双旋转阀芯整流式波浪能发电液压PTO系统及控制方法

双旋转阀芯整流式波浪能发电液压pto系统及控制方法
技术领域
1.本发明涉及了一种液压pto系统，具体涉及一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压pto系统及控制方法。


背景技术：

2.波浪能是海洋能的一种，是可再生的清洁能源。开发和利用海洋波浪能对于可持续发展意义重大。
3.捕能系统(power take-off system,pto)是波浪能转换装置的重要组成部分，液压pto系统具有功率密度比大、低频力矩大、自润滑、易于自动化控制等优点，并可有效防止过载，应用最为广泛。当前大多数液压pto系统主回路通常由单出杆液压缸、单向阀整流模块、高低压蓄能器、液压马达和发电机等组成。基本原理是通过波浪驱动机械浮子带动液压缸活塞杆往复运动，经单向阀整流令主油路中的油液进行单向流动，液压马达将单向流动油液的液压能转换成旋转机械能，发电机继而将旋转机械能转换成电能输出。
4.但是当前单向阀整流式液压pto系统存在一些问题，由于单出杆液压缸的长度比双出杆液压缸短，适用于长行程，因此当前大多数液压pto系统普遍采用单出杆液压缸作为执行机构。考虑到单出杆液压缸是非对称结构，而单向阀又属于对称结构，导致两个方向上运动的动态特性存在差异，若不能得到有效的补偿，一方面会产生一定的冲击，影响液压pto系统的稳定性，另一方面会损失一部分的捕获能量，降低液压pto系统的捕能效率。同时，当系统启动或反向运动活塞瞬时速度降为零时，若波浪力达不到一定阈值，液压缸中的油液压力很难轻易地克服单向阀的背压以及液压缸本身的摩擦力。因此，现有液压pto系统在液压缸活塞速度为零的时刻很容易陷入死区，从而降低液压pto的工作时长，影响发电效率。


技术实现要素：

5.为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压pto系统及控制方法，通过双旋转阀芯组成的新型整流模块对主油路中的油液进行平稳高效整流令其单向流动，以减小前期压力冲击增强系统的稳定性，同时有效避免系统陷入死区，提高发电效率。
6.本发明采用的技术方案是：
7.一、一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压pto系统：
8.液压pto系统包括单出杆液压缸、双旋转阀芯整流模块、高压油路部分、低压油路部分、发电模块和控制器；单出杆液压缸的有杆腔的进出油口依次连通双旋转阀芯整流模块、高压油路部分、发电模块、低压油路部分后再经双旋转阀芯整流模块连通至单出杆液压缸的无杆腔的进出油口；发电模块电连接外部用电设备；单出杆液压缸的有杆腔内的活塞杆上安装有位移传感器，活塞杆的伸出端连接机械浮子，机械浮子漂浮在水面上；控制器电连接位移传感器、双旋转阀芯整流模块、高压油路部分和低压油路部分。
9.机械浮子随着波浪的随机起伏不停地上下振荡，进而驱动单出杆液压缸的活塞杆往复运动，位移传感器获取活塞杆的运动速度和加速度等信息并传输至控制器中。
10.所述的高压油路部分沿液压pto系统中的液压油的传输方向包括依次连通的第一截止阀、第一流量计、高压蓄能器模块、电液比例溢流调速阀和第二流量计，第一截止阀的输入端连通双旋转阀芯整流模块，第二流量计的输出端连通发电模块的输入端，第二流量计和发电模块之间连接有第二压力传感器；所述的低压油路部分沿液压pto系统中的液压油的传输方向包括依次连通的液压油液污染监测模块、低压蓄能器模块和第二截止阀，液压油液污染监测模块的输入端连通发电模块的输出端，第二截止阀的输出端连通双旋转阀芯整流模块，发电模块和液压油液污染监测模块之间连接有第三压力传感器；第一流量计、高压蓄能器模块、电液比例溢流调速阀、第二流量计、第二压力传感器、第三压力传感器、液压油液污染监测模块、低压蓄能器模块均电连接控制器。
11.所述的液压pto系统还包括第一调压油路、卸载油路和第二调压油路，第一调压油路的输入端连通在第一截止阀的输出端和第一流量计的输入端之间，第一调压油路的输出端连通在低压蓄能器的输入端和液压油液污染监测模块的输出端之间，第一调压油路上设有安全阀，安全阀的两端的工艺孔上分别设有液压堵头；卸载油路和第二调压油路的输入端均依次连通在高压蓄能器模块的输入端和电液比例溢流调速阀的输入端之间，第二调压油路和卸载油路的输出端均依次连通在发电模块的输出端和液压油液污染监测模块输入端之间，卸载油路和第二调压油路上分别设有第三电磁阀和比例溢流阀；第三电磁阀和比例溢流阀均电连接控制器。
