方法的检测过程为：

首先使主阀芯处于中位，分别缓慢增加先导级左右电磁铁电流，并监测主阀芯运动状态，以标定先导级阀芯正遮盖量引起的先导阀驱动特性的左右位死区上限值；接着闭环控制主阀芯在某一工作位置，分别缓慢减少先导级左右电磁铁电流，并监测主阀芯运动状态，以标定先导级阀芯负遮盖量引起的先导阀驱动特性的左右位死区下限值。

其次使主阀芯处于中位，分别以左右位死区下限值为电磁铁电流起始值，按照固定增量(50-100mA)依次增加电流值，并保持一段时间(10-50μs)，在此期间内记录主阀芯位移，计算位移的平均速度。这一系列电流值与对应的主阀芯平均速度关系即为先导阀的驱动流量特性。

再次分别以左右位死区上限值为电磁铁电流起始值，按照固定增量(50-100mA)依次减少电流值，并保持一段时间(10-50μs)，在此期间内记录主阀芯位移，计算位移的平均速度。这一系列电流值与对应的主阀芯平均速度关系即为先导阀的阻尼流量特性。先导阀驱动流量特性与阻尼流量特性共同组成先导阀的驱动特性，至此实现先导级驱动特性的检测。

在包含主阀芯位移的外环控制器与先导级电磁铁电流的内环控制器中，外环控制器根据主阀芯位移的流量推动原理与先导级位移的电流表征原理，得出内环控制器的电流控制输入。外环控制器包含先导级目标流量控制器与目标电流控制器两部分。目标流量控制器根据参考主阀芯位移与实际位移的差值，采用控制策略计算出推动主阀芯移动所需要的目标流量。然后先导级目标电流控制器根据前一步输入的目标流量、主阀芯参考位移，通过先导级的阀芯位移与流量的关系，得出需要的先导级阀芯目标位移。再由先导级阀芯位移的电流表征原理，得到先导级的目标控制电流。先导级电磁铁内环控制器以这一目标控制电流为输入，与实际测量电流作差，采用控制策略控制电磁铁的输出力推动先导级阀芯达到相应的目标位移，获得相应的目标流量，从而最终实现主阀芯的位移闭环反馈控制。

本发明的有益效果是：采用先导式电液比例阀自身结构及元件，无需多余传感器信息，即能实现对先导级驱动特性的检测；检测结果能反应先导阀死区及流量非线性特点；检测结果应用于主阀阀芯位移控制中，有助于提高位移控制精度。

附图说明

图1是先导式电液比例阀结构与控制框图；

图2是先导阀工作位置图

图3是先导级驱动特性说明；

图4是先导级驱动特性检测过程；

图5是先导阀死区值标定流程图；

图6是先导阀驱动流程标定流程图；

图7是先导级阻尼流量标定流程图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明提供的先导级驱动特性的检测方法。

本发明提出的一种先导式液压阀先导级驱动特性检测方法，其实现基于一种双电磁铁驱动带主阀芯位移反馈的先导式电液比例阀，如图1所示。先导式电液比例阀由先导阀、主级阀、电子控制器组成。先导阀由左右比例电磁铁、先导阀芯、先导阀体构成。比例电磁铁控制推动先导阀芯，控制先导阀开口大小，从而控制先导腔油液的进出，以推动主阀芯进行运动。主级阀包括主阀芯、主阀体、先导控制腔、主阀芯位移传感器。主阀芯位移由位移传感器进行检测，并由电子控制器采集位移传感器信号。电子控制器通过位移闭环控制算法，控制先导级电磁铁电流，以最终实现主阀芯的位移控制，从而实现阀口的比例控制。主阀芯位移控制特性直接受先导阀驱动特性影响。

