数字阀组的构型设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于最佳匹配系数的数字阀组的构型设计方法，依据流量区域划分方法提出了开关阀组编码形式等步长原则，在此基础上提出了数字阀组构型设计方法及评价指标，包括多种编码形式下的流量偏差、平均冲击程度、冗余度及状态切换流量冲击程度，这些评价指标的意义在于对于评判所设计数字阀组的优劣时给出了定量的指标，在此基础上提出了一种基于最佳匹配系数的数字阀组构型设计方法，解决了数字阀组中数字阀的数量及各数字阀的额定流量如何确定的难题，保证了数字液压系统中数字阀流量的精确控制。

Configuration design method of digital valve group

【技术实现步骤摘要】
数字阀组的构型设计方法
本专利技术涉及液压开关控制领域，具体属于一种基于最佳匹配系数的数字阀组的构型设计方法。
技术介绍
理论上，数字阀组采用不同编码形式，通过控制液阻间的启闭状态实现流量的输出控制。然而数字阀组构型方式较为复杂，不同构型方法会对阀组的流量输出特性产生不同效果的影响，如何确定数字阀组的数字阀的数量及各数字阀的额定流量是一个难题。
技术实现思路
本专利技术依据流量区域划分方法提出了开关阀组编码形式等步长原则，在此基础上建立了多项评价指标，并提出了数字阀组构型的设计方法，解决了数字阀组中数字阀的数量及各数字阀的额定流量如何确定的难题。本专利技术采用以下技术方案：一种数字阀组的构型设计方法，其包括以下步骤：步骤1：在j种编码形式中，选取第m种编码形式；步骤2：初始设定m＝1；步骤3：初始设定数字阀组中数字阀的数量n＝2；步骤4：计算数字阀组的平均冲击程度ρ和冗余度f；步骤5：采用流量轴等步长划分法，进行数字阀组流量区域划分；步骤6：计算数字阀组位数N和最小流量Qmin；步骤7：判断数字阀组位数N和初始设定n的大小，如果N大于n，则进行步骤8，反之令n＝n+1继续进行步骤3；步骤8：计算状态切换流量冲击程度σ和计算流量误差度ε；其中所述状态切换流量冲击程度σ确定方法如下：所述状态切换流量冲击程度影响程度σ包含最高冲击幅值σ1和总体冲击流量σ2，其中最高冲击幅值σ1计算表达式如下：式中：qi(t)为第i个阀t时刻的输出流量，tjoff为第j个阀关闭延迟时间；总体冲击流量σ2计算表达式为：所述数字阀组流量冲击程度影响程度σ通过以下表达式获得：σ＝α2σ1+β2σ2(15)α2+β2＝1(16)式中：α2为峰值流量冲击对流量冲击的影响系数，β2为总体冲击流量对流量冲击的影响系数，二者均为0到1之间的无量纲常数；所述流量误差度ε计算表达式如下：式中：t为工作周期，qout为输出流量，qref为参考流量；为便于衡量评比，将所述数字阀组流量误差度ε进行归一化处理，归一化表达式为：归一后的流量误差度ε1介于0和1之间，并且随着流量误差值的增加而增大，此值越小则说明流量控制精度越高；步骤9：计算最佳匹配系数ηm；所述最佳匹配系数ηm计算表达式为：ηm＝α3·σ+β3·ε1(19)α3+β3＝1(20)式中：α3为数字阀组流量冲击程度的影响系数，β3为流量误差度的影响系数，二者均为0到1之间的无量纲常数；步骤10：判断m和j的大小，如果m≤j，则m＝m+1，进行步骤3；如果m≥j，进行步骤11；步骤11：从所有编码形式对应的最佳匹配系数η中选出最佳的匹配系数ηk。优选地，步骤4所述的数字阀组平均冲击程度ρ计算表达式为：式中：e为不良数，表示开始状态接换到结束状态过程中产生的影响，具体计算为取开始状态和结束状态的OR运算，计算相应的流量，然后减去开始状态流量、结束状态流量中的较大值；Qmin为数字阀组流量等级最小值，Qmax为数字阀组流量等级最大值，Q′max为数字阀组流量等级最大值与最小值的比值，Qi为开关阀组第i个流量等级数值；所述的数字阀组冗余度f计算表达式为：式中：b为数字阀组的离散流量个数。优选地，步骤6所述的数字阀组位数N计算表达式，所述的数字阀组最小流量Qmin计算表达式，两个计算表达式如下：所述数字阀组数字阀位数N的计算表达式为：λ＝α1·ρ+β1·f(6)α1+β1＝1；(7)所述数字阀组最小流量Qmin的计算表达式为：Qmin＝λ·Qmax(8)式中：λ为数字阀组编码形式影响系数，l为中间变量，Qmax为系统要求得到数字阀组所需提供的最大流量，a为延迟时间，[t]为数字阀组许用时间间隔，并且均是介于0到1之间的无量纲数，α1、β1为不同的系统要求给定相应的一组的权重系数。优选地，步骤1所述的编码形式包括等差数列编码、二进制编码形式、斐波那契编码形式和脉冲数编码形式。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1).本专利技术提出了开关阀组编码形式等步长原则，在此基础上提出了包括多种编码形式下的流量偏差、平均冲击程度、冗余度及状态切换流量冲击程度在内的多项评价指标，为评判数字阀组优劣建立了定量的指标；2).本专利技术提供一种数字阀组的构型设计方法，解决了数字阀组中数字阀的数量及各数字阀的额定流量如何确定的难题，本专利技术保证了数字液压系统中数字阀流量的精确控制。附图说明图1为本专利技术数字阀组的构型设计方法的流程图；图2为本专利技术的数字阀组中各数字阀连接关系图；以及图3为本专利技术数字阀组的构型设计方法中流量区域划分方法图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的为，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。本专利技术的数字阀组流程图如图1所示，数字阀组中各数字阀连接关系如图2所示。一种数字阀组的构型设计方法，包括以下步骤：步骤1：在包含二进制编码形式、斐波那契编码形式、脉冲数编码形式等多种编码形式的j种编码形式中，选取第m种编码形式；步骤2：初始设定m＝1；步骤3：初始设定数字阀组中数字阀的数量n＝2；步骤4：计算数字阀组的平均冲击程度ρ和冗余度f；平均冲击程度ρ计算表达式、冗余度f计算表达式分别如下：数字阀组平均冲击程度ρ计算表达式为：式中：e为不良数，表示开始状态接换到结束状态过程中产生的影响，具体计算为取开始状态和结束状态的OR运算，计算相应的流量，然后减去开始或结束状态流量中较大值；Qmin数字阀组流量等级最小值，Qmax数字阀组流量等级最大值，Q′max数字阀组流量等级最大值与最小值的比值，Qi为开关阀组第i个流量等级数值(L/min)。不良数的计算举例如下：以3位二进制编码为例，其中1表示开关阀完全开启，0表示开关阀完全关闭，则初始状态为[110](3L/min)切换到结束状态[001](4L/min)时，阀1和阀2关闭、阀3开启存在冲击。则平均冲击ρ计算举例如下：以3位二进制编码为例，并设定数字阀组流量等级最小值为21，则通过式(2)计算得到7种等级的流量依次切换时的不良数，如表1所示。表1二进制编码规则(1-2-4)下的不良数则此时，平均冲击程度ρ为：数字阀组冗余度f计算表达式为：式中：n为数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字阀组的构型设计方法，其特征在于：其包括以下步骤：/n步骤1：在j种编码形式中，选取第m种编码形式；/n步骤2：初始设定m＝1；/n步骤3：初始设定数字阀组中数字阀的数量n＝2；/n步骤4：计算数字阀组的平均冲击程度ρ和冗余度f；/n步骤5：采用流量轴等步长划分法，进行数字阀组流量区域划分；/n步骤6：计算数字阀组位数N和最小流量Q