12.高压油路部分和低压油路部分组成了系统的主油路部分，且该油路为闭式油路，油液充入后便可在其中循环。第一调压油路用于设定整个液压pto系统的最高油液压力，在液压pto系统中起安全保护作用，当系统压力超过设定值时，安全阀打开，将液压pto系统中的油液压力卸载，从而保证液压pto系统不因压力过高而发生事故；卸载油路用于在高压蓄能器模块的高压蓄能器蓄能达到一定压力之前避免液压油进入到发电模块的液压马达当中导致液压pto系统做无用功，实现间歇式平稳发电；第二调压油路用于设定发电模块的液压马达工作在最高油液压力，当工作压力超过设定值时，比例溢流阀打开，将液压pto系统中的油液压力卸载，从而保证液压马达不因压力过高而发生损坏。
13.所述的双旋转阀芯整流模块包括第一旋转电机、第一旋转阀芯、第二旋转电机和第二旋转阀芯，第一旋转电机和第二旋转电机的输出轴分别连接第一旋转阀芯和第二旋转阀芯；第一旋转阀芯和第二旋转阀芯均分别包括三个工作位，第一旋转阀芯的第二工作位在第一工作位和第三工作位之间，第一旋转阀芯的第一工作位靠近第一旋转电机，第二旋转阀芯的第二工作位在第一工作位和第三工作位之间，第二旋转阀芯的第一工作位靠近第二旋转电机；第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的第二工作位均关闭，即第二工作位的油口均处于关闭状态，不与任何油路连通，用于系统保压；第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的第一工作位和第三工作位均分别有一个进出油口，第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的第一工作位的进出油口均连通高压油路部分的第一截止阀的输入端，第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的第三工作位的进出油口均连通底压油路部分的第二截止阀的输出端。
14.当单出杆液压缸的活塞杆向上运动，第一旋转阀芯处于第一工作位，第二旋转阀芯处于第三工作位，单出杆液压缸的有杆腔高压油液经第一旋转阀芯的第一工作位进出油
口输入至高压油路部分，低压油路部分的低压油液经第二旋转阀芯的第三工作位流入单出杆液压缸的无杆腔；当单出杆液压缸的活塞杆向下运动，第一旋转阀芯处于第三工作位，第二旋转阀芯处于第一工作位，单出杆液压缸的无杆腔高压油液经第二旋转阀芯的第一工作位进出油口输入至高压油路部分，低压油路部分的低压油液经第一旋转阀芯的第三工作位流入单出杆液压缸的有杆腔；第一旋转电机和第二旋转电机均电连接控制器。
15.所述的高压蓄能器模块包括第一电磁阀、高压蓄能器和第一压力传感器，第一电磁阀的输入端连通在第一流量计的输出端和卸载油路的第三电磁阀的输入端之间，第一电磁阀的输出端连通高压蓄能器，第一压力传感器连接在第一电磁阀和高压蓄能器之间；所述的低压蓄能器模块包括第二电磁阀和低压蓄能器，第二电磁阀的输入端连通在第二截止阀的输入端和第一调压油路的安全阀的输出端之间，第二电磁阀的输出端连通低压蓄能器；第一电磁阀、第二电磁阀和第一压力传感器均电连接控制器。
16.所述的液压油液污染监测模块包括冷却器、两个过滤器、两个测压接头、第一单向阀、第二单向阀和在线污染监测仪，两个测压接头连接在第一调压油路的安全阀的输出端和卸载油路的第三电磁阀的输出端之间；两个测压接头沿液压pto系统中的液压油的传输方向依次连通两个过滤器和冷却器；两个测压接头之间还连通有第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀的输入端和输出端分别连通第二单向阀的输出端和输入端，第一单向阀的导通方向和沿液压pto系统中的液压油的传输方向相同，第二单向阀的导通方向和沿液压pto系统中的液压油的传输方向相反；两个测压接头之间还连通有在线污染监测仪；在线污染监测仪电连接控制器。
17.过滤器和两个冷却器分别起到油液过滤和冷却的作用，其中由于海洋环境的复杂性，对于油液的清洁度要求更高，过滤器设置为两个以提高油液过滤精度；在线污染监测仪用于监测油液污染情况；第一单向阀的单向导通方向为顺时针方向，但有一定的背压，正常工作情况不流通，当过滤器堵塞时冲破背压以避免压力过大发生损坏，进一步在第一单向阀的两端旁接一个第二单向阀，单向导通方向为逆时针方向，目的在于均压以防止气蚀。
18.所述的发电模块包括第三单向阀、液压马达和发电机，液压马达的输入端和输出端分别连通第二流量计的输出端和第二调压油路的比例溢流阀的输出端之间；液压马达的输入端和输出端分别连通第三单向阀的输入端和输出端；液压马达的旋转轴连接发电机，发电机电连接外部用电装置；第三单向阀用于回油补充，避免气蚀；第二压力传感器连接在第二流量计的输出端和液压马达的输入端之间，第三压力传感器连接在液压马达的输出端和第二调压油路的比例溢流阀的输出端之间。
