大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法，其包括为其配置的伺服油缸、液压油源、位移传感器、伺服阀、上层控制器和上层软件；当其需要高速驱动时，上层软件通过上层控制器发出伺服阀的通道完全打开的信号，伺服阀接到信号后在20ms内实现设定通道的完全打开以使伺服油缸以最大速度运动，伺服油缸在运动过程中上层控制器实时采集位移传感器的反馈的伺服油缸位移量，当检测到安装在伺服油缸上的大载荷快速插入机构接近目标值后，通过PID算法逐渐调整伺服阀的流量以调整伺服油缸的运动速度，使大载荷快速插入机构运动至指定位置时，伺服油缸的运动速度为零。本发明使快速插入机构稳定在指定位置，保证快速插入机构的高速定位。
【专利说明】大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于设备驱动及控制领域，特别是涉及一种用于高超声速风洞中大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法，
【背景技术】
[0002]国内高超声速风洞采用气液联动缸实现快速插入机构的驱动，该气液联动装置的定位控制仅依靠液压比例阀控制，该方法能够满足驱动力大、驱动速度高的要求，但由于不能在快速插入机构运动过程中实时监控行程和速度，导致定位精度低、重复性差。
[0003]国外高超声速风洞快速插入机构选用的是2个气动缸并联使用的驱动方案，2个气动缸并联使用可解决气动缸使用载荷小的问题(一般气动缸载荷小于200公斤)，但2个油缸并联使用存在同步性很难保证的问题，如果同步性不能保证则会存在2个气缸互相牵制导而致速度降低；而且由于气体的可压缩性及同步性问题，导致快速插入机构的定位精度较低。
[0004]此外，有些无人机发射台也采用普通低速油缸与滑轮组合的方式实现高速运动，但此方法仅适用于对定位要求不高的弹射装置，不满足快速插入机构的定位精度要求。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法，其包括:为大载荷快速插入机构配置用于驱动所述大载荷快速插入机构的伺服油缸、用于提供所述伺服油缸工作的驱动力的液压油源、用于实时反馈所述伺服油缸位移量的位移传感器、用于改变所述伺服油缸运动速度的伺服阀、用于实时采集所述伺服油缸位移量和控制所述伺服阀流量的上层控制器以及上层软件，所述上层软件具有根据所述上层控制器采集到的所述伺服油缸位移量实时调节所述伺服阀流量以控制所述伺服油缸运动速度的PID算法；当所述大载荷快速插入机构需要快速运动时，所述上层软件通过所述上层控制器发出所述伺服阀的通道完全打开的信号，所述伺服阀接到所述信号后，在20ms内实现设定通道的完全打开，以使所述伺服油缸以最大速度运动，所述伺服油缸在运动过程中，所述上层控制器实时采集所述位移传感器的反馈的所述伺服油缸位移量，当检测到安装在所述伺服油缸上的大载荷快速插入机构接近目标值后，通过PID算法逐渐调整所述伺服阀的流量以调整所述伺服油缸的运动速度，使得所述大载荷快速插入机构运动至指定位置时，所述伺服油缸的运动速度为零。
[0006]在如上所述的大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法中，优选，为大载荷快速插入机构还配置:用于保证所述伺服油缸运动停止时不产生波动的单向阀以及用于控制所述单向阀导通的电磁换向阀；所述单向阀及所述电磁换向阀在所述伺服油缸运动过程中处于导通和单向导通状态，当所述伺服油缸运动至指定位置时，通过电控信号使得所述单向阀和所述电磁换向阀立即处于关闭状态，使得所述伺服油缸进出油路均封闭，从而实现伺服油缸无法动作。
[0007]在如上所述的大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法中，优选，所述伺服油缸的最大运动速度为10m/s。
[0008]本发明实施例带来的有益效果如下:
[0009]驱动力大-伺服油缸驱动力大，解决快速插入机构载荷大、难以驱动的问题；可通过选择不同规格型号的油缸实现上百公斤直至上千公斤重的设备的驱动。
[0010]运动速度高-高速伺服油缸配置满足流量需求的伺服阀，可实现最高lOm/s的油缸运动速度，满足快速插入机构速度要求高的指标。
[0011]定位精度高-通过安装位移传感器使得上层控制系统可实时实现快速插入机构运动位置的实时监测，结合PID算法控制伺服阀的流量，使得油缸的速度可实时调节，确保快速插入机构精确稳定在指定位置。
[0012]占地空间小-仅有一根油缸需要与快速插入机构一起进入试验段内，其他设备均可放置在试验段为进行工作，使得该系统在试验段内占地空间小，方便结构设计。
[0013]适用性广-国内外首次实现将高速油缸驱动与PID闭环控制的算法结合，实现高超声速风洞中大载荷快速插入机构的高速运动及准确定位，该方法同样适用于多种对速度及定位精度有较高要求的运动设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例提供的一种为大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法配置的伺服油缸、液压油源、伺服阀、单向阀和电磁换向阀的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0016]本发明实施例提供了一种大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法，参见图1，为大载荷快速插入机构配置液压驱动系统，该液压驱动系统包括:伺服油缸7、液压油源1、位移传感器、伺服阀4、上层控制器和上层软件。伺服油缸7用于驱动大载荷快速插入机构，液压油源I用于提供伺服油缸工作的驱动力，实际中，液压油源优选为油箱，其内的油通过由电机3驱动的油泵2来提供伺服油缸工作的驱动力，位移传感器置于伺服油缸内(伺服油缸内置位移传感器)用于实时反馈伺服油缸位移量，伺服阀4用于改变伺服油缸运动速度，上层控制器用于实时采集伺服油缸位移量和控制伺服阀流量，上层软件具有根据上层控制器采集到的伺服油缸位移量实时调节伺服阀流量以控制伺服油缸运动速度的PID算法，实际中，通过调节伺服阀4开口的大小，即开度，可实现伺服阀流量的改变进而该表伺服油缸运动速度。