【技术特征摘要】
1.一种数字阀组的构型设计方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1：在j种编码形式中，选取第m种编码形式；
步骤2：初始设定m＝1；
步骤3：初始设定数字阀组中数字阀的数量n＝2；
步骤4：计算数字阀组的平均冲击程度ρ和冗余度f；
步骤5：采用流量轴等步长划分法，进行数字阀组流量区域划分；
步骤6：计算数字阀组位数N和最小流量Qmin；
步骤7：判断数字阀组位数N和初始设定n的大小，如果N大于n，则进行步骤8，反之令n＝n+1继续进行步骤3；
步骤8：计算状态切换流量冲击程度σ和计算流量误差度ε；其中所述状态切换流量冲击程度σ确定方法如下：
所述状态切换流量冲击程度影响程度σ包含最高冲击幅值σ1和总体冲击流量σ2，其中最高冲击幅值σ1计算表达式如下：



式中：qi(t)为第i个阀t时刻的输出流量，tjoff为第j个阀关闭延迟时间；
总体冲击流量σ2计算表达式为：



所述数字阀组流量冲击程度影响程度σ通过以下表达式获得：
σ＝α2σ1+β2σ2(15)
α2+β2＝1(16)
式中：α2为峰值流量冲击对流量冲击的影响系数，β2为总体冲击流量对流量冲击的影响系数，二者均为0到1之间的无量纲常数；
所述流量误差度ε计算表达式如下：



式中：t为工作周期，qout为输出流量，qref为参考流量；
为便于衡量评比，将所述数字阀组流量误差度ε进行归一化处理，归一化表达式为：



归一后的流量误差度ε1介于0和1之间，并且随着流量误差值的增加而增大，此值越小则说明流量控制精度越高；
步骤9：计算最佳匹配系数ηm；
所述最佳匹配系数ηm计算表达式为：
ηm＝α3·σ+β3·ε1(19)
α3+β3＝1(20)
式中：α3为数字阀组流量冲击程度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚静，张建启，蒋东廷，赵俊涛，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13