19.双旋转阀芯整流模块对高压油路部分和低压油路部分中的双向流动油液进行整流令其单向流动，发电模块的液压马达将单向流动油液的液压能转换成旋转机械能，发电模块的发电机继而将旋转机械能转换成电能输出。
20.在液压pto系统发电过程中，第一截止阀和第二截止阀在系统正常工作前需要手动或电动打开，并保持常开，仅当系统报警或停机维护期间关闭；第一流量计用于检测双旋转阀芯整流模块高压输出端的流量；第二流量计用于检测液压马达输入端的流量；第二压力传感器用于检测液压马达输入端的压力；高压蓄能器的作用是蓄能稳压、削峰填谷以保证系统稳定运行，当高压蓄能器模块的第一压力传感器检测到设定高压到达压力后打开第一电磁阀使高压蓄能器的油液压力快速释放到高压油路部分中；电液比例溢流调速阀根据
检测压力和流量实时调节阀口开度来控制进入液压马达的流量，从而实现发电机相对恒定的转速和输出电压；第三压力传感器用于检测液压马达输出端的压力；低压蓄能器的作用是吸收回油的油压，消除排油压力波动，低压蓄能器模块的第二电磁阀正常工作时保持常开，系统报警或停机维护时关闭。
21.二、一种双旋转阀芯整流式波浪能发电液压pto系统的控制方法：
22.步骤：将液压pto系统的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器的传感器参数和控制器的控制参数进行初始化，在预设的液压pto系统的压力参数下开启液压pto系统，依次打开第一截止阀、第二截止阀、第一电磁阀、第二电磁阀和电液比例溢流调速阀，并在液压pto系统正常工作时均保持开启。
23.步骤：将一个或多个液压pto系统置于波浪中，针对每个液压pto系统，液压pto系统的单出杆液压缸的活塞杆的伸出端连接的机械浮子在波浪的作用下往复运动，带动单出杆液压缸的活塞杆往复运动，双旋转阀芯整流模块对高压油路部分和低压油路部分中的双向流动油液进行整流令其单向流动，最终通过液压马达将单向流动油液液压能转换为旋转机械能，进而通过发电机将旋转机械能转换为电能输出至外部用电设备。
24.所述的步骤中，预设的液压pto系统的压力参数包括安全阀的系统压力、比例溢流阀的工作压力和第一压力传感器的高压到达压力，安全阀的系统压力略高于比例溢流阀的工作压力；在液压pto系统正常工作时安全阀、第三电磁阀和比例溢流阀均关闭；当液压pto系统非正常工作时：当控制器接收到压力传感器检测的系统压力超过安全阀的系统压力时，控制器发出警报，液压pto系统处于非正常工作情况，此时打开安全阀，将液压pto系统中的油液压力卸载，从而保证系统不因压力过高而发生事故，当系统压力不超过安全阀的系统压力时，关闭安全阀；当控制器接收到压力传感器检测的液压马达的工作压力超过比例溢流阀的工作压力时，控制器发出警报，液压pto系统处于非正常工作情况，此时打开比例溢流阀，将液压pto系统中的油液压力卸载，从而保证液压马达不因压力过高而发生损坏，当液压马达的工作压力不超过比例溢流阀的工作压力时，关闭比例溢流阀；当控制器接收到第一压力传感器检测的高压蓄能器的工作压力超过第一压力传感器的高压到达压力时，控制器发出警报，液压pto系统处于非正常工作情况，此时关闭第一电磁阀，当高压蓄能器的工作压力不超过第一压力传感器的高压到达压力时，打开第一电磁阀。
25.所述的液压pto系统处于非正常工作情况，还包括：控制器接收到第一流量计和第二流量计检测的液压马达的输出流量和输入流量不在预设流量范围内，控制器接收到第二压力传感器和第三压力传感器检测的液压马达的输入压力和输出压力不在预设压力范围内，控制器接收到在线污染监测仪反馈的液压pto系统的油液受到污染，以及液压pto系统遭遇短时极端波浪，控制器均发出警报，此时对液压pto系统进行待机维护或停机维护，具体为先将双旋转阀芯整流模块的第一旋转阀芯和第二旋转阀芯设定为同时处于各自的第二工作位，此时系统处于保压状态，单出杆液压缸的活塞杆停止往复运动，单出杆液压缸跟着机械浮子整体往复振荡，不再继续做功，以保护系统的安全避免损坏装置，此时系统保持启动，以便极端波浪或待机维护结束后迅速恢复工作；在液压pto系统停机维护时，还需同时关闭第一截止阀、第二截止阀、第一电磁阀和第二电磁阀，以切断液压pto系统的高压油路部分和低压油路部分主油路与单出杆液压缸的连接；再对液压pto系统进行待机维护或停机维护，当系统维护结束后消除报警信号，使液压pto系统恢复正常工作情况。
