数字液压缸系统及其双闭环控制方法

技术领域

本发明涉及液压缸控制技术领域，具体地，涉及一种数字液压缸系统及其双闭环控制方法。

背景技术

数字液压缸主要由电机、数字液压阀和液压缸组成，其中，数字液压阀包括了主阀和先导阀两部分，先导阀控制主阀的比例调节与换向。相关技术中的液压阀的位置反馈主要依靠传感器检测阀芯的位置，再进行电液反馈控制比例电磁铁的通电，该电液反馈方式通常具备一定的信号延迟，从而会降低液压阀的控制精度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种数字液压缸系统的双闭环控制方法，该数字液压缸系统的双闭环控制方法具有控制精度高的优点。

本发明的实施例提出一种数字液压缸系统，该数字液压缸系统的主阀阀芯的线性度高，并且液压缸的控制精度高。

本发明实施例的数字液压缸系统的双闭环控制方法，包括以下步骤：

S1、设置液压缸的活塞杆移动的预设位移值；

S2、利用驱动装置驱动先导阀的阀芯移动，所述先导阀的阀芯由初始位置移动至第一位置，使主阀中产生液压差，从而驱动所述主阀的阀芯移动，所述主阀的阀芯通过机械反馈装置带动所述先导阀的阀芯从所述第一位置朝向所述初始位置移动，且所述主阀的阀芯驱动所述液压缸的活塞杆移动；

S3、利用检测件检测所述液压缸的活塞杆的实际位移值，并判断所述实际位移值与所述预设位移值的大小，

若所述实际位移值小于所述预设位移值，控制所述驱动装置继续驱动先导阀的阀芯移动，

若所述实际位移值等于所述预设位移值，控制所述驱动装置停止驱动所述先导阀的阀芯。

本发明实施例的数字液压缸系统的双闭环控制方法能够利用机械反馈装置以及检测件与驱动装置的结合，形成机械信号以及电信号的双闭环控制，使反应信号及时，并且还使先导阀阀芯和主阀阀芯更加稳定。

因此，本发明实施例的数字液压缸系统的双闭环控制方法具有控制精度高的优点。

在一些实施例中，所述机械反馈装置能够将所述主阀的阀芯沿第一方向的位移转化为所述先导阀的阀芯沿第二方向的位移，所述第一方向与所述第二方向相反。

在一些实施例中，在S2中，利用电机驱动所述先导阀的阀芯移动，并通过所述主阀驱动所述液压缸的活塞杆移动，其中，所述电机的输出轴转动的圈数与所述液压缸的活塞杆的位移量对应。在一些实施例中，在S3中，利用位移传感器检测所述液压缸的活塞杆的实际位移值。

本发明实施例的数字液压缸系统，包括先导阀、主阀和液压缸，所述先导阀的阀腔与所述主阀的阀腔相连，且所述先导阀用于驱动所述主阀的阀芯移动，所述主阀与所述液压缸相连，所述主阀的阀芯移动可驱动所述液压缸的活塞杆移动；

还包括机械反馈装置、驱动装置和检测件，所述驱动装置包括控制件和驱动件，所述驱动件包括输出部，所述输出部与所述先导阀的阀芯相连且用于驱动所述先导阀的阀芯移动，

所述机械反馈装置连接所述先导阀的阀芯和主阀的阀芯，所述机械反馈装置用于将所述主阀的阀芯沿第一方向的位移转化为所述先导阀的阀芯沿第二方向的位移，其中所述第一方向与所述第二方向相反，

所述检测件与所述控制件相连且用于检测所述液压缸的活塞杆的位移量，所述控制件包括控制器，所述控制器用于接收和处理所述检测件检测的所述液压缸的活塞杆的位移量，以便控制所述驱动件的启动或停止。

在一些实施例中，还包括联轴器，所述联轴器的第一端与所述输出部相连，所述联轴器的第二端与所述先导阀的阀芯的第一端通过花键副相连。

在一些实施例中，所述机械反馈装置包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件包括第一连接部和第一配合部，所述第二连接件包括第二连接部和第二配合部，所述第一连接部与所述主阀的阀芯相连，所述第二连接部与所述先导阀的阀芯相连，所述第一配合部与所述第二配合部相连，使所述主阀的阀芯移动带动所述第一配合部和所述第二配合部转动，以带动所述先导阀的阀芯移动，

