可编程阀与可编程阀控系统研究现状与发展,  中山阜沙升高车出租, 中山阜沙升高车, 升高车出租   以高速开关阀为代表的数字流量控制技术采用数字信号控制阀，使得阀控系统输出与控制信号相应的离散流量。高速开关阀只有全开和全关两种状态，节流损失大大减小；增加了控制的灵活性和功能性；阀口开度固定，对油液污染的敏感度降低。然而，正因为这些特性，这种数字阀要大规模的应用于工业，还有许多问题需要解决：首先，高速开关阀在开启和关闭的瞬间，对系统造成的压力尖峰和流量脉动，执行器的运动出现不连续的现象。其次，高速开关阀的响应必须进一步提高，稳定长时间的切换寿命也是必须的。在数字流量控制技术发展成熟之前，国内外一些厂家综合了数字信号控制的灵活性以及比例阀在高压大流量工业场合的成熟应用，开发出阀内自带压力流量检测方式，结合电液流量匹配控制技术与负载口独立控制技术，阀的功能依靠计算机编程实现的可编程阀控单元。开发的ＺＴＳ１６系列多路阀，额定压力是３５ＭＰａ，单片流量为１３０Ｌ／ｍｉｎ，单个阀最多包含６片阀，１２个阀芯,  采用ＣＡＮ总线进行通讯，每片阀自带ＤＳＰ数字信号处理器完成信号的采集与上位机信号的处理，生成相应的ＰＷＭ数字信号，直接驱动先导音圈电机工作。该阀每个工作油口自带溅射薄膜压力传感器，每个阀芯装有ＬＶＤＴ位移传感器，能够将工作油口的压力流量情况实时的反馈至ＤＳＰ，实现压力流量的完全可控。该阀采用负载口独立控制技术，使得执行器的动作更加灵活。阀的功能完全通过编程来实现，不用添加其他压力补偿元件或者先导回路即可实现压力控制或者流量控制及工作模式的切换。对于多执行器的应用场合，可以通过程序实现负载敏感和三种抗流量饱和的方案。

     研发了采用螺纹插装阀结构的ＥＨＰＶ液压阀，采用双向两位控制阀，且带压力补偿机构。通过４个阀组形成的液压桥式回路控制执行器端口的运动状态。该阀使用ＣＡＮＪ１９３９总线进行信号的传递和控制，可以根据操作者的指令，通过执行器端口的压力来调节阀的开度。使用该阀可以省去平衡阀组，使得系统的控制功能增加。在复杂运动控制中，采用协调控制算法，提高了操作者的操作效率。ＥＨＰＶ的ＰＷＭ控制信号频率为１００ＨＺ，额定压力３５０ｂａｒ，有７５Ｌ／ｍｉｎ、１５０Ｌ／ｍｉｎ和８００Ｌ／ｍｉｎ三种规格。对其应用在小型升高车上的性能进行了实验。其实验特点在于，将装有插装阀阀组的集成阀块安装在近执行器端，避免了液压管路对控制系统的影响和液压容腔对控制性能的延迟作用。对于ＥＨＰＶ可编程阀在流量模式切换上和节能性方面的优点给予了理论和实验证明。另外，此系列阀还应用于儿Ｇ公司的登高车上，并进行了系列化生产，动臂下降速度增加１２％，泄漏点减少２７％，流量增加２５％，系统稳定性增加。

    采用４＊５个螺纹插装式开关阀控制一个执行器，使油路从Ｐ－Ａ，Ｐ－Ｂ，Ａ－Ｔ，Ｂ－Ｔ处于完全可控状态，每个油路包含５个高速开关阀，每个高速开关阀后有大小不同的节流孔。通过控制高速开关阀启闭的逻辑组合，实现对流量的控制。通过仿真和实验研究，采用ＳＭＩＳＭＯ的液压系统更加节能。

