基于高速电磁开关阀的多液压缸位置协调控制系统

　　0　引言

　　高速电磁开关阀作为一种数字控制元件,在计算机控制系统中得到了越来越广泛的应用。其中,有许多学者研究了使用高速电磁开关阀取代伺服阀或者比例阀来控制 液压缸的系统[1-2]。高速电磁开关阀的PWM控制系统一般有4种回路型式,即半桥控制回路、全桥控制回路、增大流量比例控制回路和流量方向控制回路 [3]。半桥控制回路中以液压缸的单个腔作为控制腔,根据选用的高速电磁开关阀不同可以分为两位两通式半桥回路和两位三通式半桥回路;全桥回路使用液压缸 的两个腔,也有类似的分类。例如,贺娟[4]以两个两位三通的高速电磁开关阀组成全桥回路来构成液压缸位置控制系统,建立了该系统的数学模型,并设计了相 应的控制器。高建臣[5]研究了以4个两位两通高速电磁开关阀构成的全桥回路,设计了模糊控制器。作者以液压缸的单个腔为控制腔,使用5个两位三通的高速 电磁开关阀和5个普通阀来构成5个半桥控制回路。该系统可以很好地模拟拥有5个柱塞腔的曲轴连杆式低速大扭矩马达的运动过程。通过控制5个液压缸的位置来 研究马达5个柱塞腔的位置关系,为后续马达的研究奠定基础。同时,该平台上还可以开展多缸同步位置或者力加载研究。

　　1　系统组成结构与特点

　　1·1　液压系统

　　为了尽量模拟径向柱塞式低速大扭矩马达的动作机理,多缸系统采用了一个高速电磁开关阀和一个普通开关阀来控制液压缸的无杆腔。系统的原理图如图1所示。活 塞杆上连接一个回复弹簧来产生使液压缸反向运动的作用力,同时起到模拟液压马达负载的目的。此外,活塞杆与台架之间安装有力传感器,液压缸缸体与活塞杆之 间装有位移传感器。这样,可以完成多缸位置协调控制或者多缸力协调加载。为了保证5缸在不同负载条件下液压回路互不干扰,在每个高速电磁开关阀的进油口配 置了相应的减压阀。系统的工作过程如下:当高速电磁开关阀得电,普通开关阀失电时,高压油经过高速电磁开关阀进入液压缸的无杆腔;反之,油液经过高速电磁 开关阀和普通开关阀回油箱。普通开关阀的存在保证了两位三通的高速电磁开关阀可以工作在PWM状态。

　　1·2　控制系统

　　多缸协调控制系统的核心是一台工控机,配有研华PCI1711多功能数据采集卡。控制系统的框图如图2所示。图2中,控制系统的指令信号由计算机内部给 定,每个液压缸的活塞杆位移有相应传感器反馈给多功能卡,进而通过PCI总线到达CPU;从CPU发出的控制指令同样通过PCI总线与PCI1711的数 字量输出通道进行通信,从而完成对开关阀的控制。