所述先导阀的阀芯的第二端与所述第二连接部通过螺纹相连，所述主阀的阀芯与所述第一连接部通过滚珠丝杠副相连。

在一些实施例中，所述第一配合部和所述第二配合部均为链轮，所述第一配合部和所述第二配合部通过链条相连。

在一些实施例中，所述第一配合部和所述第二配合部均为齿轮，所述第一配合部与所述第二配合部相互啮合。

在一些实施例中，所述检测件为位移传感器。

附图说明

图1是本发明实施例的数字液压缸系统的双闭环控制方法的流程示意图。

图2是本发明实施例的数字液压缸系统的结构示意图。

图3是本发明实施例的数字液压缸系统的结构示意图。

附图标记：

先导阀1；第一阀腔11；第一低压腔111；第一腔112；第一高压腔113；第二腔114；第二低压腔115；

先导阀阀芯2；第一凸起21；第二凸起22；第三凸起23；

主阀3；第二阀腔31；第三腔311；第三低压腔312；第二高压腔313；第四低压腔314；第四腔315；高压油口316；低压油口317；第一进出油口318；第二进出油口319；

主阀阀芯4；第四凸起41；第五凸起42；第六凸起43；第七凸起44；

液压缸5；活塞杆51；

机械反馈装置6；第一连接件61；第一连接部611；第一配合部612，第二连接件62；第二连接部621；第二配合部622；

驱动装置7；驱动件71；输出部711；

联轴器8；

检测件9。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据附图描述本发明实施例的数字液压缸系统的双闭环控制方法。

如图1所示，本发明实施例的数字液压缸5系统的双闭环控制方法，包括以下步骤：

S1、设置液压缸5的活塞杆51移动的预设位移值。

S2、利用驱动装置7驱动先导阀阀芯2移动，先导阀阀芯2由初始位置移动至第一位置，使主阀3中产生液压差，从而驱动主阀阀芯4移动，主阀阀芯4通过机械反馈装置6带动先导阀阀芯2从第一位置朝向初始位置移动，且主阀阀芯4驱动液压缸5的活塞杆51移动。

也就是说，机械反馈装置6可以保证先导阀1阀芯的及时复位，并且利用机械反馈可以很好的控制阀芯移动的位移量，进一步提高阀芯的移动精度。

可以理解的是，以先导阀1阀芯沿左右方向可移动为例，则先导阀1阀芯可以由左至右移动，也可以由右向左移动，那么，若规定由左至右为正，则由右至左为负。即向驱动装置7输入正值时，先导阀阀芯2由左至右移动，反之，向驱动装置7输入负值时，先导阀阀芯2由右至左移动。

S3、利用检测件9检测液压缸5的活塞杆51的实际位移值，并判断实际位移值与预设位移值的大小，若实际位移值小于预设位移值，控制驱动装置7继续驱动先导阀阀芯2移动，若实际位移值等于预设位移值，控制驱动装置7停止驱动先导阀阀芯2。

可以理解的是，先导阀阀芯2在移动过程中，检测件9为实时检测，也就是说，在检测件9检测到的实际位移值小于预设位移值时，驱动装置7持续驱动先导阀阀芯2移动，直至实际位移值等于预设位置值，驱动装置7停止驱动先导阀阀芯2移动。

此外，驱动装置7还包括控制器，控制器用于设置预设位置值并进行比较以得出用于控制驱动装置7启动或停止的信号，该控制器与检测件9相连，从而接收检测件9检测的实际位移值，并与预设位移值进行比较，进而控制驱动装置7启动或停止。

也就是说，本发明实施例的数字液压缸5系统的双闭环控制方法能够利用机械反馈装置6以及检测件9与驱动装置7的结合，形成机械信号以及电信号的双闭环控制，使反应信号及时，有利于先导阀1阀芯的回复，并且还使先导阀1阀芯和主阀3阀芯更加稳定，使液压缸5的控制精度更高。