[0017]当大载荷快速插入机构需要高速驱动时，上层软件通过上层控制器发出伺服阀的通道完全打开的信号，伺服阀接到信号后，在20ms内实现设定通道的完全打开，以使伺服油缸以最大速度运动，伺服油缸的最大运动速度优选为10m/s，伺服油缸在运动过程中，上层控制器实时采集位移传感器的反馈的伺服油缸位移量，当检测到安装在伺服油缸上的大载荷快速插入机构接近目标值后，通过PID算法逐渐调整伺服阀的流量(开度)以调整伺服油缸的运动速度，使得大载荷快速插入机构运动至指定位置时，伺服油缸的运动速度为零。
[0018]为了保证在整个试验过程中，大载荷快速插入机构始终稳定在指定位置(或指定位置)，为大载荷快速插入机构配置的液压驱动系统还包括:单向阀5和电磁换向阀6。单向阀用于保证伺服油缸7运动停止时不产生波动，电磁换向阀用于控制单向阀5导通。
[0019]单向阀及电磁换向阀在伺服油缸运动过程中处于导通和单向导通状态，通过伺服阀的控制实现油缸运动速度的调节和定位，当伺服油缸运动到位即运动部件，例如大载荷快速插入机构，定位精度满足要求时或运动至指定位置时，可通过电控信号使得单向阀和电磁换向阀立即处于关闭状态，使得伺服油缸进出油路均封闭，此时伺服油缸无法动作。如此，伺服油缸驱动的运动部件受到外力时伺服油缸也无法运动。上层控制信号由上层软件通过上层控制器发出。
[0020]综上所述，本发明实施例的有益效果如下:
[0021]驱动力大-伺服油缸驱动力大，解决快速插入机构载荷大、难以驱动的问题；可通过选择不同规格型号的油缸实现上百公斤直至上千公斤重的设备的驱动。
[0022]运动速度高-高速伺服油缸配置满足流量需求的伺服阀，可实现最高lOm/s的油缸运动速度，满足快速插入机构速度要求高的指标。
[0023]定位精度高-通过安装位移传感器使得上层控制系统可实时实现快速插入机构运动位置的实时监测，结合PID算法控制伺服阀的流量，使得油缸的速度可实时调节，确保快速插入机构精确稳定在指定位置以保证大载荷快速插入机构的精确定位。
[0024]占地空间小-仅有一根油缸需要与快速插入机构一起进入试验段内，其他设备均可放置在试验段为进行工作，使得该系统在试验段内占地空间小，方便结构设计。
[0025]适用性广-国内外首次实现将高速油缸驱动与PID闭环控制的算法结合，实现高插声速风洞中快速插入机构的高速运动及准确定位，该方法同样适用于多种对速度及定位精度有较高要求的运动设备。
[0026]本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
【权利要求】
1.一种大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法，其特征在于，所述大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法包括: 为大载荷快速插入机构配置用于驱动所述大载荷快速插入机构的伺服油缸、用于提供所述伺服油缸工作的驱动力的液压油源、用于实时反馈所述伺服油缸位移量的位移传感器、用于改变所述伺服油缸运动速度的伺服阀、用于实时采集所述伺服油缸位移量和控制所述伺服阀流量的上层控制器以及上层软件，所述上层软件具有根据所述上层控制器采集到的所述伺服油缸位移量实时调节所述伺服阀流量以控制所述伺服油缸运动速度的PID算法; 当所述大载荷快速插入机构需要高速驱动时，所述上层软件通过所述上层控制器发出所述伺服阀的通道完全打开的信号，所述伺服阀接到所述信号后，在20ms内实现设定通道的完全打开，以使所述伺服油缸以最大速度运动，所述伺服油缸在运动过程中，所述上层控制器实时采集所述位移传感器的反馈的所述伺服油缸位移量，当检测到安装在所述伺服油缸上的大载荷快速插入机构接近目标值后，通过PID算法逐渐调整所述伺服阀的流量以调整所述伺服油缸的运动速度，使得所述大载荷快速插入机构运动至指定位置时，所述伺服油缸的运动速度为零。
2.根据权利要求1所述的大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法，其特征在于，为大载荷快速插入机构还配置:用于保证所述伺服油缸运动停止时不产生波动的单向阀以及用于控制所述单向阀导通的电磁换向阀； 所述单向阀及所述电磁换向阀在所述伺服油缸运动过程中处于导通和单向导通状态，当所述伺服油缸运动至指定位置时，通过电控信号使得所述单向阀和所述电磁换向阀立即处于关闭状态，使得所述伺服油缸进出油路均封闭，从而实现伺服油缸无法动作。
3.根据权利要求1所述的大载荷快速插入机构高速驱动及定位方法，其特征在于，所述伺服油缸的最大运动速度为10m/s。
【文档编号】F15B11/04GK104454697SQ201410555582
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】李玉秋, 陈良泽, 崔旭, 张淑菊, 赵小运 申请人:北京航天益森风洞工程技术有限公司