步进式液压元件防堵控制设备、系统、方法及机械设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及液压领域，具体地，设及一种步进式液压元件防堵控制设备、系统、方 法及机械设备。
【背景技术】
[0002] 步进式液压元件是利用步进电机作为电机械转换器的一种数字控制液压元件，其 主要包含:步进电机、反馈机构、流量控制阀和液压执行元件。工作过程如下:步进电机接受 脉冲序列的控制，输出位移转角，转角与输入的脉冲数成正比，接着通过机械转换装置(例 如，滚珠丝杠(或螺杆螺母)机构)将转角变成流量控制阀的阀忍位移，再经过液压执行元件 (例如，步进式液压缸、步进式液压马达)进行液压放大，输出相应的位移或转角(例如，步进 式液压缸的活塞位移或步进式液压马达的马达转角）。该活塞位移或马达转角可通过反馈 机构（例如，滚珠丝杠）反馈到流量控制阀的阀忍上，形成对该阀忍位移的闭环控制。因此， 活塞位移或马达转角与输入至步进电机的脉冲序列的累计数量成正比，活塞速度或马达转 速与步进电机脉冲序列的频率成正比。
[0003] 步进式液压元件因采用闭环控制而精度高，因采用机械反馈机构而工作可靠、抗 干扰能力强，因采用步进电机作为电机械转换器而驱动简单、造价不高，因此步进式液压元 件在数控机床中获得了广泛应用。近年，W工程机械为典型代表的先进制造装备对性能好、 工作可靠、成本低、智能化的要求日益攀升，步进式液压元件存在有巨大的潜在应用空间。
[0004] 然而，现有的步进式液压元件容易出现电机堵转的现象。在电机堵转的情况下，会 存在W下两方面的问题：
[000引1)降低了可靠性：电机堵转会导致电机线圈电流急剧增大，线圈发热迅速攀升，容 易导致线圈绝缘失效、进而烧损。
[0006] 2)缩小了控制范围：电机堵转后，再给予任何脉冲序列，已无法进一步增大阀忍开 口，而现有技术为了防止堵转，只能凭经验模糊地降低脉冲频率而预留出一定的防堵转频 率空间，相当于添加了一个饱和环节，导致脉冲频率-元件速度的控制范围被人为缩小，为 本就快速性不高的步进式液压元件作了进一步地快速性限制。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种步进式液压元件防堵控制设备、系统、方法及机械设备， 其可自动防止电机堵转W提高液压元件作业可靠性、扩大元件控制范围。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供一种步进式液压元件防堵控制设备，该步进式液 压元件包含:液压执行元件;流量控制阀，用于控制输入至所述液压执行元件的液压油的流 量，W驱动所述液压执行元件转动或产生位移；电机及电机驱动器，该电机驱动器用于根据 脉冲信号驱动所述电机转动，W控制所述流量控制阀的阀忍位移；W及反馈机构，用于将所 述液压执行元件的转角或位移反馈至所述流量控制阀的阀忍上，W实现对所述阀忍的开度 的闭环控制。该设备包括:接收器，用于接收流量控制阀进油口压力与出油口的压力、负载 压力w及指令脉冲频率f;w及控制器，用于根据所述进油口压力与出油口的压力w及负载 压力，计算防堵脉冲频率，将指令脉冲频率f与该防堵脉冲频率进行比较，并根据比较结果 确定输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率f〇，W防止所述电机堵转。
[0009]其中，所述防堵脉冲频率包含一防堵余量内对应的脉冲频率feW及一临界堵转时 对应的脉冲频率fm，所述控制器执行W下操作中的一者或多者:在f含fe的情况下，控制输入 至所述电机驱动器的脉冲信号的频率时为f;在的情况下，控制输入至所述电机驱 动器的脉冲信号的频率时为fe;W及在f>fm的情况下，控制输入至所述电机驱动器的脉冲 信号的频率时为0。
[0010]其中，fe = Ke*fm，其中Ke与所述液压执行元件的负载惯性有关，负载惯性越大，Ke越 大。
[0011] 其中，所述临界堵转时对应的脉冲频率fm通过W下操作而被确定:将所述液压执 行元件设定为空载；W及逐步增大输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率，直至所述液 压执行元件的转速或位移不再增加，此时输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率即为所 述临界堵转时对应的脉冲频率fm。