如图1所示，先导式比例阀的先导级的A,B油口存在正遮盖L_Ac、L_Bc和负遮盖L_At,L_Bt，根据先导级阀芯位移x_p与遮盖量之间的相对位置，先导级具有如图2所示的工作位，分别是左位，左过渡位，中位，右过渡位，右位。这五个工作位对应的先导级的流量关系如图3所示。先导级在左位或右位时，流过先导级阀口的流量为推动主阀芯运动的驱动流量；先导级在左右过渡位时存在流量死区，即图3中的L_Ac～L_At和L_Bc～L_Bt，当先导阀芯位于x_p＝L’_Ac、x_p＝L’_At、x_p＝L’_Bt、x_p＝L’_Bc时，主阀由x_m＝0的静止状态开始移动，即死区内存在微流量特性。先导级在中位时，当主阀芯运动到左或右位时，先导级控制腔具有与主级弹簧力平衡的压力。这时当主阀芯需要往回运动时，在这一压力作用下，流过先导级阀口的流量为阻尼流量。下面具体介绍由先导级驱动流量与阻尼流量组成的先导级驱动特性检测方法。

由于先导级比例电磁铁的响应速度高于先导阀本身，且假设比例电磁铁输出力与电流成线性关系。根据比例电磁铁力与先导级弹簧力的稳态平衡关系，可以用比例电磁铁电流I_p表征先导级阀芯位移，如下所示。

其中F_sp0为先导级弹簧预紧力；k_pk为先导级弹簧弹性系数；k_I为电磁铁电流-力增益系数。

由于主级阀的固有频率远大于先导阀响应频率，可以忽略主级的动态特性，先导级流量除泄漏量q_leak外，全部用于推动主阀芯运动。因此先导级的流量q_p可以用主阀芯运动速度v_m表示，如下所示。

q_p＝v_mA_v+q_leak

其中A_v为主阀芯横截面积。

如图4所示，基于先导级电磁铁电流表征先导阀芯位移，以及主阀芯移动速度表征先导级流量的方法，先导级驱动特性的检测过程如下：

1、如图5所示，使主阀芯处于x_m＝0位置，使A电磁铁电流I_A缓慢增大，检测主阀芯移动，当主阀芯相对位移大于阈值C_e时，记录此时电磁铁电流值I_AC；闭环控制主阀芯处于x_m＝X_m位置，X_m为某一工作位置，然后使A电磁铁电流I_A缓慢减小，检测主阀芯移动，当主阀芯相对位移小于阈值C_e时，记录此时电磁铁电流值I_At。阈值C_e是主阀芯位移x_m与主阀芯最大位移x_m1的比值，其选取值将直接决定过渡位死区的范围，一般选择2～5％。

2、如图5所示，使主阀芯处于x_m＝0位置，使B电磁铁电流I_B缓慢增大，检测主阀芯移动，当主阀芯相对位移大于阈值C_e时，记录此时电磁铁电流值I_BC；闭环控制主阀芯处于x_m＝-X_m位置，然后使B电磁铁电流I_B缓慢减小，检测主阀芯移动，当主阀芯相对位移小于阈值C_e时，记录此时电磁铁电流值I_Bt。

通过以上两步初始标定电流表征的死区值后，再对标定死区内的流量特性进行检测，如下所述。

3、如图6所示，使主阀芯处于x_m＝0位置，使A电磁铁电流I_A从I_At开始以一定增量增大，在每一个固定电流下，采集该时间间隔内的主阀芯位移及时刻，将位移增量与时间相除可以表示为主阀芯运动速度v_m，以得到此电磁铁电流下的流量特性。按照此方法可以得到先导阀A口的驱动流量特性I_A＝f_A1(v_m)。

4、采用类似步骤3的方法，可以得到先导阀B口的驱动流量特性I_B＝f_B1(v_m)。

5、如图7所示，使主阀芯处于x_m＝X_m位置，使A电磁铁电流I_A从I_AC开始以一定增量减小，在每一个固定电流下，采集该时间间隔内的主阀芯位移及时刻，将位移减少量与时间相除可以表示为主阀芯运动速度v_m，以标定此电磁铁电流下的流量特性。按照此方法可以标定先导阀A口死区内与死区外的阻尼流量特性I_A＝f_A2(v_m)。

6、采用类似步骤5的方法，可以标定先导阀B口死区内与死区外的阻尼流量特性I_B＝f_B2(v_m)。

至此先导阀驱动流量特性与阻尼流量特性标定完毕，从而实现了先导级驱动特性的检测，整个标定流程如图5至图7所示。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。