一种比例阀的控制方法、装置、液压系统及存储介质

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，具体而言，涉及一种比例阀的控制方法、装置、液压系统及存储介质。

背景技术

在液压系统中，由于负载变化或泵源压力变化会引起液压系统输出流量不稳定的情况，影响生产作业效率，因此，对于液压系统中输出流量的调节至关重要。

目前，常采用引入负载敏感控制系统对液压系统的输出流量进行调节，即在载荷需要的工作压力下，通过使用负载敏感泵、负载敏感多路阀或引入比例阀串、并联定差阀等方式，通过调节负载敏感泵或电控泵的输出压差，使得比例阀的压差可控，以实现输出流量稳定的目的。但增加过多的调节装置导致液压系统结构过于复杂，不仅增加液压系统的构建成本，也增加了液压系统的维修成本，导致生产成本增加，且在冶金行业中，广泛使用的液压系统为恒压泵系统，即使用恒压泵作为动力元件，其输出的压力是不可调的，如果此时比例阀前后压差发生改变，使用现有方法无法对液压系统进行调节，同时，不同液压系统中使用的比例阀不同，在进行液压系统构建前需针对不同的比例阀和液压系统结构制定不同的元件布置方案，费时费力。

发明内容

本发明解决的问题是如何实现智能化、低成本和泛用性高的液压系统中比例阀输出流量的控制。

为解决上述问题，本发明提供一种比例阀的控制方法、装置、液压系统及存储介质。

第一方面，本发明提供的一种比例阀的控制方法，应用于液压系统，所述液压系统包括比例阀和压力传感器，所述压力传感器分别设置在所述比例阀的进油口和出油口，所述比例阀的控制方法包括：

根据所述比例阀的流量特性得到所述比例阀的流量特性曲线函数；

根据所述流量特性曲线函数得到流量调节算法；

利用所述压力传感器分别获取所述出油口和所述进油口的压力，根据所述压力得到所述比例阀的压差；

根据所述压差，利用所述流量调节算法得到调整信号，以使所述比例阀根据所述调整信号进行调节。

可选地，所述根据所述流量特性曲线函数得到流量调节算法包括：

获取标准泵源压力和标准负载压力；

根据所述标准泵源压力和所述标准负载压力得到标准压差；

根据所述标准压差和所述流量特性曲线函数得到标准流量函数；

根据所述标准流量函数得到所述流量调节算法，所述流量调节算法利用第一公式进行表示，所述第一公式表示为：

其中，I

可选地，所述根据所述比例阀的流量特性得到所述比例阀的流量特性曲线函数包括：

对所述比例阀施加多个不同的样本初始信号和样本压差，获取与多个所述样本初始信号和所述样本压差对应的样本输出流量；

根据所述样本初始信号、所述样本压差和所述样本输出流量拟合获得所述流量特性曲线函数。

可选地，所述出油口包括分别与所述压力传感器连接的第一出油口和第二出油口，所述根据所述压力得到所述比例阀的压差包括：

当使用所述第一出油口出油时，所述压差为所述进油口与所述第一出油口之间的压差；

当使用所述第二出油口出油时，所述压差为所述进油口与所述第二出油口之间的压差。

第二方面，本发明还提供了一种比例阀的控制装置，应用于液压系统，所述液压系统包括比例阀和压力传感器，所述压力传感器分别设置在所述比例阀的进油口和出油口，所述比例阀的控制装置包括：

函数计算模块，用于根据所述比例阀的流量特性得到所述比例阀的流量特性曲线函数；

算法计算模块，用于根据所述流量特性曲线函数得到流量调节算法；

获取模块，用于利用所述压力传感器分别获取所述出油口和所述进油口的压力，根据所述压力得到所述比例阀的压差；

调节模块，用于所述根据所述压差，利用所述流量调节算法得到调整信号，以使所述比例阀根据所述调整信号进行调节。

第三方面，本发明还提供了一种液压系统，包括处理器和存储器；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上述所述的比例阀的控制方法。

可选地，所述液压系统还包括：比例阀、三个压力传感器和控制器；

所述比例阀包括第一出油口、第二出油口和进油口，三个所述压力传感器分别设置在所述进油口、所述第一出油口和所述第二出油口，所述控制器分别与所述比例阀和三个所述压力传感器电连接。

