步進(jìn)式液壓元件防堵控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法及機(jī)械設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及液壓領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種步進(jìn)式液壓元件防堵控制設(shè)備、系統(tǒng)、方 法及機(jī)械設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 步進(jìn)式液壓元件是利用步進(jìn)電機(jī)作為電機(jī)械轉(zhuǎn)換器的一種數(shù)字控制液壓元件，其 主要包含:步進(jìn)電機(jī)、反饋機(jī)構(gòu)、流量控制閥和液壓執(zhí)行元件。工作過(guò)程如下:步進(jìn)電機(jī)接受 脈沖序列的控制，輸出位移轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖數(shù)成正比，接著通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置(例 如，滾珠絲杠(或螺桿螺母)機(jī)構(gòu))將轉(zhuǎn)角變成流量控制閥的閥忍位移，再經(jīng)過(guò)液壓執(zhí)行元件 (例如，步進(jìn)式液壓缸、步進(jìn)式液壓馬達(dá))進(jìn)行液壓放大，輸出相應(yīng)的位移或轉(zhuǎn)角(例如，步進(jìn) 式液壓缸的活塞位移或步進(jìn)式液壓馬達(dá)的馬達(dá)轉(zhuǎn)角）。該活塞位移或馬達(dá)轉(zhuǎn)角可通過(guò)反饋 機(jī)構(gòu)（例如，滾珠絲杠）反饋到流量控制閥的閥忍上，形成對(duì)該閥忍位移的閉環(huán)控制。因此， 活塞位移或馬達(dá)轉(zhuǎn)角與輸入至步進(jìn)電機(jī)的脈沖序列的累計(jì)數(shù)量成正比，活塞速度或馬達(dá)轉(zhuǎn) 速與步進(jìn)電機(jī)脈沖序列的頻率成正比。
[0003] 步進(jìn)式液壓元件因采用閉環(huán)控制而精度高，因采用機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)而工作可靠、抗 干擾能力強(qiáng)，因采用步進(jìn)電機(jī)作為電機(jī)械轉(zhuǎn)換器而驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、造價(jià)不高，因此步進(jìn)式液壓元 件在數(shù)控機(jī)床中獲得了廣泛應(yīng)用。近年，W工程機(jī)械為典型代表的先進(jìn)制造裝備對(duì)性能好、 工作可靠、成本低、智能化的要求日益攀升，步進(jìn)式液壓元件存在有巨大的潛在應(yīng)用空間。
[0004] 然而，現(xiàn)有的步進(jìn)式液壓元件容易出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在電機(jī)堵轉(zhuǎn)的情況下，會(huì) 存在W下兩方面的問(wèn)題：
[000引1)降低了可靠性：電機(jī)堵轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)線圈電流急劇增大，線圈發(fā)熱迅速攀升，容 易導(dǎo)致線圈絕緣失效、進(jìn)而燒損。
[0006] 2)縮小了控制范圍：電機(jī)堵轉(zhuǎn)后，再給予任何脈沖序列，已無(wú)法進(jìn)一步增大閥忍開(kāi) 口，而現(xiàn)有技術(shù)為了防止堵轉(zhuǎn)，只能憑經(jīng)驗(yàn)?zāi)：亟档兔}沖頻率而預(yù)留出一定的防堵轉(zhuǎn)頻 率空間，相當(dāng)于添加了一個(gè)飽和環(huán)節(jié)，導(dǎo)致脈沖頻率-元件速度的控制范圍被人為縮小，為 本就快速性不高的步進(jìn)式液壓元件作了進(jìn)一步地快速性限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種步進(jìn)式液壓元件防堵控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法及機(jī)械設(shè)備， 其可自動(dòng)防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)W提高液壓元件作業(yè)可靠性、擴(kuò)大元件控制范圍。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種步進(jìn)式液壓元件防堵控制設(shè)備，該步進(jìn)式液 壓元件包含:液壓執(zhí)行元件;流量控制閥，用于控制輸入至所述液壓執(zhí)行元件的液壓油的流 量，W驅(qū)動(dòng)所述液壓執(zhí)行元件轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生位移；電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù) 脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，W控制所述流量控制閥的閥忍位移；W及反饋機(jī)構(gòu)，用于將所 述液壓執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)角或位移反饋至所述流量控制閥的閥忍上，W實(shí)現(xiàn)對(duì)所述閥忍的開(kāi)度 的閉環(huán)控制。該設(shè)備包括:接收器，用于接收流量控制閥進(jìn)油口壓力與出油口的壓力、負(fù)載 壓力w及指令脈沖頻率f;w及控制器，用于根據(jù)所述進(jìn)油口壓力與出油口的壓力w及負(fù)載 壓力，計(jì)算防堵脈沖頻率，將指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果 確定輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率f〇，W防止所述電機(jī)堵轉(zhuǎn)。
[0009]其中，所述防堵脈沖頻率包含一防堵余量?jī)?nèi)對(duì)應(yīng)的脈沖頻率feW及一臨界堵轉(zhuǎn)時(shí) 對(duì)應(yīng)的脈沖頻率fm，所述控制器執(zhí)行W下操作中的一者或多者:在f含fe的情況下，控制輸入 至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率時(shí)為f;在的情況下，控制輸入至所述電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率時(shí)為fe;W及在f>fm的情況下，控制輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖 信號(hào)的頻率時(shí)為0。
[0010]其中，fe = Ke*fm，其中Ke與所述液壓執(zhí)行元件的負(fù)載慣性有關(guān)，負(fù)載慣性越大，Ke越 大。
[0011] 其中，所述臨界堵轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的脈沖頻率fm通過(guò)W下操作而被確定:將所述液壓執(zhí) 行元件設(shè)定為空載；W及逐步增大輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率，直至所述液 壓執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速或位移不再增加，此時(shí)輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率即為所 述臨界堵轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的脈沖頻率fm。