26.液压pto系统处于非正常工作情况，还包括：控制器接收到位移传感器b检测的单出杆液压缸的活塞杆的瞬时位移为零，即在波浪力不够大时活塞杆的瞬时速度降为零，此时系统容易陷入死区，此时使用控制器将双旋转阀芯整流模块的第一旋转阀芯和第二旋转阀芯设定为同时处于各自的第三工作位，使得单出杆液压缸的有杆腔和无杆腔同时接入低压油路部分，此时液压pto系统不做功，使得单出杆液压缸的活塞杆在极小的波浪力工况下也能获得一定的初速度以顺利突破死区，直至控制器接收到位移传感器b检测的单出杆液压缸的活塞杆的瞬时位移不为零时，使用控制器调整双旋转阀芯整流模块的第一旋转阀芯和第二旋转阀芯恢复到正常工作位，使得液压pto系统继续做功输出电能。这样虽然使系统短暂地停止做功，但有效地避免了系统陷入死区，令系统总工作时间得到了延长，从而提高了系统的发电效率。
27.所述的步骤中，单出杆液压缸的活塞杆往复运动时，将波浪能转化为液压能，当单出杆液压缸的活塞杆向上运动，控制器控制双旋转阀芯整流模块的第一旋转电机驱动第一旋转阀芯处于第一工作位，控制第二旋转电机驱动第二旋转阀芯处于第三工作位，单出杆液压缸的有杆腔的高压油液被压出经双旋转阀芯整流模块的第一旋转阀芯的第一工作位的进出油口输入至高压油路部分，进而输入发电模块，发电模块将高压油液转换为低压油液后输入低压油路部分，低压油路部分将低压油液经双旋转阀芯整流模块的第二旋转阀芯的第三工作位的进出油口输入至单出杆液压缸的无杆腔；当单出杆液压缸的活塞杆向下运动，控制器控制双旋转阀芯整流模块的第一旋转电机驱动第一旋转阀芯处于第三工作位，控制第二旋转电机驱动第二旋转阀芯处于第一工作位，单出杆液压缸的无杆腔的高压油液被压出经双旋转阀芯整流模块的第二旋转阀芯的第一工作位的进出油口输入至高压油路部分，进而输入发电模块，发电模块将高压油液转换为低压油液后输入低压油路部分，低压油路部分将低压油液经双旋转阀芯整流模块的第一旋转阀芯的第三工作位的进出油口输入至单出杆液压缸的有杆腔。
28.控制器控制双旋转阀芯整流模块的第一旋转电机和第二旋转电机的旋转角度来调节第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的开度，具体为根据单出杆液压缸的有杆腔与无杆腔的面积比，通过控制器对第一旋转电机和第二旋转电机施加控制信号，令第一旋转阀芯阀口开度与第二旋转阀芯阀口开度之比等于单出杆液压缸的有杆腔与无杆腔面积比；上述控制可以针对单出杆液压缸非对称结构导致的两个方向上运动的动态特性存在差异的问题，来消除液单出杆液压缸的活塞杆来回往复运动时由于非对称结构导致的油液压力波动，一方面可以减小前期对系统主油路的冲击，使得系统更加稳定和易于控制，另一方面由于双旋转阀芯整流模块与单出杆液压缸的良好匹配，一定程度上减小了能量的损耗，提高了系统的捕能效率。还可以根据当前系统流量和压力独立调整双旋转阀芯整流模块的两个旋转阀芯的阀口开度比例以动态匹配波浪力的变化，实现高效平稳整流，使系统捕能效率得到进一步的提升。
29.第一旋转阀芯和第二旋转阀芯的调节相互独立，不存在耦合关系；双旋转阀芯整流模块实现不论单出杆液压缸是行程还是回程，单出杆液压缸的液压油都进入液压系统高压油路部分，并从低压油路部分回流到单出杆液压缸；双旋转阀芯整流模块和电液比例溢流调速阀分别控制单出杆液压缸的输出流量和压力以及输入液压马达的流量和压力，对于双旋转阀芯整流模块的控制可以实现平稳高效整流，控制器对于电液比例溢流调速阀的的
阀口开度的控制可以实现发电机相对恒定的转速和输出电压。
30.本发明的有益效果是：
31.本发明针对当前大多数波浪能发电液压pto系统所采用的单出杆液压缸非对称结构导致的两个方向上运动的动态特性存在差异的问题，通过双旋转阀芯整流模块消除了液压缸活塞杆来回往复运动时由于非对称结构导致的油液压力波动，不但减小了前期对系统主油路的冲击，使得系统更加稳定和易于控制，而且由于双旋转阀芯整流模块与单出杆液压缸的良好匹配，一定程度上减小了能量损耗，提高了系统的捕能效率。
32.针对波浪力不够大时系统启动或反向运动液压缸活塞瞬时速度降为零系统容易陷入死区的问题，本发明通过内置位移传感器检测当前活塞的运动状态，并通过调整双旋转阀芯整流模块有效地避免了系统陷入死区，令系统总工作时间得到了延长，从而提高了系统的发电效率；另外，还可以根据当前系统流量和压力独立调整双旋转阀芯整流模块的两个旋转阀芯的阀口开度比例以动态匹配波浪力的变化，使系统捕能效率得到进一步的提升。
附图说明
33.图1是本发明液压pto系统整体结构示意图；
34.图2是本发明液压pto系统控制方法示意图；
35.图中：1、单出杆液压缸，1a、机械浮子，1b、位移传感器，2、双旋转阀芯整流模块，2a1、第一旋转电机，2a2、第一旋转阀芯，2b1、第二旋转电机，2b2、第二旋转阀芯，3、安全阀，4a、第一截止阀，4b、第二截止阀，5a、第一电磁阀，5b、第二电磁阀，5c、第三电磁阀，6a、高压蓄能器，6b、低压蓄能器，7a、第一压力传感器，7b、第二压力传感器，7c、第三压力传感器，8a、第一流量计，8b、第二流量计，9、液压堵头，10、冷却器，11、过滤器，12、测压接头，13a、第一单向阀，13b、第二单向阀，13c、第三单向阀，14、在线污染监测仪，15、比例溢流阀，16、电液比例溢流调速阀，17、液压马达，18、发电机，19、控制器。
