本发明涉及一种双液压缸流量补偿同步起竖装置及其控制方法,属于液压控制技术领域。
背景技术：
现有的大型设备起竖控制系统有两种原理模式:一种是采用单根多级油缸起竖，这种原理模式结构简单，但不适用于负载偏载的工况，可靠性较差；另一种是使用两根多级缸起竖，配以同步分流阀，这种原理模式虽然是实现了双缸同步起竖，但是其精度较低，仅5％左右，稳定性不高，安全性较差。由于阀控缸系统快速性好，响应快、控制精度高等明显优势，使得普遍采用双缸驱动负载，双缸在起竖过程中要做到同时升起或者同时回落，必须要保持其平稳性。由于同步误差的存在，很多起竖控制系统无法达到其同步精度，在控制过程中响应速度慢，控制精度不高，在大负载，同步响应快，调度频繁的应用场合中，适应能力较差，无法满足实际需要。
技术实现要素：
现有技术中起竖控制系统存在一些缺陷，可靠性较差，同步精度较低(仅5％左右)，稳定性不高，安全性较差，控制过程响应速度慢，在起竖大型设备，需要同步响应快和要求同步精度高的场合，无法适应其实际需求。
为解决上述问题，本发明提出一种双液压缸流量补偿同步起竖装置及其控制方法,此控制方法在液压控制系统中能够实现流量的变化，根据第一和第二活塞杆位移之差改变伺服阀阀芯位移的大小，从而控制液压缸输出流量，经过多次调节直至第一和第二活塞杆位移之差为零为止，此方法提高了同步精度，提高了液压系统的安全性和可靠性，并且克服了液压同步纠偏系统响应速度慢，同步精度不高的缺陷。
本发明的基本技术方案为：一种双液压缸流量补偿同步起竖装置及其控制方法，主要由液压缸、活塞杆、油泵、伺服阀、油箱、位移传感器、控制器、溢流阀、电脑等组成。油泵连接有油箱，从油箱中吸油，溢流阀在回油路上连接油箱，油泵的输油口连接到第一伺服阀的进油口进而向其供油，第一伺服阀的输油口与第一液压缸的两个进油腔相连接，进而推动与第一液压缸固定连接的第一活塞杆的运动，并由控制器控制第一伺服阀其输出油量，而第一伺服阀的出油口直接接入油箱。油泵的输油口还连接到第二伺服阀的进油口进而向其供油，第二伺服阀的输油口与第二液压缸的两个进油腔相连接，进而推动与第二液压缸固定连接的第二活塞杆的运动，并由控制器控制第二伺服阀其输出油量，而第二伺服阀的出油口直接接入油箱。第一和第二活塞杆的一端各与第一和第二位移传感器相连接，根据位移传感器检测的结果分别经过AD转换器发送到电脑，由电脑计算得到位移的差值，经过DA转换器发送给第一和第二控制器，第一和第二控制器根据位移差值分别对第一和第二伺服阀的输油管道的流量多次调节，直到电脑计算的位移差值为零为止。
通过设计第一和第二控制器的方式实现对第一和第二伺服阀的输油管道的油量控制，通过以下几个公式可以实现对伺服阀输入电流的相应调节，公式如下：
第一公式Xv＝KxvΔi
第二公式
第一公式中，Xv是伺服阀阀芯位移，Kxv是伺服阀阀系数，Δi是伺服阀的输入电流变化量；第二公式中，Kq是伺服阀流量增益，Kc是伺服阀流量压力系数，Pi是负载压力；A1是液压缸活塞截面积，s是拉普拉斯变换将微分线性化后的数学算子，Xp是活塞位移，Ctp是液压缸总的泄露系数，Vt是液压缸总的压缩容积，βε是液压缸有效体积弹性模量；A2是液压缸活塞杆的截面积；第三公式中,Mt是活塞及负载折算到活塞上的总质量，Bp是活塞及负载的粘性阻尼系数，K是负载弹簧刚度，Fl是作用在活塞上的任意外负载力；第四公式中，Δxv伺服阀阀芯位移增量；Δxp是第一和第二活塞杆的位移差。通过以上公式生成系统框图，做出控制部分。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过位移传感器检测液压缸活塞杆的位移差，经过数据转换，得到精确地电脑计算数据，及时的反馈到控制器中，通过增加伺服阀阀芯位移的大小，实现伺服阀流量的控制，此控制过程根据第一活塞杆和第二活塞杆的位移之差值分别对第一伺服阀的输油管道的流量和第二伺服阀的输油管道的流量多次调节，提高液压伺服系统的同步精度，控制器内部闭环调节提高响应速度，同时具有偏差纠错能力，增强安全性和可靠性。
2.本发明采用的内部逻辑算法控制结构图，在根本上解决了双缸同步的问题，通过建立伺服阀阀芯位移与液压缸位移差的联系，调节阀芯位移大小就可实现随时的流量控制，此控制算法在反馈回路上增加了微分控制环节，在提高控制响应速度的同时，减小了振动幅度和由于大负载和液压油的不连续供油对系统的冲击，并形成了闭环随动控制，从而进一步减小了控制系统的动态误差，提高其同步控制精度。
附图说明
附图1，本发明双液压缸流量补偿同步起竖装置的结构示意图；
附图2，本发明双液压缸流量补偿同步起竖装置及其控制方法的逻辑控制算法示意图；