因此，本发明实施例的数字液压缸5系统的双闭环控制方法具有控制精度高的优点。

在一些实施例中，机械反馈装置6能够将主阀阀芯4沿第一方向的位移转化为先导阀阀芯2沿第二方向的位移，第一方向与第二方向相反。

可以理解的是，例如，当先导阀阀芯2由左至右移动，则使主阀3内产生液压差，并使主阀阀芯4由左至右移动，主阀阀芯4的右端可以通过滚珠丝杠副与机械反馈结构相连，以使机械反馈结构将主阀3阀芯的移动转换为转动，并且机械反馈结构还与先导阀阀芯2螺纹相连，以使机械反馈结构将转动转换为先导阀1阀芯的移动，此时，先导阀阀芯2则由右至左移动。

需要说明的是，驱动装置7包括驱动件71，驱动件71包括输出部711，该驱动件71可以为电机，输出部711为电机的输出轴，则输出部711与先导阀阀芯2可以通过连通器相连，即联轴器8的一端与输出部711相连，联轴器8的另一端与先导阀阀芯2通过花键副相连，以避免先导阀1阀芯在转动时与联轴器8发生干涉。

在一些实施例中，在S2中，利用电机驱动先导阀阀芯2移动，并通过主阀3驱动液压缸5的活塞杆51移动，其中，电机的输出轴转动的圈数与液压缸5的活塞杆51的位移量对应。

可以理解的是，先导阀阀芯2的一端可以通过联轴器8与电机的输出轴相连，先导阀阀芯2的另一端与机械反馈装置6螺纹连接，其中先导阀阀芯2的一端与联轴器8通过花键副相连，以使先导阀阀芯2能够沿其轴向移动。

需要说明的是，电机的输出轴转动的圈数与液压缸5的活塞杆51的位移量对应，即电机的输出轴每转一圈，能够驱动液压缸5的活塞杆51的位移量是一定的，由此，利用检测件9检测实际位移值，并利用控制器对实际位移值与预设位移值进行计算比较，得出差值后，再将该差值转换为电机的输出轴转动的圈数，以此来驱动电机转动，进而使液压缸5的活塞杆51精确度更高。

在一些实施例中，在S3中，利用位移传感器检测液压缸5的活塞杆51的实际位移值。可以理解的是，该位移传感器可以为直线位移传感器，也可以为其他具有检测位移功能的传感器，例如拉绳位移传感器等。

下面根据附图描述本发明实施例的数字液压缸5系统。

如图2和图3所示，本发明实施例的数字液压缸5系统包括先导阀1、主阀3和液压缸5，先导阀1的阀腔与主阀3的阀腔相连，且先导阀1用于驱动主阀阀芯4移动，主阀3与液压缸5相连，主阀阀芯4移动可驱动液压缸5的活塞杆51移动。

具体地，如图2所示，先导阀1具有第一阀腔11，第一阀腔11沿左右方向延伸，第一阀腔11包括沿左右方向依次布置第一低压腔111、第一腔112、第一高压腔113、第二腔114和第二低压腔115，先导阀阀芯2包括沿先导阀阀芯2的轴向间隔布置的第一凸起21、第二凸起22和第三凸起23，先导阀阀芯2在初始位置时，第一凸起21阻断第一低压腔111和第一腔112，第二凸起22阻断第一腔112与第一高压腔113以及阻断第二腔114与第一高压腔113，第三凸起23阻断第二腔114与第二低压腔115。

主阀3具有第二阀腔31，第二阀腔31沿左右方向延伸，第二阀腔31包括沿左右方向依次布置的第三腔311、第三低压腔312、第二高压腔313、第四低压腔314和第四腔315，主阀阀芯4包括沿主阀阀芯4轴向间隔布置的第四凸起41、第五凸起42、第六凸起43和第七凸起44，主阀阀芯4在初始位置时，第四凸起41阻断第三腔311和第三低压腔312，第五凸起42阻断第三低压腔312和第二高压腔313，第六凸起43阻断第二高压腔313和第四低压腔314，第七凸起44阻断第四低压腔314和第四腔315。其中，第三腔311与第一腔112连通，第四腔315与第二腔114连通。