具体实施方式
36.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
37.如图1所示，本发明液压pto系统包括单出杆液压缸1、双旋转阀芯整流模块2、高压油路部分、低压油路部分、发电模块和控制器；单出杆液压缸1的有杆腔的进出油口依次连通双旋转阀芯整流模块2、高压油路部分、发电模块、低压油路部分后再经双旋转阀芯整流模块2连通至单出杆液压缸1的无杆腔的进出油口；发电模块电连接外部用电设备；单出杆液压缸1的有杆腔内的活塞杆上安装有位移传感器1b，活塞杆的伸出端连接机械浮子1a，机械浮子1a漂浮在水面上；控制器电连接位移传感器1b、双旋转阀芯整流模块2、高压油路部分和低压油路部分。机械浮子1a随着波浪的随机起伏不停地上下振荡，进而驱动单出杆液压缸1的活塞杆往复运动，位移传感器1b获取活塞杆的运动速度和加速度等信息并传输至控制器中。
38.高压油路部分沿液压pto系统中的液压油的传输方向包括依次连通的第一截止阀4a、第一流量计8a、高压蓄能器模块、电液比例溢流调速阀16和第二流量计8b，第一截止阀4a的输入端连通双旋转阀芯整流模块2，第二流量计8b的输出端连通发电模块的输入端，第
二流量计8b和发电模块之间连接有第二压力传感器7b；所述的低压油路部分沿液压pto系统中的液压油的传输方向包括依次连通的液压油液污染监测模块、低压蓄能器模块和第二截止阀4b，液压油液污染监测模块的输入端连通发电模块的输出端，第二截止阀4b的输出端连通双旋转阀芯整流模块2，发电模块和液压油液污染监测模块之间连接有第三压力传感器7c；第一流量计8a、高压蓄能器模块、电液比例溢流调速阀16、第二流量计8b、第二压力传感器7b、第三压力传感器7c、液压油液污染监测模块、低压蓄能器模块均电连接控制器。
39.液压pto系统还包括第一调压油路、卸载油路和第二调压油路，第一调压油路的输入端连通在第一截止阀4a的输出端和第一流量计8a的输入端之间，第一调压油路的输出端连通在低压蓄能器的输入端和液压油液污染监测模块的输出端之间，第一调压油路上设有安全阀3，安全阀3的两端的工艺孔上分别设有液压堵头9；卸载油路和第二调压油路的输入端均依次连通在高压蓄能器模块的输入端和电液比例溢流调速阀16的输入端之间，第二调压油路和卸载油路的输出端均依次连通在发电模块的输出端和液压油液污染监测模块输入端之间，卸载油路和第二调压油路上分别设有第三电磁阀5c和比例溢流阀15；第三电磁阀5c和比例溢流阀15均电连接控制器19。
40.高压油路部分和低压油路部分组成了系统的主油路部分，且该油路为闭式油路，油液充入后便可在其中循环。第一调压油路用于设定整个液压pto系统的最高油液压力，在液压pto系统中起安全保护作用，当系统压力超过设定值时，安全阀3打开，将液压pto系统中的油液压力卸载，从而保证液压pto系统不因压力过高而发生事故；卸载油路用于在高压蓄能器模块的高压蓄能器6a蓄能达到一定压力之前避免液压油进入到发电模块的液压马达17当中导致液压pto系统做无用功，实现间歇式平稳发电；第二调压油路用于设定发电模块的液压马达17工作在最高油液压力，当工作压力超过设定值时，比例溢流阀15打开，将液压pto系统中的油液压力卸载，从而保证液压马达17不因压力过高而发生损坏。
41.双旋转阀芯整流模块2包括第一旋转电机2a1、第一旋转阀芯2a2、第二旋转电机2b1和第二旋转阀芯2b2，第一旋转电机2a1和第二旋转电机2b1的输出轴分别连接第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2；第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2均分别包括三个工作位，第一旋转阀芯2a2的第二工作位在第一工作位和第三工作位之间，第一旋转阀芯2a2的第一工作位靠近第一旋转电机2a1，第二旋转阀芯2b2的第二工作位在第一工作位和第三工作位之间，第二旋转阀芯2b2的第一工作位靠近第二旋转电机2b1；第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2的第二工作位均关闭，即第二工作位的油口均处于关闭状态，不与任何油路连通，用于系统保压；第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2的第一工作位和第三工作位均分别有一个进出油口，第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2的第一工作位的进出油口均连通高压油路部分的第一截止阀4a的输入端，第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2的第三工作位的进出油口均连通底压油路部分的第二截止阀4b的输出端。
