一種補充式雙缸同步液壓控制方法及系統與流程
2023-04-23 21:51:11
本發明屬於液壓控制技術領域，具體涉及一種補充式雙缸同步液壓控制方法及系統。
背景技術：
發射車起豎負載質量不斷增加，其起豎裝置也就需選擇雙缸液壓缸，使負載質量大幅增加的基礎上，仍能保持其在起豎過程的平穩。但是，雙缸同時操作會存在一個嚴重的問題，即雙缸同時做同步起或落操作時，存在一定的同步誤差，該誤差的存在對液壓缸影響非常嚴重，尤其是發射車起豎機構存在總行程長而初始行程短的特點，雙缸均需採用多級油缸，在換級過程的不同步，將會導致液壓缸缸筒和活塞杆變形，甚至導致嚴重的安全事故。
雙缸同步液壓系統控制一般採用的同步糾偏控制系統，根據其應用場合的精度要求，控制方法有調速閥分流同步系統、比例換向閥的PID控制等。例如專利號為CN 103388602A的一種協同式高精度液壓雙缸同步系統及其控制方法，通過基於高速開關閥及模糊控制策略的協同式雙缸同步控制方法，利用高速開關閥的流量特性以及模糊控制策略，實現對液壓缸的協同速度控制實現雙缸同步控制，但該方法採用高速開關閥對液壓系統要求較高，不適合發射車多變的工作環境，而且其同步精度也不能滿足發射車起豎機構在起豎過程中對雙缸同步精度的要求。
技術實現要素：
針對現有技術狀況及精度需求，本發明的第一目的在於：提供一種控制精度高、伸縮行程長、負載質量大、基於同步輔助補油控制策略的補充式雙缸同步液壓系統及其控制方法，大幅降低流量同步控制過頻引起的振蕩及同步誤差問題，提高液壓系統運行的可靠性及安全性。本發明的第二目的是提供一種設有所述雙缸同步控制液壓系統的發射車起豎系統。
本發明採用的技術解決方案如下：
一種補充式雙缸同步液壓控制方法，具體為：採集兩個液壓缸的行程信息，按照如下方式控制主泵和輔泵壓力及流量輸出對兩個液壓缸進行液壓控制：
兩液壓缸伸出過程中，當|液壓缸A行程值-液壓缸B行程值|≥兩個液壓缸行程平均值對應的補油臨界值時，觸發補油流程，具體為：若第一液壓缸A行程值＞第二液壓缸B行程值，則控制輔泵的壓力及流量輸出給第二液壓缸B大腔補油，直至第一液壓缸A行程值-第二液壓缸B行程值≤0，停止給第二液壓缸B大腔補油；若第二液壓缸B行程值＞第一液壓缸A行程值，則控制輔泵的壓力及流量輸出給第一液壓缸A大腔補油，直至第二液壓缸B行程值-第一液壓缸A行程值≤0，停止給第一液壓缸A大腔補油；
兩液壓缸回收過程中，當|第一液壓缸A行程值-第二液壓缸B行程值|≥兩個液壓缸行程平均值對應的補油臨界值時觸發補油流程，具體為：若第一液壓缸A行程值＞第二液壓缸B行程值，第一液壓缸A速度較慢，則控制輔泵壓力及流量輸出給第一液壓缸A小腔補油，直至第一液壓缸A行程值-第二液壓缸B行程值≤0時，停止給第一液壓缸A小腔補油；若第二液壓缸B行程值＞第一液壓缸A行程值，第二液壓缸B速度較慢，則控制輔泵壓力及流量輸出給第二液壓缸B小腔補油，直至第二液壓缸B行程值-第一液壓缸A行程值≤0，停止給第二液壓缸B小腔補油；
兩液壓缸伸出和回收過程中，當|第一液壓缸A行程值-第二液壓缸B行程值|≥兩個液壓缸行程平均值對應的最大允許誤差時，暫停主泵壓力流量輸出，只開通單缸輔泵補油流程；
兩液壓缸伸出和回收過程中，當單個油缸行程超過目標點行程時主泵停止工作，僅通過輔泵進行補油直至兩個油缸行程平均值達到目標點行程時，輔泵停止工作，本輪操作完成。
本發明一種補充式雙缸同步液壓控制系統，包括：兩個安裝有行程傳感器的多級液壓缸、主泵比例調速閥和電液切換閥、輔泵比例調速閥和兩組輔泵換向閥、油缸平衡閥組、兩組油缸大腔閥塊和小腔閥塊，固化有控制策略的PLC控制器；
所述的高精度行程傳感器與多級液壓缸固定連接，並實時測量液壓缸的位移信息送入PLC控制器；所述主泵比例調速閥與主泵電液切換閥串聯，輸出液壓分為兩組接入平衡閥塊，繼而通過大腔閥塊和小腔閥塊分別與對應的液壓缸連接；所述平衡閥塊和大腔閥塊和小腔閥塊用於液壓缸伸出/收回暫停時，液壓缸端與控制液壓閥端的自主穩定輔泵比例調速閥與兩組輔泵換向閥串接，其中一組輔泵換向閥輸出的液壓通過一組大腔閥塊和小腔閥塊輸出給一個多級液壓缸實現補油控制，另一組輔泵換向閥輸出的液壓通過另一組大腔閥塊和小腔閥塊輸出給另一個多級液壓缸實現補油控制；所述的PLC控制器內固化有控制策略；PLC控制器輸出的模擬控制信號直接控制主泵比例調速閥、輔泵比例調速閥的液壓流量，直接控制主泵電液切換閥、兩組輔泵換向閥的液壓壓力。