可选地，所述液压系统还包括液压缸和负载；

所述液压缸包括塞侧进油口和杆侧进油口，所述塞侧进油口通过所述第一出油口与所述比例阀连接，所述杆侧进油口通过所述第二出油口与所述比例阀连接，所述液压缸与所述负载连接。

可选地，所述液压系统还包括油箱、溢流阀、恒压泵和电动机；

所述恒压泵与所述电动机连接，且所述恒压泵的进油口与所述油箱连接，所述恒压泵的出油口与所述溢流阀的进油口和所述比例阀的进油口连接，所述溢流阀的出油口与所述油箱连接。

第四方面，本发明又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现上述所述的比例阀的控制方法。

本发明的有益效果为：

根据所述比例阀的流量特性得到所述比例阀的流量特性曲线函数，可以有效针对不同品类的比例阀计算流量调节算法，避免实际的液压系统构建或使用时，采用不同品类的比例阀导致调整信号计算误差较大的问题，实现液压系统的针对性计算，提高比例阀输出流量调节的精确度。利用多个压力传感器获取压力，并计算压差，可实时了解液压系统中的比例阀周围的压力状况，可避免由于压力变化导致流量异常影响生产效率，有效提高了生产成本。根据得到的压差和流量调节算法得到调整信号，并将调整信号直接作用于比例阀，以使比例阀根据调整信号进行调节，稳定输出流量，可有效减少因为增加过多的调节装置(如负载敏感泵等)或生产前针对液压系统进行结构设计导致的高成本，增加流量调整的准确性的同时，避免液压系统使用恒压泵时无法进行调节造成的液压系统流量变化，使得本实施例比例阀的控制方法可应用于各类型液压系统中，在保证计算准确率的同时，增加了泛用性。同时采用本发明的比例阀控制方法，仅需在液压系统比例阀的进出油口设置压力传感器，获取比例阀运行前后的压差并计算调整信号，将调整信号直接作用于比例阀上，以实现液压系统流量调节，实现智能化、高精度的比例阀流量调节的同时，不需要增加过多的调整结构，有效降低了液压系统的构建成本、维修成本等，增加了生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例的比例阀的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的液压系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的比例阀的控制装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-油箱；2-溢流阀；3-恒压泵；4-电动机；5-进油口压力传感器；6-比例阀；7-第一压力传感器；8-第二压力传感器；9-液压缸；10-负载；11-控制器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本申请实施例的描述中，术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或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一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种比例阀的控制方法，应用于液压系统，所述液压系统包括比例阀和压力传感器，所述压力传感器分别设置在所述比例阀的进油口和出油口，所述比例阀的控制方法包括：

步骤S1、根据所述比例阀的流量特性得到所述比例阀的流量特性曲线函数；

步骤S2、根据所述流量特性曲线函数得到流量调节算法；

步骤S3、利用所述压力传感器分别获取所述出油口和所述进油口的压力，根据所述压力得到所述比例阀的压差；

步骤S4、根据所述压差，利用所述流量调节算法得到调整信号，以使所述比例阀根据所述调整信号进行调节。

具体地，本发明实施例中，将比例阀的控制方法应用于如图2所示的液压系统，其中液压系统动力元件为恒压泵。该液压系统包括具有A、B两个出油口和一个进油口P和一个回油口T的比例阀、三个压力传感器和控制器，三个压力传感器分别设置在比例阀的进油口和两个出油口处，用于获取液压系统运行时比例阀的前后压差；控制器通过电缆与各压力传感器和比例阀电连接，或通过例如WIFI、蓝牙等技术与各压力传感器和比例阀通信连接，用于根据压力传感器发送的压力计算调整信号，并发送至比例阀，比例阀根据调整信号进行调节，以稳定液压系统的输出流量。另外地，一个控制器可与多个液压系统连接，对液压系统中的比例阀输出流量进行调节，以降低生产成本，增加生产效率。

步骤S1和S2中，根据比例阀的流量特性拟合获得比例阀的流量特性曲线函数，其中比例阀的流量特性为比例阀样本给出并直接输入控制器中，或可通过构建流量特性试验系统在控制器中进行实验拟合得到。本实施例中以工程中常用的具有等比流量特性的比例阀为例，其流量特性为：