42.当单出杆液压缸1的活塞杆向上运动，第一旋转阀芯2a2处于第一工作位，第二旋转阀芯2b2处于第三工作位，单出杆液压缸1的有杆腔高压油液经第一旋转阀芯2a2的第一工作位进出油口输入至高压油路部分，低压油路部分的低压油液经第二旋转阀芯2b2的第三工作位流入单出杆液压缸1的无杆腔；当单出杆液压缸1的活塞杆向下运动，第一旋转阀芯2a2处于第三工作位，第二旋转阀芯2b2处于第一工作位，单出杆液压缸1的无杆腔高压油液经第二旋转阀芯2b2的第一工作位进出油口输入至高压油路部分，低压油路部分的低压
油液经第一旋转阀芯2a2的第三工作位流入单出杆液压缸1的有杆腔；第一旋转电机2a1和第二旋转电机2b1均电连接控制器。
43.高压蓄能器模块包括第一电磁阀5a、高压蓄能器6a和第一压力传感器7a，第一电磁阀5a的输入端连通在第一流量计8a的输出端和卸载油路的第三电磁阀5c的输入端之间，第一电磁阀5a的输出端连通高压蓄能器6a，第一压力传感器7a连接在第一电磁阀5a和高压蓄能器6a之间；所述的低压蓄能器模块包括第二电磁阀5b和低压蓄能器6b，第二电磁阀5b的输入端连通在第二截止阀4b的输入端和第一调压油路的安全阀3的输出端之间，第二电磁阀5b的输出端连通低压蓄能器6b；第一电磁阀5a、第二电磁阀5b和第一压力传感器7a均电连接控制器19。
44.液压油液污染监测模块包括冷却器10、两个过滤器11、两个测压接头12、第一单向阀13a、第二单向阀13b和在线污染监测仪14，两个测压接头12连接在第一调压油路的安全阀3的输出端和卸载油路的第三电磁阀5c的输出端之间；两个测压接头12沿液压pto系统中的液压油的传输方向依次连通两个过滤器11和冷却器10；两个测压接头12之间还连通有第一单向阀13a和第二单向阀13b，第一单向阀13a的输入端和输出端分别连通第二单向阀13b的输出端和输入端，第一单向阀13a的导通方向和沿液压pto系统中的液压油的传输方向相同，第二单向阀13b的导通方向和沿液压pto系统中的液压油的传输方向相反；两个测压接头12之间还连通有在线污染监测仪14；在线污染监测仪14电连接控制器19。
45.过滤器11和两个冷却器10分别起到油液过滤和冷却的作用，其中由于海洋环境的复杂性，对于油液的清洁度要求更高，过滤器11设置为两个以提高油液过滤精度；在线污染监测仪14用于监测油液污染情况；第一单向阀13a的单向导通方向为顺时针方向，但有一定的背压，正常工作情况不流通，当过滤器11堵塞时冲破背压以避免压力过大发生损坏，进一步在第一单向阀13a的两端旁接一个第二单向阀13b，单向导通方向为逆时针方向，目的在于均压以防止气蚀。
46.发电模块包括第三单向阀13c、液压马达17和发电机18，液压马达17的输入端和输出端分别连通第二流量计8b的输出端和第二调压油路的比例溢流阀15的输出端之间；液压马达17的输入端和输出端分别连通第三单向阀13c的输入端和输出端；液压马达17的旋转轴连接发电机18，发电机18电连接外部用电装置；第三单向阀13c用于回油补充，避免气蚀；第二压力传感器7b连接在第二流量计8b的输出端和液压马达17的输入端之间，第三压力传感器7c连接在液压马达17的输出端和第二调压油路的比例溢流阀15的输出端之间。
47.双旋转阀芯整流模块2对高压油路部分和低压油路部分中的双向流动油液进行整流令其单向流动，发电模块的液压马达17将单向流动油液的液压能转换成旋转机械能，发电模块的发电机18继而将旋转机械能转换成电能输出。
48.在液压pto系统发电过程中，第一截止阀4a和第二截止阀4b在系统正常工作前需要手动或电动打开，并保持常开，仅当系统报警或停机维护期间关闭；第一流量计8a用于检测双旋转阀芯整流模块2高压输出端的流量；第二流量计8b用于检测液压马达17输入端的流量；第二压力传感器7b用于检测液压马达17输入端的压力；高压蓄能器6a的作用是蓄能稳压、削峰填谷以保证系统稳定运行，当高压蓄能器模块的第一压力传感器7a检测到设定高压到达压力后打开第一电磁阀5a使高压蓄能器6a的油液压力快速释放到高压油路部分中；电液比例溢流调速阀16根据检测压力和流量实时调节阀口开度来控制进入液压马达17