[0012] 其中，所述控制器還根據(jù)輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率fo計(jì)算W下一 者或多者并對(duì)該一者或多者進(jìn)行異常監(jiān)控:所述流量控制閥的閥忍開(kāi)度;所述流量控制閥 的流量;所述液壓執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速或位移；W及所述液壓執(zhí)行元件的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
[0013] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種步進(jìn)式液壓元件防堵控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含:壓力傳感 器，用于檢測(cè)流量控制閥進(jìn)油口的壓力與出油口的壓力W及負(fù)載壓力；W及上述步進(jìn)式液 壓元件防堵控制設(shè)備。
[0014] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種步進(jìn)式液壓元件防堵控制方法，該步進(jìn)式液壓元件包 含:液壓執(zhí)行元件;流量控制閥，用于控制輸入至所述液壓執(zhí)行元件的液壓油的流量，W驅(qū) 動(dòng)所述液壓執(zhí)行元件轉(zhuǎn)動(dòng)或產(chǎn)生位移；電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)脈沖信 號(hào)驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，W控制所述流量控制閥的閥忍位移；W及反饋機(jī)構(gòu)，用于將所述液壓 執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)角或位移反饋至所述流量控制閥的閥忍上，W實(shí)現(xiàn)對(duì)所述閥忍的開(kāi)度的閉環(huán) 控制。該方法包括:接收流量控制閥進(jìn)油口的壓力與出油口的壓力、負(fù)載壓力W及指令脈沖 頻率f;W及根據(jù)所述進(jìn)油口的壓力與出油口的壓力W及負(fù)載壓力，計(jì)算防堵脈沖頻率，將 指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果確定輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 的脈沖信號(hào)的頻率時(shí)，W防止所述電機(jī)堵轉(zhuǎn)。
[0015] 其中，所述防堵脈沖頻率包含一防堵余量?jī)?nèi)對(duì)應(yīng)的脈沖頻率feW及一臨界堵轉(zhuǎn)時(shí) 對(duì)應(yīng)的脈沖頻率fm;所述將指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進(jìn)行比較并根據(jù)比較結(jié)果確 定輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率fo包括:在f含fe的情況下，控制輸入至所述電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率時(shí)為f;在的情況下，控制輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈 沖信號(hào)的頻率fo為fe;W及在f>fm的情況下，控制輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻 率fo為0。
[0016]其中，fe = Ke*fm，其中Ke與所述液壓執(zhí)行元件的負(fù)載慣性有關(guān)，負(fù)載慣性越大，Ke越 大。
[0017]其中，所述防堵余量?jī)?nèi)對(duì)應(yīng)的脈沖頻率fe通過(guò)W下操作而被確定:將所述液壓執(zhí) 行元件設(shè)定為空載；W及逐步增大輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率，直至所述液 壓執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速或位移不再增加，此時(shí)輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率即為所 述防堵余量?jī)?nèi)對(duì)應(yīng)的脈沖頻率fe。
[0018] 其中，該方法還包括:根據(jù)輸入至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)的頻率fo計(jì)算W下 一者或多者并對(duì)該一者或多者進(jìn)行異常監(jiān)控:所述流量控制閥的閥忍開(kāi)度;所述流量控制 閥的流量;所述液壓執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)速或位移；W及所述液壓執(zhí)行元件的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
[0019] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種機(jī)械設(shè)備，該機(jī)械設(shè)備包含上述步進(jìn)式液壓元件防堵 控制系統(tǒng)。
[0020] 通過(guò)上述技術(shù)方案，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸入至電機(jī)的脈沖序列的頻率，使其適應(yīng)液壓元 件的負(fù)載變化，避免電機(jī)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生，提高了液壓元件作業(yè)可靠性。另外，該調(diào)節(jié)方式 并未縮小脈沖頻率-元件速度的控制范圍。
[0021] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予W詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0023] 圖la和圖化為步進(jìn)液壓馬達(dá)的流量控制閥的輸出流量特性曲線示意圖；
[0024] 圖2a和圖化分別為步進(jìn)液壓馬達(dá)的流量控制閥在電機(jī)正常工作與發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的 輸出流量特性曲線的動(dòng)態(tài)過(guò)程示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明提供的步進(jìn)式液壓元件防堵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4a和圖4b為本發(fā)明提供的步進(jìn)式液壓元件防堵控制系統(tǒng)中步進(jìn)液壓馬達(dá)的關(guān) 鍵參數(shù)示意曲線圖；
[0027] 圖5為計(jì)算臨界堵轉(zhuǎn)情況下