A＝IK

其中，Q为比例阀的输出流量，C

将公式(2)代入公式(1)可得：

即流量特性曲线函数Q＝f(I,ΔP)。

而后根据获得的流量特性曲线函数，获取标准的标准信号和对应的标准压差，以获取标准流量函数，并通过设置预定压差计算该液压系统中的流量调节算法，以计算调整信号。由于实际的液压系统构建及使用时，采用的比例阀各不相同，所以各液压系统得到的流量特性曲线函数和流量调节算法各不相同，需针对各比例阀进行计算，以增加流量调整的准确性。另外地，控制器具有存储功能，若检测到液压系统中的比例阀品类为计算过流量特性曲线函数和流量调节算法的比例阀品类，则可直接调用历史计算的流量调节算法，对液压系统进行调整，可有效减少液压系统流量调节的计算时间，降低生产成本。步骤S3中，设置在三通比例阀出油口及进油口的压力传感器实时获取油液的压力，并发送至控制器，控制器根据获取的压力计算比例阀的压差，即进油口压力减去出油口压力。步骤S4中，调用步骤S2得到的流量调节算法，将步骤S3得到的压差输入流量调节算法，即可得到调整信号。将调整信号直接发送至比例阀，使比例阀根据调整信号进行调节，调节后的输出流量稳定，不受比例阀进、出油口的压差影响。

另外地，本实施例提供的比例阀的控制方法，可应用于所有以流量为输出控制的比例阀。本实施例仅以等比流量特性的比例阀为例进行说明，包含但不限于等比流量特性的比例阀，也包含其他流量特性的比例阀。本实施例仅以比例阀控制信号以电流为输入的比例阀为例进行说明，包含但不限于输入的控制信号为电流的比例阀应用，也包含如以电压、数字信号等为输入形式的比例阀。

本实施例中，根据所述比例阀的流量特性得到所述比例阀的流量特性曲线函数，可以有效针对不同品类的比例阀计算流量调节算法，避免实际的液压系统构建或使用时，采用不同品类的比例阀导致调整信号计算误差较大的问题，实现液压系统的针对性计算，提高比例阀输出流量调节的精确度。利用多个压力传感器获取压力，并计算压差，可实时了解液压系统中的比例阀周围的压力状况，可避免由于压力变化导致流量异常影响生产效率，有效提高了生产成本。根据得到的压差和流量调节算法得到调整信号，并将调整信号直接作用于比例阀，以使比例阀根据调整信号进行调节，稳定输出流量，可有效减少因为增加过多的调节装置(如负载敏感泵等)或生产前针对液压系统进行结构设计导致的高成本，增加流量调整的准确性的同时，避免液压系统使用恒压泵时无法进行调节造成的液压系统流量变化，使得本实施例比例阀的控制方法可应用于各类型液压系统中，在保证计算准确率的同时，增加了泛用性。同时采用本发明的比例阀控制方法，仅需在液压系统比例阀的进出油口设置压力传感器，获取比例阀运行前后的压差并计算调整信号，将调整信号直接作用于比例阀上，以实现液压系统流量调节，实现智能化、高精度的比例阀流量调节的同时，不需要增加过多的调整结构，有效降低了液压系统的构建成本、维修成本等，增加了生产效率。

进一步地，所述根据所述流量特性曲线函数得到流量调节算法包括：

获取标准泵源压力和标准负载压力；

根据所述标准泵源压力和所述标准负载压力得到标准压差；

根据所述标准压差和所述流量特性曲线函数得到标准流量函数；

根据所述标准流量函数得到所述流量调节算法。

具体地，液压系统运行时，将标准状态下的标准信号作用于比例阀上，其中标准状态为液压系统压力恒定(泵源压力不变)下的运行状态，此时的控制信号为标准信号，可通过液压系统运行前的速度设计得到。标准信号为I