图中：1、液压缸，2、活塞杆，3、DA转换器，4、伺服阀，5、油箱，6、位移传感器，7、指令器，8、控制器，9、油泵，10、AD转换器，11、溢流阀，12、电脑。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。
结合图1至2，本发明是一种双液压缸流量补偿同步起竖装置及其控制方法，主要由液压缸(1)、活塞杆(2)、油泵(9)、伺服阀(4)、油箱(5)、位移传感器(6)、控制器(8)、溢流阀(11)、电脑(12)等组成。油泵(9)连接有油箱，从油箱(5)中吸油，溢流阀(11)在回油路上连接油箱，油泵的输油口连接到第一伺服阀(4-1)的进油口进而向其供油，第一伺服阀的输油口与第一液压缸(1-1)的两个进油腔相连接，进而推动与第一液压缸(1-1)固定连接的第一活塞杆(2-1)的运动，并由第一控制器(8-1)控制第一伺服阀其输出油量，而第一伺服阀的出油口直接接入油箱。油泵的输油口还连接到第二伺服阀(4-2)的进油口进而向其供油，第二伺服阀(4-2)的输油口与第二液压缸(1-2)的两个进油腔相连接，进而推动与第二液压缸固定连接的第二活塞杆(2-2)的运动，并由第二控制器(8-2)控制第二伺服阀其输出油量，而第二伺服阀的出油口直接接入油箱。第一和第二活塞杆的一端各与第一位移传感器(6-1)和第二位移传感器(6-2)相连接，根据位移传感器检测的结果分别经过AD转换器(10)发送到电脑，由电脑计算得到位移的差值，经过DA转换器(3)发送给第一和第二控制器，第一和第二控制器根据位移差值分别对第一和第二伺服阀的输油管道的流量多次调节，直到电脑计算的位移差值为零为止。
通过设计第一和第二控制器的方式实现对第一和第二伺服阀的输油管道的油量控制，通过以下几个公式可以实现对伺服阀输入电流的相应调节，公式如下：
第一公式Xv＝KxvΔi
第二公式
第三公式
第四公式
第一公式中，Xv是伺服阀阀芯位移，Kxv是伺服阀阀系数，Δi是伺服阀的输入电流变化量；第二公式中，Kq是伺服阀流量增益，Kc是伺服阀流量压力系数，Pi是负载压力；A1是液压缸活塞截面积，s是拉普拉斯变换将微分线性化后的数学算子，Xp是活塞位移，Ctp是液压缸总的泄露系数，Vt是液压缸总的压缩容积，βε是液压缸有效体积弹性模量；A2是液压缸活塞杆的截面积；第三公式中,Mt是活塞及负载折算到活塞上的总质量，Bp是活塞及负载的粘性阻尼系数，K是负载弹簧刚度，Fl是作用在活塞上的任意外负载力；第四公式中，Δxv伺服阀阀芯位移增量；Δxp是第一和第二活塞杆的位移差。通过以上公式生成系统框图，做出控制部分。
当Δx>0或者Δx<0时假设(Δx＝Xp1-Xp2)
F ＝ F。
l1 l2
当Δx>0 第一液压缸 由液压缸和负载的力平衡方程
(1)有相等实根时
其中：c1、c2－任意常数
(2)当Bp2-4Mtk＜0时，
(3)当Bp2-4Mtk＞0时，
x1是方程的通解，x*是方程的特解
则第一液压缸缸的活塞杆位移为Xp1＝x1+x*
同理第二液压缸缸的通解与第一液压缸缸相同，即第二液压缸的活塞杆位移为Xp2＝x1+x*'
即
求解上式得
当Δx<0时，即Xp1＜Xp2，其思想和ΔX>0相同，都可以应用结果。
伺服阀流量方程
当阀控缸电液伺服系统达到动态平衡阶段时，得到力的平衡方程
p1A1-p2A2＝Fl (3)
式中，P1为伺服缸无杆腔内的压力，P2为液压伺服缸有杆腔内的压力，A1为伺服液压缸活塞的截面积，A2为伺服液压缸活塞杆的截面积，Fl为伺服液压缸的负载力。
把伺服缸的液压杆向外伸出的方向规定为正方向，设定系统负载压力为ql。
根据式(3)得到
其中
由此ql＝kqxv-kcpl (4)
结合(6)和(2)得到
为了实现两缸的同步运动，必须使Xp1＝Xp2，所以通过上述算法，在方块图中通过控制伺服阀阀芯位移实现双液压缸同步。其特征在于
Xv＝KxvΔi
图中2所示I区域其特征在于两个输出xp1和xp2相减，与微分环节相乘，作为反馈输入到控制流量框图中，此时需要增加一个选择器(matlab中可以找到)，在Δx＞0或者Δx＜0时，需要选择(1)和(2)其中一个进行输入，在xp1＞xp2时，选择(2)闭合，xp1＜xp2时选择(1)闭合，这样才能满足同步控制。在Δx＝0时选择器(1)和(2)不闭合。这样就实现了两个液压缸在不同情况下的同步控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书描述的只是发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些发明和改进都属于要求保护的本发明范围内。