     由此发展的ＤＶＳ将数个高速开关阀集成标准接口的阀岛。其采用层合板技术，把数百层２ｍｍ厚的钢板电镀后热处理融合，解决了高速开关阀与标准液压阀接口匹配的问题。目前，已经成功的在一个阀岛上最高集成６４个高速开关阀。关于数字并联阀岛，最新的研究进展关注在数字闽系统的容错及系统中单阀的故障对系统性能的影响。提出了一种数字式液压控制阀，采用５组结构相同的流量控制单元的组合实现流量控制。每组流量控制单元结构完全相同，均采用８个节流口相同的开关阀，节流口的节流面积采用斐波那契数列编码。液压阀的输出流量与分辨率可以根据需求通过编程实现。将高速开关阀作为先导级控制主阀的运动，获得高压大流量是目前工业界研究和推广的重点。开发了ＰＶＧ系列比例多路阀，其先导阀采用电液控制模块（ＰＶＥ），将电子元件、传感器和驱动器集成为一个独立单元，然后直接和比例阀阀体相连。电液控制模块（ＰＶＥ）包含４个高速开关阀组成液压桥路控制主阀芯两控制腔的压力。通过检测主阀芯的位移产生反馈信号，与输入信号做比较，调节４个高速开关阀信号的占空比。主阀芯到达所需位置，调制停止，阀芯位置被锁定。电液控制模块控制先导压力为１３．５ｂａｒ，额定开启时间１５０ｍｓ，关闭时间９０ｍｓ，流量５Ｌ／ｍｉｎ。此外，ＶＰＬ系列多路阀先导高速开关阀方案，区别是使用两个两位三通高速开关阀作为先导。其先导控制采用ＰＷＭ信号，额定１２Ｖ／４３０ｍＡ或２４Ｖ／３７０ｍＡ，控制频率３３Ｈｚ。

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     负载口独立控制技术阀控液压系统的本质是依靠控制阀的开口来控制执行液压元件的速度。工程机械阀控系统最早普遍开中心控制技术（定量泵），其原理简单、可靠性高，但流量损失较大。随着电液比例控制技术及元件的发展，负流量控制技术，正流量控制技术，提高了系统的动态响应能力。对于液压阀容易受到负载或者油源压力波动的影响，负载敏感技术利用压力补偿器保持阀口压差近似不变，系统压力总是和最高负载压力相适应，最大限度地降低能耗。多路阀的负载敏感系统在执行机构需求流量超过泵的最大流量时不能实现多缸同时操作，抗流量饱和技术通过各联压力补偿器的压差同时变化实现各联负载工作速度保持原设定比例不变。电液流量匹配技术进一步简化了液压系统，采用压力传感器反馈最高负载压力的方式来代替传统压力反馈回路以及梭阀网络。电液流量匹配控制系统由流量需求命令元件，流量消耗元件执行机构，流量分配元件数字阀，流量产生元件电控变量泵和流量计算元件控制器等组成。电液流量匹配控制技术采用泵阀同步并行控制的方式，可以基本消除传统负载敏感系统控制中泵滞后阀的现象。电液流量匹配控制系统致力于结合传统机液负载敏感系统、电液负载敏感系统和正流量控制系统各自的优点，充分发挥电液控制系统的柔性和灵活性，提高系统的阻尼特性、节能性和响应操控性［。各种先进的系统以及控制策略的研究和发展，使得工程机械的操控性和节能性均得到了改善和提高，但仍存在系统稳定性差的缺点。另外，由于执行元件进回油阀口机械联动，其操控的灵活性和对节流能量损失的控制均受到限制。相对于传统液压阀阀芯进出口联动调节、出油口靠平衡阀或单向节流阀形成背压而带来的灵活性差、能耗高的缺点，负载口独立控制技术采用独立的液压阀对执行器元件的进出口分别进行压力流量控制。