由流量特性曲线函数可知，当泵源系统输出压力改变，或负载发生变化时，比例阀进出口压差ΔP也随之发生变化。从公式(4)中可以看出，在输入的控制信号I＝I

此时，可保证比例阀输出流量Q恒定。

但在实际液压系统运行时，由于泵源或负载的运行不稳定，产生的压差不常为标准压差，存在一定变化，因此，需计算与实际压差对应的调整信号I

由公式(6)推导得到第一公式，表示流量调节算法：

在后续计算时，将液压系统实际运行时得到的压差值代入预定压差ΔP，以计算调整流量。

另外地，本实施例仅以具有等比流量压力特性的比例阀进行说明，其控制算法推倒方式同样适用于具有其他压力流量特性的比例阀。

本实施例中，通过获得标准运行状态下的标准泵源压力和标准负载压力，计算得到标准压差，进而得到标准流量函数，并根据标准流量函数得到对应的流量调节算法，增加了流量调节算法计算准确度，进而提升比例阀智能化控制的精确度，提升生产效率。

进一步地，所述获得流量特性曲线函数还包括：

对所述比例阀施加多个不同的样本初始信号和样本压差，获取多个所述样本初始信号和所述样本压差对应的样本输出流量；

根据所述样本初始信号、所述样本压差和所述样本输出流量拟合获得所述流量特性曲线函数。

具体地，若不能直接获取样本比例阀的流量特性时，则可在预设的试验系统中输入不同的样本初始信号，再通过系统中设置的例如流量传感器和压力传感器等，获取不同样本压差和样本初始流量下的比例阀的样本输出流量，对不同的样本初始信号、样本压差和样本输出流量进行统计，确定样本初始信号、样本压差和样本输出流量三者间的变化关系，得到流量特性曲线函数。

本实施例中，通过不同的样本初始信号和样本压差，获得对应的样本压差和样本输出流量，拟合获得流量特性曲线函数，使得不能获取样本比例阀流量特性时也可正常拟合获得流量特性曲线函数，保证液压系统的正常运行及调整，同时使用大量实际运行数据进行拟合，可有效增加流量特性曲线函数的精确性。

进一步地，所述出油口包括分别与所述压力传感器连接的第一出油口和第二出油口，所述根据所述压力得到所述比例阀的压差包括：

当使用所述第一出油口出油时，所述压差为所述进油口与所述第一出油口之间的压差；

当使用所述第二出油口出油时，所述压差为所述进油口与所述第二出油口之间的压差。

具体地，本实施例中使用具有两个出油口一个回油口和一个进油口的比例阀，两个出油口分别为第一出油口和第二出油口(对应图2中的出油口A和出油口B)，与执行元件连接，例如第一出油口与液压缸塞侧进油口连接、第二出油口与液压缸杆侧进油口连接。第一出油口和第二出油口处分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器，当液压系统运行，使用第一出油口出油时，第一压力传感器获取第一出油口压力P

本实施例中，利用压力传感器实时获取比例阀进出有口的压力，并根据出油口计算比例阀前后压差，避免液压系统因为压力变化导致输出流量不稳定，影响生产进度，同时也便于后续调整信号的计算。

本发明实施例还提供了一种比例阀的控制装置，如图3所示，应用于液压系统，所述液压系统包括比例阀和压力传感器，所述压力传感器分别设置在所述比例阀的进油口和出油口，所述比例阀的控制装置包括：

函数计算模块，用于根据所述比例阀的流量特性得到所述比例阀的流量特性曲线函数；

算法计算模块，用于根据所述流量特性曲线函数得到流量调节算法；

获取模块，用于利用所述压力传感器分别获取所述出油口和所述进油口的压力，根据所述压力得到所述比例阀的压差；

调节模块，用于所述根据所述压差，利用所述流量调节算法得到调整信号，以使所述比例阀根据所述调整信号进行调节。

本发明所述的比例阀的控制装置与所述比例阀的控制方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。

本发明还提供了一种液压系统，包括处理器和存储器；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上述的比例阀的控制方法。

进一步地，所述液压系统还包括：比例阀6、三个压力传感器和控制器11；

所述比例阀6包括第一出油口、第二出油口和进油口，三个所述压力传感器分别设置在所述比例阀6的所述进油口、所述第一出油口和所述第二出油口，用于获取所述比例阀6的压力；