的流量，从而实现发电机18相对恒定的转速和输出电压；第三压力传感器7c用于检测液压马达17输出端的压力；低压蓄能器6b的作用是吸收回油的油压，消除排油压力波动，低压蓄能器模块的第二电磁阀5b正常工作时保持常开，系统报警或停机维护时关闭。
49.本发明液压pto系统的控制方法包括如下步骤：
50.步骤1：将液压pto系统的第一压力传感器7a、第二压力传感器7b、第三压力传感器7c的传感器参数和控制器19的控制参数进行初始化，在预设的液压pto系统的压力参数下开启液压pto系统，依次打开第一截止阀4a、第二截止阀4b、第一电磁阀5a、第二电磁阀5b和电液比例溢流调速阀16，并在液压pto系统正常工作时均保持开启。
51.步骤1中，预设的液压pto系统的压力参数包括安全阀3的系统压力、比例溢流阀15的工作压力和第一压力传感器7a的高压到达压力，安全阀3的系统压力略高于比例溢流阀15的工作压力；在液压pto系统正常工作时安全阀3、第三电磁阀5c和比例溢流阀15均关闭；当液压pto系统非正常工作时：当控制器19接收到压力传感器7a检测的系统压力超过安全阀3的系统压力时，控制器19发出警报，液压pto系统处于非正常工作情况，此时打开安全阀3，将液压pto系统中的油液压力卸载，从而保证系统不因压力过高而发生事故，当系统压力不超过安全阀3的系统压力时，关闭安全阀3；当控制器19接收到压力传感器7b检测的液压马达17的工作压力超过比例溢流阀15的工作压力时，控制器19发出警报，液压pto系统处于非正常工作情况，此时打开比例溢流阀15，将液压pto系统中的油液压力卸载，从而保证液压马达17不因压力过高而发生损坏，当液压马达17的工作压力不超过比例溢流阀15的工作压力时，关闭比例溢流阀15；当控制器19接收到第一压力传感器7a检测的高压蓄能器6a的工作压力超过第一压力传感器7a的高压到达压力时，控制器19发出警报，液压pto系统处于非正常工作情况，此时关闭第一电磁阀5a，当高压蓄能器6a的工作压力不超过第一压力传感器7a的高压到达压力时，打开第一电磁阀5a。
52.液压pto系统处于非正常工作情况，还包括：控制器19接收到第一流量计8a和第二流量计8b检测的液压马达17的输出流量和输入流量不在预设流量范围内，控制器19接收到第二压力传感器7b和第三压力传感器7c检测的液压马达17的输入压力和输出压力不在预设压力范围内，控制器19接收到在线污染监测仪14反馈的液压pto系统的油液受到污染，以及液压pto系统遭遇短时极端波浪，控制器19均发出警报，此时对液压pto系统进行待机维护或停机维护，具体为先将双旋转阀芯整流模块2的第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2设定为同时处于各自的第二工作位，此时系统处于保压状态，单出杆液压缸1的活塞杆停止往复运动，单出杆液压缸1跟着机械浮子1a整体往复振荡，不再继续做功，以保护系统的安全避免损坏装置，此时系统保持启动，以便极端波浪或待机维护结束后迅速恢复工作；在液压pto系统停机维护时，还需同时关闭第一截止阀4a、第二截止阀4b、第一电磁阀5a和第二电磁阀5b，以切断液压pto系统的高压油路部分和低压油路部分主油路与单出杆液压缸1的连接；再对液压pto系统进行待机维护或停机维护，当系统维护结束后消除报警信号，使液压pto系统恢复正常工作情况。
53.液压pto系统处于非正常工作情况，还包括：控制器19接收到位移传感器1b检测的单出杆液压缸1的活塞杆的瞬时位移为零，即在波浪力不够大时活塞杆的瞬时速度降为零，此时系统容易陷入死区，此时使用控制器19将双旋转阀芯整流模块2的第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2设定为同时处于各自的第三工作位，使得单出杆液压缸1的有杆腔和无杆
腔同时接入低压油路部分，此时液压pto系统不做功，使得单出杆液压缸1的活塞杆在极小的波浪力工况下也能获得一定的初速度以顺利突破死区，直至控制器19接收到位移传感器1b检测的单出杆液压缸1的活塞杆的瞬时位移不为零时，使用控制器19调整双旋转阀芯整流模块2的第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯恢复到正常工作位，使得液压pto系统继续做功输出电能。这样虽然使系统短暂地停止做功，但有效地避免了系统陷入死区，令系统总工作时间得到了延长，从而提高了系统的发电效率。
54.步骤2：将一个或多个液压pto系统置于波浪中，针对每个液压pto系统，液压pto系统的单出杆液压缸1的活塞杆的伸出端连接的机械浮子1a在波浪的作用下往复运动，带动单出杆液压缸1的活塞杆往复运动，双旋转阀芯整流模块2对高压油路部分和低压油路部分中的双向流动油液进行整流令其单向流动，最终通过液压马达17将单向流动油液液压能转换为旋转机械能，进而通过发电机18将旋转机械能转换为电能输出至外部用电设备。
