一种液压力装置的任意卸压曲线压力控制方法与流程

文档序号：12999657阅读：266来源：国知局

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种液压力装置的任意卸压曲线压力控制方法，属于机械设备控制技术领域。

背景技术：

液压力驱动系统广泛应用于材料成型与试验、高压环境模拟等领域，相比于电力驱动、爆炸力驱动、气动力驱动等方法，液压力驱动具有驱动力量值大、力驱动过程柔顺性好、易控制、稳定性好等优点。材料成形工艺研究中，材料均匀度、刚度、强度、密度等材料力学性能参数与成形压力有较大关系，压制过程压力控制曲线呈现高次性、多段型等特点；材料力学性能研究中，获知不同材料特性参数与压制压力的数学关系，对研究材料的性能评估至关重要；在材料的批量生产中，压制压力控制性能直接影响材料的性能和质量。材料成形工艺压力过程一般包括了增压、保压与卸压，其中卸压过程的卸压压力曲线对材料的残余应力均匀释放过程至关重要、直接影响材料物理性能，研究卸压过程的任意卸压曲线精确控制在材料成形领域存在迫切需求。

现有的低压液压力系统多采用带有节流功能的换向阀或者比例溢流阀卸压方式，相比之下，比例溢流阀卸压方式具有曲线连续性、卸压过程可控等优点。现在尚无公开的低压液压系统任意曲线卸压过程精确控制方法，为满足材料成形、材料力学研究、高压环境模拟等需求，需发明一种连续型、线性度较好的控制方法，实现卸压压力曲线精确控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种更精确的液压力装置的任意卸压曲线压力控制方法，实现卸压过程压力曲线精确控制，满足材料成形、材料力学实验、高压环境模拟等对卸压压力任意曲线精确控制的要求。

对本领域的技术人员而言，可以明确知晓的是，为了顺利实施本发明，需要至少具备如下技术条件：

首先，对于液压力驱动系统，除了满足一般液压力驱动系统的基本要求外，液压力驱动系统至少应包括：

1)油缸与高压液压介质油连通；

2)液压驱动回路与油缸组成密封系统，其密封性能应满足卸压曲线控制精度要求；

3)压力系统在全压力域可通过电液比例溢流阀或者电液伺服比例卸压阀等准线性卸压元件进行卸压。

其次，作为液压力装置的检测与控制系统，至少应包括如下的功能：

1)压力测量回路应能线性测量系统的液压力，使得全压力测量过程有效；

2)压力测量传感器测量量程不低于系统最高压力范围，测量精度不低于液压力系统的曲线控制精度；

3)系统具备实验过程压力数据实时采集与数据导出功能，满足系统的建模与算法研究的需求；

4)控制系统应具备对液压力系统的所有的液压泵、液压阀的电力驱动要求，结合液压系统，满足液压力的加载力的加载与卸载功能；

5)控制系统具备压力控制算法程序设计与算法调试功能，满足控制算法的实现与应用需求；

6)控制系统还需具备上位机操作软件，操作软件至少应满足卸压曲线的设定与下载功能。

为了实现本发明的技术方案，本发明还需要设定用于精确控制的卸压曲线给定方法，具体为：

1)卸压曲线可以按照液压力系统要求设计，可以是一次线性的，也可以是多段型且每一段可以为一次或者二次或者正弦或者圆等卸压曲线类型；

2)卸压过程启动后，系统可以根据上述卸压曲线按照一定段距计算实时卸压目标压力；

3)控制算法在段距内根据卸压目标压力与实时压力，实时计算线性卸压元件的比例开度，实现卸压过程任意曲线控制功能。

在满足上述技术条件的基础上，本发明提供了一种液压力装置的任意卸压曲线压力控制方法，包括：卸压起始比例溢流阀开度计算方法、开环卸压比例溢流阀开度计算方法、闭环卸压控制计算方法，通过在控制系统处理器上运行上述计算方法，实现卸压过程精确控制。具体为：

1)卸压起始比例溢流阀开度计算方法，要求：

a)设计实验，对液压力加载系统进行数学模型建模；

b)采用数据采集平台采集卸压过程实时压力p与比例溢流阀开度值k的变量向量关系数组，进行不低于三次测量，以减小随机误差；

c)对上述数据关系向量进行不低于二次的高次拟合，得到溢流阀开度与加载力的关系式：

p＝p(k)，其中：k——比例压力阀开度，p——系统液压力；

d)对数学模型进行求逆或者直接对上述采集数据对加载力与开度进行高次拟合，得到加载力与溢流阀开度的关系式：

k＝g(p)或者k＝p^-1(p)，其中：k——比例压力阀开度，p——系统液压力；

e)考虑到系统的回滞特性，将卸压起始压力计算出的比例压力阀开度适当冗余放大，作为开环卸压比例溢流阀初值开度，这样得到计算公式为：设卸压起始实时压力为ps，那么起始开度ks(ps)为：

ks(ps)＝g(ps)λ，其中λ为冗余放大系数且λ＞1。

2)开环卸压比例溢流阀开度计算方法，具体为：

a)根据设定卸压曲线，按照卸压时间、卸压起始压力、卸压目标压力计算平均卸压速度：δp；

b)计算比例溢流阀开度递减值：压力-开度曲线对压力的导数的意义是压力变化一个单位时对应的开度变化值，那么以卸压起始时刻的开度递减值作为开环过程的比例压力阀开度递减值，比例溢流阀开度递减值即为：

其中：ps为卸压起始时刻压力值；δp为压力速度平均值；δk为比例溢流阀开度递减值；

c)开环比例溢流阀开度值计算：根据计算出的比例溢流阀开度初值与平均比例溢流阀开度递减值实时比例压力阀开度，即：

第一个数据：k(1t)＝g(ps)-δk

第一个以后数据采用递归方法计算：k(nt)＝k((n-1)t)-δk；其中n为第n个卸压时刻中断；

d)当实时压力等于开环卸压压力值，将此时比例溢流阀开度作为闭环控制比例溢流阀的积分初始值，记为u0。

3)闭环卸压控制计算方法，要求：

a)根据设定卸压曲线实时计算目标卸压压力值；

b)按照设定的比例卸压阀为闭环控制算法实时计算比例压力阀的开度控制值；

c)该控制器应为连续量控制器，该控制器需满足对每个时间间隔的设定压力值高精度跟随功能；

d)比例压力阀的连续量控制器，可以为带积分初始值的比例－积分－微分控制器或者其它改进型的连续量控制器，但必须具有积分初始值功能；

其中：e(t)为实时误差值，u0为积分初始值，kp为比例参数，ti为积分参数，td为微分参数，u(t)为比例压力阀实时开度输出值

e)该控制器可实现卸压过程精确高效卸压，当卸压压力到达闭环卸压目标压力值后，卸压过程结束。

本发明提供了一种液压力装置的任意卸压曲线压力精确控制方法，能够满足实验室或者工业科研生产对精确卸压压力曲线控制的需求。本发明的控制方法已经应用于油压机卸压过程的高精度压力曲线控制，提高了该设备的卸压压力曲线控制精度，满足了高性能粉体含能材料成形的工艺要求。

附图说明

图1为本发明的控制方法流程图；

图2为本发明液压系统卸压元件与压力单元安装的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如附图1、2所示，一种液压力装置的任意卸压曲线压力控制方法，包括：卸压起始比例溢流阀开度计算方法、开环卸压比例溢流阀开度计算方法、闭环卸压控制计算方法，通过在控制系统处理器上运行上述计算方法，实现卸压过程精确控制。具体为：