   根据Ｂａｃｋｄ教授的插装阀控制理论中首先提出进出口独立控制概念。每个液压执行机构采用四个电液比例锥阀，用比例电磁铁驱动，带负载补偿和防气穴功能。采用两个三位三通电液比例阀控制单个执行器。通过对两腔压力的解耦，实现控制目标速度控制。此外，在负载口独立方向阀控制器设计上，采用ＬＱＧ最优控制方法。在其应用于起重机液压系统的试验中获得了良好的压力和速度控制性能。除传统的负载口独立控制方案以外，等采用高速开关阀控制一个４个工作油口的数字液压缸，４个油口分别由３种压力进行控制。通过不同的高速开关阀的组合，实现从－２．１ｋＮ到１２９．９ｋＮ共计８１种力的切换控制。用５个锥阀组合，研究了鲁棒自适应控制策略实现轨迹跟踪控制和节能控制。其中四个锥阀实现负载口独立控制功能，一个中间锥阀实现流量再生功能。该装置应用在一个三自由度机械臂上进行试验，实现了精确运动控制并且取得了良好的节能效果。提出了一种在工作模式切换的过程中增加一个阀动作来实现平滑过渡的方法。试验将四个二位二通锥阀放在执行器终端，获得了较好抖动控制效果。此外，其利用负载口独立控制制定控制策略防止空化现象的产生。釆用多层滑模控制算法实现两级双阀芯比例阀控液压缸系统运动控制。配合负载敏感泵的使用，负载口独立系统能够在阻抗以及超越负载情况下控制精度和节能性均得到了提高。在执行器的负载口两边分别使用一个比例方向阀和一个开关阀的结构，并研究了阀组的并联串联以及控制参数对执行器性能的影响.  他们对节能模式选择与出口单边流量控制方法做了重点研究。研究了负载口独立控制的各种形式，并提出了一种单边出口控制策略。此外，他们对多执行器负载口独立控制节能方案做了详细研究。在非再生模式下，承受重载的执行器进口阀阀口全部打开，控制出口阀阀口开度将重载执行器背腔压力维持在一个较低的值。轻载执行器进口阀阀口仍然全部打开，控制出口阀阀口开度以分配该执行器所需的流量。这样轻载执行器两腔工作都工作在较高压力，具有提高阻尼的效果。重载执行器的流量则通过匹配的泵供油流量减去轻载执行器的流量确定。通过泵阀的联合控制，可以将系统的压力裕度尽可能降低。

       提出了一种负载敏感技术与负载口独立控制技术相结合的方案，对定量泵负载敏感系统，提出变压差补偿的方法，所设计的控制方法在变速度提升工况下提高系统节能性能１０％；针对变量泵负载敏感系统，提出区分负载大小改进系统节能特性的模式选择控制方法，该方法可进一步提升系统的节能性能。 研究了负载口独立控制系统的工作模式切换下的能耗及稳定性，提出了一种同时考虑负载象限及负载力－速度特性的模式选择方法，对于超越负载工况可以更多地降低系统能耗，同时满足运动控制要求。将双阀芯电液比例阀应用在升高车上。提出了一种ＣＭＡＣ－ＰＩＤ的复合控制方法，对常规Ｐ１Ｄ参数进行Ｚｉｅｇｌｅｒ－Ｎｉｃｈｏｌｓ参数整定，获得了良好的的动态响应特性和鲁棒性。使用Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ双模模糊控制方法，结合和模糊控制和Ｐ１Ｄ控制的优点，建立了升高车液压系统ＡＭＥＳｉｍ／Ｍａｔｌａｂ联合仿真模型，验证了控制功能。应用负载口独立方向阀控制系统来改善泵控差动缸系统的控制特性和节能性能。他们将ＰＷＭ控制的数字流量阀应用于负载口独立控制系统中，对液压缸两腔流量、压力分别进行复合控制，获得了平稳的控制效果。将双阀芯液压阀应用在升高车，建立了完整的仿真模型，提出了复合动作时的控制策略与当流量饱和时的三种流量分配策略。使用两个伺服阀搭建负载口独立控制系统，研究了基于静态工作点修正的自适应鲁棒控制方法，提高了系统在正负负载工况下的控制精度，并分析了稳定性。在工业界对负载口独立阀控系统同样进行了投入与研究并出现了一系列专用于此方面的产品。开发了双阀芯的电液比例多路阀ＰＶＸ系列。其最高工作压力４２０ｂａｒ，最大流量２４０Ｌ／ｍｉｎ，釆用ＣＡＮ总线控制并具备在线诊断功能。区别于其他釆用一个阀芯来控制负载一腔的进油口和出油口的方式，ＰＶＸ系列使用一个阀芯专门控制执行器的进油，一个阀芯专门控制回油。此方法为负载口独立控制系统提供了另一种布局方案。申请了一款关于负载口独立控制液压系统的专利，重点研究了其应用于工程机械上的节能性与相应的控制方法。为ＺＴＳ１６系列开发了用于装载机的控制器，并实现了各种工况的控制效果。

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