55.步骤2中，单出杆液压缸1的活塞杆往复运动时，将波浪能转化为液压能，当单出杆液压缸1的活塞杆向上运动，控制器19控制双旋转阀芯整流模块2的第一旋转电机2a1驱动第一旋转阀芯2a2处于第一工作位，控制第二旋转电机2b1驱动第二旋转阀芯2b2处于第三工作位，单出杆液压缸1的有杆腔的高压油液被压出经双旋转阀芯整流模块2的第一旋转阀芯2a2的第一工作位的进出油口输入至高压油路部分，进而输入发电模块，发电模块将高压油液转换为低压油液后输入低压油路部分，低压油路部分将低压油液经双旋转阀芯整流模块2的第二旋转阀芯2b2的第三工作位的进出油口输入至单出杆液压缸1的无杆腔；当单出杆液压缸1的活塞杆向下运动，控制器19控制双旋转阀芯整流模块2的第一旋转电机2a1驱动第一旋转阀芯2a2处于第三工作位，控制第二旋转电机2b1驱动第二旋转阀芯2b2处于第一工作位，单出杆液压缸1的无杆腔的高压油液被压出经双旋转阀芯整流模块2的第二旋转阀芯2b2的第一工作位的进出油口输入至高压油路部分，进而输入发电模块，发电模块将高压油液转换为低压油液后输入低压油路部分，低压油路部分将低压油液经双旋转阀芯整流模块2的第一旋转阀芯2a2的第三工作位的进出油口输入至单出杆液压缸1的有杆腔。
56.控制器19控制双旋转阀芯整流模块2的第一旋转电机2a1和第二旋转电机2b1的旋转角度来调节第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2的开度，具体为根据单出杆液压缸1的有杆腔与无杆腔的面积比，通过控制器对第一旋转电机2a1和第二旋转电机2b1施加控制信号，令第一旋转阀芯2a2阀口开度与第二旋转阀芯2b2阀口开度之比等于单出杆液压缸1的有杆腔与无杆腔面积比；上述控制可以针对单出杆液压缸1非对称结构导致的两个方向上运动的动态特性存在差异的问题，来消除液单出杆液压缸1的活塞杆来回往复运动时由于非对称结构导致的油液压力波动，一方面可以减小前期对系统主油路的冲击，使得系统更加稳定和易于控制，另一方面由于双旋转阀芯整流模块2与单出杆液压缸1的良好匹配，一定程度上减小了能量的损耗，提高了系统的捕能效率。还可以根据当前系统流量和压力独立调整双旋转阀芯整流模块2的两个旋转阀芯的阀口开度比例以动态匹配波浪力的变化，实现高效平稳整流，使系统捕能效率得到进一步的提升。
57.第一旋转阀芯2a2和第二旋转阀芯2b2的调节相互独立，不存在耦合关系；双旋转阀芯整流模块2实现不论单出杆液压缸1是行程还是回程，单出杆液压缸1的液压油都进入液压系统高压油路部分，并从低压油路部分回流到单出杆液压缸1；双旋转阀芯整流模块2和电液比例溢流调速阀16分别控制单出杆液压缸1的输出流量和压力以及输入液压马达17
的流量和压力，对于双旋转阀芯整流模块2的控制可以实现平稳高效整流，控制器19对于电液比例溢流调速阀16的的阀口开度的控制可以实现发电机18相对恒定的转速和输出电压。
58.本发明为实现发电机18输出功率稳定在一定范围，只需保证液压马达17输入流量稳定即可。根据以下理论模型，可通过第二流量计8b检测到的当前流入液压马达17的流量、第一压力传感器7a检测到的当前高压蓄能器6a的压力值、第二压力传感器7b检测到的当前液压马达17输入端的压力值反推出当前电液比例溢流调速阀16的阀口开度，控制在一定的流入液压马达17的流量值附近则可以实现发电机18平稳发电，同时也可得出当高压蓄能器6a压力达到多少时可发电工作，模型具体如下：
[0059][0060]
其中，q为流过电液比例溢流调速阀16节流口的流量；cd为电液比例溢流调速阀16节流口流量系数；a为电液比例溢流调速阀16节流口的通流面积；ρ为液压油密度；δp为电液比例溢流调速阀16节流口前后压差；m为电液比例溢流调速阀16的节流指数，m＝0.5～1。
[0061]
此时若将电液比例溢流调速阀16的阀口开度开到一个定值，通过流入液压马达17的流量、高压蓄能器6a的压力值、以及液压马达17输入端的压力值转换为模拟信号输出给控制器，控制器通过a/d转换将其变为数字量，并记录下来，选取流入液压马达17的流量在控制流量设定值时所对应的电液比例溢流调速阀16节流口前后压差值，便可以得到该压差所对应的使发电机18在额定条件下工作的电液比例溢流调速阀16的阀口开度值。最终选出流入液压马达17的流量为流量设定值时各电液比例溢流调速阀16阀口开度所对应的压差值为理想压差，然后得出理想压差与电液比例溢流调速阀16阀口开度的关系作为电液比例溢流调速阀16的控制曲线，以此为依据进行控制器19的设计，可实现系统的平稳发电。