所述控制器11分别与所述比例阀6和三个所述压力传感器电连接。

具体地，如图2所示，本实施例液压系统中比例阀6为三通比例阀，即具有两个出油口和一个进油口：出油口A、出油口B和进油口P。对应的，包括三个压力传感器，即设置在出油口A的第一压力传感器7、设置在出油口B的第二压力传感器8和设置在进油口P的进油口压力传感器5，以在液压系统运行时，实时获取比例阀6各口的压力。控制器11通过电缆与各压力传感器和比例阀6电连接，或可通过例如WIFI、蓝牙与各压力传感器和比例阀6通信连接，用于当液压系统运行时，根据流量特性曲线函数得到流量调节算法，同时获取压力传感器发送的压力并计算比例阀6的前后压差，利用压差和流量调节算法计算调整信号后发送至比例阀6，以使比例阀6根据调整信号对输出流量进行调节，稳定液压系统内流量。另外地，一个控制器可同时与多个液压系统比例阀6连接，比例阀6可为同品类(流量特性等相同)，也可为不同品类(流量特性等不同)，可实时进行多液压系统的比例阀6输出流量的计算与控制，以减小生产成本。

本实施例中，在比例阀6各出油口和进油口设置对应的压力传感器，并设置控制器11与比例阀6和各压力传感器电连接，在液压系统运行时，仅通过压力传感器将比例阀6各油口的压力发送至控制器11，即可通过控制器11得到调整信号，比例阀6根据调整信号进行调节，以稳定液压系统的输出流量。仅通过在液压系统中添加压力传感器和控制器11的方法实现流量稳定，避免添加过多结构导致液压系统过于复杂，降低生产成本的同时也降低了维修成本。比例阀6直接与控制器11连接并接收控制器11发送的控制信号，防止液压系统中使用恒压泵3，即不能对动力元件进行调节时也可通过直接对比例阀6进行控制实现流量调节，增加泛用性。

进一步地，所述液压系统还包括液压缸9和负载10；

所述液压缸9包括塞侧进油口和杆侧进油口，所述塞侧进油口通过所述第一出油口与所述比例阀连接，所述杆侧进油口通过所述第二出油口与所述比例阀连接，所述液压缸9与所述负载10连接。

具体地，如图2所示，本实施例的液压系统还包括执行元件，即液压缸9和负载10，用于将液压系统产生的液压能转换为机械能。液压缸9的进油口包括塞侧进油口和杆侧进油口，其中塞侧进油口与比例阀6的第一出油口(即出油口A)连接，杆侧进油口与比例阀6的第二出油口(即出油口B)连接，液压缸9的活塞杆与负载10连接。在液压系统运行时，若此时比例阀6利用第一出油口出油，则液压缸塞侧进油口进油，将液压能转化为机械能；若此时比例阀6利用第二出油口出油，则液压缸杆侧进油口进油，将液压能转化为机械能。另外地，本实施例的执行元件不限于液压缸，其他执行结构同样适用。

本实施例中，设置液压缸9和负载10，并与比例阀6连接，可利用比例阀6稳定的输出流量将液压能转化为机械能，进行稳定的生产。

进一步地，所述液压系统还包括油箱1、溢流阀2、恒压泵3和电动机4；

所述恒压泵3与所述电动机4连接，所述恒压泵3的进油口与所述油箱1连接，所述恒压泵3的出油口与所述溢流阀2的进油口和所述比例阀6的进油口连接，所述溢流阀2的出油口与所述油箱1连接。

具体地，如图2所示，本实施例液压系统还包括油箱1、溢流阀2、恒压泵3和电动机4。恒压泵3的进油口与油箱1连接，为液压系统提供运行动力及油源，恒压泵3的出油口与比例阀6的进油口连接，为比例阀6的运行提供油源，还与溢流阀2的进油口连接，溢流阀2的出油口与油箱1连接多余的油液从溢流阀3转输回油箱1，防止液压系统中油液压力过大发生事故。恒压泵3与还电动机4连接，为恒压泵3运行提供动力。另外地，本实施例的动力元件不限于恒压泵3，其他动力元件例如恒压马达等也同样适用。

本实施例中，通过设置油箱1、恒压泵3和电动机4组成动力元件，为液压系统提供油源和运行动力，通过设置溢流阀2，防止液压系统中油液压力过大，保证液压系统的正常运行。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上述所述的比例阀的控制方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质与上述所述的比例阀的控制方法的有益效果相似，在此不再赘述。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。