所述的主泵比例調速閥與主泵流量之間、輔泵比例調速閥與輔泵流量之間、主泵電液切換閥與主泵壓力及液壓缸伸/縮方向之間、輔泵換向閥與輔泵壓力及液壓缸伸/縮方向之間均存在嚴格的線性關係，且這些液壓閥均工作在線性工作區域；輸入模擬控制信號直接控制對應液壓閥的開度及方向，可直接通過主泵流量控制實現對液壓缸的速度控制，通過輔泵流量的動態補充實現對雙缸的同步調整。
本發明通過全行程最大允許誤差及補油臨界值，通過主泵承擔伸出或收回負載、輔泵對滯後液壓缸進行動態補油的思路，通過PLC控制器中固化的動態補油策略對液壓缸同步控制，使雙缸快速同步穩定運行。本發明同現有技術相比，其優越性在於：
(1)本發明通過直接在液壓缸油路輸入端並聯接入補充輔泵油路，可在不頻繁改變主泵控制速度的同時，通過輔泵補油實現雙缸的同步，減少了負載振蕩發生，提高了雙缸同步的穩定性。試驗表明，本發明提出的方法比現有方法雙缸同步精度高。
(2)本發明通過PLC控制器中的控制策略調整雙缸主泵、輔泵液壓流量控制曲線，可適應不同負載的高精度同步操作，應用範圍更廣。
附圖說明
圖1是本發明實施例中補充式雙缸同步液壓控制系統結構圖；
圖2是本發明實施例中液壓油缸起豎過程(伸出)控制策略示意圖；
圖3是本發明實施例中的雙缸起豎全過程平均行程與主、輔泵液壓流量控制參數曲線；
圖4是本發明實施例中雙缸同步起豎過程(伸出)PLC控制策略流程圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例：
某型號發射車起豎負載質量數十噸，其起豎裝置經結構仿真計算推薦採用雙缸多級(4級)液壓缸完成負載起豎操作，其雙缸間最大允許誤差與油缸總長呈線性關係，其最大允許誤差不大於油缸總長度的0.5％。當油缸在起豎零位時，對應的油缸伸出長度為為0mm，油缸總長度為4030mm，最大允許同步誤差為20mm；當油缸起豎到垂直狀態時，對應的油缸伸出長度為12010mm，油缸總長為16040mm，最大允許同步誤差為80mm。
為保證雙缸同步輸出的穩定性和測量精度，左右起豎油缸上均安裝有誤差小於0.1％的高精度行程傳感器，並在安裝前後進行了誤差校準。
在發射車上按圖1所示安裝補充式雙缸同步液壓控制系統，以雙缸起豎過程(伸出)為例，其液壓控制策略如圖2所示。
發射車根據負載質量、液壓缸特性、液壓缸運行速度要求等，綜合計算分析主泵液壓壓力保持為10MPa、全行程的液壓流量控制曲線，例如在雙缸換級前、到達目的為止前均進行均勻減速處理，在雙缸起始運動時、換級完成後均進行了均勻增速處理，以確保運行的穩定。然後，按照2.5:1的比例設定出雙缸行程平均值時輔泵對應的輔泵補油流量值，為防止液壓閥自身的不穩定，其計算後流量值小於20％的按20％設定，輔泵液壓壓力按大於主泵液壓壓力2MPa設定，雙缸起豎全過程平均行程與主、輔泵液壓流量控制參數曲線見圖3，其中主泵採用2個比例調速閥控制流量輸出，其最大輸出流量開度為200％。
雙缸間最大允許誤差按雙缸起豎全過程平均行程的0.5％計算，取最大允許誤差值的70％作為對應行程位置的補油臨界值。
軟體設計根據補充式雙缸同步液壓控制系統液壓缸伸出補油策略，制定本實施例中雙缸同步起豎過程(伸出)的PLC控制策略流程見圖4。其中，在輔泵補油流程完成後，主泵在起豎過程中因超出最大允許誤差而暫停的狀態可自動判定無誤後重新開啟。軟體編制完成後，將具體化的控制策略寫入PLC控制器中。
在發射車上按照要求搭建補充式雙缸同步液壓控制系統，並進行多次空載及滿載起豎系統測試。其測試結果表明，本方法能有效消除雙缸的不同步，其雙缸同步誤差與其平均行程的比值均在0.4％以下，其最大誤差比值出現在液壓油缸換級位置，對於最大比值為0.46％，滿足發射車結構系統要求的雙缸間最大允許誤差不大於油缸總長度0.5％的要求。
本發明充分考慮了液壓閥在低流量控制時輸出精度較低、為確保使用壽命補油閥不能頻繁動作、左行程傳感器和右行程傳感器測量誤差累積等問題，並通過換級前控制雙缸減速來降低左油缸和右油缸換級不同步造成的不同步，設置補油臨界值來減少系統的頻繁補油等，確保其在起豎過程中的高精度穩定運行。出現同步誤差與雙缸平均行程的比值出現大於0.4％的原因除了多級油缸換級的不同步外，觸發開啟補油的補油臨界值設定值較大，約為該比值的0.35％，也是造成該比值較大的一個重要原因。