此外，主阀3还包括高压油口316、低压油口317、第一进出油口318和第二进出油口319，第一低压腔111、第二低压腔115、第三低压腔312和第四低压腔314均与低压油口317连通，以便低压液体能够通过低压油口317分别流入第一低压腔111、第二低压腔115、第三低压腔312和第四低压腔314内，第一高压腔113和第二高压腔313均与高压油口316连通，以便高压液体能够通过高压油口316分别流入第一高压腔113和第二高压腔313内。第一进出油口318和第二进出油口319与液压缸5相连，以便第一进出油口318和第二进出油口319流出不同压力的液体时，驱动液压缸5的活塞杆51沿左右方向移动。

需要说明的是，高压液体的压力大于16Mpa，低压液体的压力小于8Mpa。

可以理解的是，如图3所示，先导阀阀芯2由左至右移动，则第一腔112与第一高压腔113连通，第二腔114与第二低压腔115连通，第一高压腔113中的高压液体通过第一腔112流入第三腔311内，第二低压腔115中的低压液体通过第二腔114流入到第四腔315内，由于液体压力不同，且作用在第四凸起41上的液压大于作用在第七凸起44上的压力，因此，主阀阀芯4则由左至右移动，则第三低压腔312与第一进出油口318连通，第二高压腔313与第二进出油口319连通，第三低压腔312中的低压液体能够通过第一进出油口318排出，第二高压腔313中的高压液体能够通过第二进出油口319排出，从而使液压缸5的活塞杆51由右向左移动。

本发明实施例的数字液压缸5系统还包括机械反馈装置6、驱动装置7和检测件9，驱动装置7包括控制件和驱动件71，驱动件71包括输出部711，输出部711与先导阀阀芯2相连且用于驱动先导阀阀芯2移动，机械反馈装置6连接先导阀阀芯2和主阀阀芯4，机械反馈装置6用于将主阀阀芯4沿第一方向的位移转化为先导阀阀芯2沿第二方向的位移，其中第一方向与第二方向相反。

具体地，如图2所示，机械反馈装置6包括第一连接件61和第二连接件62，第一连接件61包括第一连接部611和第一配合部612，第二连接件62包括第二连接部621和第二配合部622，第一连接部611与主阀阀芯4相连，第二连接部621与先导阀阀芯2相连，第一配合部612与第二配合部622相连，使主阀阀芯4移动带动第一配合部612和第二配合部622转动，以带动先导阀阀芯2移动，先导阀阀芯2的第二端(即先导阀1阀芯的右端)与第二连接部621通过螺纹相连，主阀阀芯4(即主阀3阀芯的右端)与第一连接部611通过滚珠丝杠副相连。

当然，主阀阀芯4与第一连接部611还可以通过非自锁螺纹结构相连，或者其他能够实现将主阀阀芯4的移动转换为第二连接部621转动的机构。

可选地，第一配合部612和第二配合部622均为链轮，第一配合部612和第二配合部622通过链条相连。需要说明的是，链轮的规格需要根据先导阀阀芯2以及主阀阀芯4的进给量配置，也就是说，主阀3阀芯的移动转换为第一配合部612和第二配合部622的转动后，再将转动转换为先导阀1阀芯的移动，则需要保证先导阀1阀芯的位移量与主阀3阀芯的位移量相等。

同理，可选地，第一配合部612和第二配合部622均为齿轮，第一配合部612与第二配合部622相互啮合。

如图2所示，检测件9与控制件(图中未示出)相连且用于检测液压缸5的活塞杆51的位移量，控制件包括控制器，控制器用于接收和处理检测件9检测的液压缸5的活塞杆51的位移量，以便控制驱动件71的启动或停止。

可选地，检测件9为位移传感器。当然，位移传感器可以为直线位移传感器，也可以为其他具有检测位移功能的传感器，例如，拉绳直线位移传感器等。

在一些实施例中，本发明实施例的数字液压缸5系统还包括联轴器8，联轴器8的第一端与输出部711相连，联轴器8的第二端与先导阀阀芯2的第一端通过花键副相连。

具体地，如图2所示，驱动装置7包括驱动件71，驱动件71包括输出部711，该驱动件71可以为电机，输出部711为电机的输出轴，则输出部711与先导阀阀芯2的左端可以通过连通器相连，即联轴器8的左端与输出部711相连，联轴器8的右端与先导阀阀芯2的左端通过花键副相连，以避免先导阀1阀芯在转动时与联轴器8发生干涉。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。