[0012] 其中，所述控制器还根据输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率fo计算W下一 者或多者并对该一者或多者进行异常监控:所述流量控制阀的阀忍开度;所述流量控制阀 的流量;所述液压执行元件的转速或位移；W及所述液压执行元件的负载转矩。
[0013] 相应地，本发明还提供一种步进式液压元件防堵控制系统，该系统包含:压力传感 器，用于检测流量控制阀进油口的压力与出油口的压力W及负载压力；W及上述步进式液 压元件防堵控制设备。
[0014] 相应地，本发明还提供一种步进式液压元件防堵控制方法，该步进式液压元件包 含:液压执行元件;流量控制阀，用于控制输入至所述液压执行元件的液压油的流量，W驱 动所述液压执行元件转动或产生位移；电机及电机驱动器，该电机驱动器用于根据脉冲信 号驱动所述电机转动，W控制所述流量控制阀的阀忍位移；W及反馈机构，用于将所述液压 执行元件的转角或位移反馈至所述流量控制阀的阀忍上，W实现对所述阀忍的开度的闭环 控制。该方法包括:接收流量控制阀进油口的压力与出油口的压力、负载压力W及指令脉冲 频率f;W及根据所述进油口的压力与出油口的压力W及负载压力，计算防堵脉冲频率，将 指令脉冲频率f与该防堵脉冲频率进行比较，并根据比较结果确定输入至所述电机驱动器 的脉冲信号的频率时，W防止所述电机堵转。
[0015] 其中，所述防堵脉冲频率包含一防堵余量内对应的脉冲频率feW及一临界堵转时 对应的脉冲频率fm;所述将指令脉冲频率f与该防堵脉冲频率进行比较并根据比较结果确 定输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率fo包括:在f含fe的情况下，控制输入至所述电 机驱动器的脉冲信号的频率时为f;在的情况下，控制输入至所述电机驱动器的脉 冲信号的频率fo为fe;W及在f>fm的情况下，控制输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频 率fo为0。
[0016]其中，fe = Ke*fm，其中Ke与所述液压执行元件的负载惯性有关，负载惯性越大，Ke越 大。
[0017]其中，所述防堵余量内对应的脉冲频率fe通过W下操作而被确定:将所述液压执 行元件设定为空载；W及逐步增大输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率，直至所述液 压执行元件的转速或位移不再增加，此时输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率即为所 述防堵余量内对应的脉冲频率fe。
[0018] 其中，该方法还包括:根据输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率fo计算W下 一者或多者并对该一者或多者进行异常监控:所述流量控制阀的阀忍开度;所述流量控制 阀的流量;所述液压执行元件的转速或位移；W及所述液压执行元件的负载转矩。
[0019] 相应地，本发明还提供一种机械设备，该机械设备包含上述步进式液压元件防堵 控制系统。
[0020] 通过上述技术方案，可实时调节输入至电机的脉冲序列的频率，使其适应液压元 件的负载变化，避免电机堵转现象的发生，提高了液压元件作业可靠性。另外，该调节方式 并未缩小脉冲频率-元件速度的控制范围。
[0021] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予W详细说明。
【附图说明】
[0022] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0023] 图la和图化为步进液压马达的流量控制阀的输出流量特性曲线示意图；
[0024] 图2a和图化分别为步进液压马达的流量控制阀在电机正常工作与发生堵转时的 输出流量特性曲线的动态过程示意图；
[0025] 图3为本发明提供的步进式液压元件防堵控制系统的结构示意图；
[0026] 图4a和图4b为本发明提供的步进式液压元件防堵控制系统中步进液压马达的关 键参数示意曲线图；
[0027] 图5为计算临界堵转情况下