基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组及其控制方法技术

本发明专利技术涉及液压设备技术领域，公开了一种基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组及其控制方法，控制阀组包括液压系统和电控系统，液压系统包括每一个液压缸对应的四个流量控制阀以及相应辅助的压力补偿器，单向阀，安全阀，液压锁等，电控系统包括核心控制器，倾角传感器，磁致伸缩位移传感器，压力传感器，比例阀线圈放大器，泵车遥控器手柄以及泵车控制器，其中核心控制器的速度及压力闭环控制采用线性自抗扰控制(LADRC)算法。制采用线性自抗扰控制(LADRC)算法。制采用线性自抗扰控制(LADRC)算法。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组及其控制方法


[0001]本专利技术涉及液压设备
，尤其是涉及一种基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组及其控制方法。

技术介绍

[0002]作为土木建筑工程主要施工作业设备的混凝土泵车，其臂架的运动控制目前基本都采用液压传动及控制技术。液压传动及控制技术成为促进混凝土泵车舒适、可靠、节能和智能化等主流方向不断发展的基础条件。根据不同的工作原理和控制方式可将液压系统分为阀控系统和泵控系统。阀控系统具有控制精度高和响应速度快等优点，但是能量损失大，以及系统容易发热，是其最大的缺点。
[0003]在泵车臂架液压系统中起到核心控制作用的是多路换向阀以及平衡阀，这套液压系统方案技术已经成熟，结构简单，价格也相对低廉，但存在一些问题。第一，由于多路方向阀距离油缸较远，臂架油缸响应滞后，操作反馈感较差，油缸动作落后于控制手柄信号0.5
‑
1秒；第二，每个缸采用两个平衡阀导致管路的数量过多，增加了沿程压力损失以及系统复杂度，展开和回收能耗高发热量大；第三，在控制臂架移动过程中臂架油缸负载变化复杂，难以做到精确控制；第四，控制阀组结构较为复杂，故障率较高且维修难度大。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于设计一套基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组及其控制方法，通过新颖的液压和电控系统，实现对泵车臂架高效平稳的控制，降低作业过程中的能源损耗，改善泵车臂架的操纵感，进而从多方面降低泵车的作业成本，解决
技术介绍
中提到的问题。
[0005]本专利技术提供如下的技术方案：
[0006]基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组包括液压系统和电控系统；
[0007]液压系统包括安装在每一个臂架之间的液压缸附近的一对无杆腔控制阀组以及有杆腔控制阀组，其中，无杆腔控制阀组连接液压缸无杆腔，有杆腔控制阀组连接液压缸有杆腔；每个阀组中包含两个插装式比例流量阀，分别为控制进油的进油比例流量阀和控制回油的回油比例流量阀；每个阀组中包含一个安全阀，用以实现油缸的超压保护；每个阀组的两个比例流量阀的无输入中位机能为单向导通，进油比例流量阀的导通方向为从工作口到高压油管路，回油比例流量阀的导通方向为从回油管路到工作口，在回油比例流量阀流向回油管路处以及进油比例流量阀流向液压缸工作腔处分别安装一个单向阀，用以实现油缸在指定位置的锁止；在进油比例流量阀的前端安装流量补偿器，用以提高在高压差下流量控制的线性度水平；
[0008]电控系统包括核心控制器、双输出通道的比例阀线圈放大器、发出速度控制指令
的控制器手柄、接受速度指令在CAN总线发布的泵车控制器、倾角传感器、磁致伸缩位移传感器以及压力传感器，核心控制器安装在每一个液压缸附近，核心控制器负责电信号的采集、液压缸速度闭环以及液压缸油腔压力闭环算法解算、以及CAN总线信号的收发；每个阀组中安装一个对应插装阀品牌的双输出通道的比例阀线圈放大器，接收由核心控制器发送的CAN总线指令，产生用以控制阀块中进油比例流量阀以及回油比例流量阀的阀芯行程的激励电流；速度控制指令由泵车遥控器手柄发出，遥控器手柄通过WiFi与泵车控制器通讯，泵车控制器通过CAN总线发布臂架运动速度指令；
[0009]每一个液压缸对应的两臂架末端安装一对倾角传感器，每对倾角传感器发送的电压信号由核心控制器解算后通过三角函数关系换算即可得到液压缸的位移；每一个液压缸上安装一套磁致伸缩位移传感器用于采集液压缸的位移信息，每个阀组中与液压缸连接的工作油口处设有压力传感器，压力传感器发送的电压信号由核心控制器接收。
[0010]优选的，在每一对阀组的工作口安装一对互锁的液控单向阀液压锁，用以实现油缸在指定位置的锁止功能的安全冗余。
[0011]本专利技术还提供了一种所述基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组的控制方法：
[0012]操作人员通过推动操纵杆由泵车遥控器手柄发出速度控制指令，遥控器手柄通过WiFi与泵车控制器通讯，泵车控制器通过CAN总线发布臂架运动速度指令至负载口独立阀组核心控制器，核心控制器基于收到的速度指令，结合经由倾角传感器和磁致伸缩位移传感器信号可以计算得到的液压缸实际速度信息做液压缸速度闭环控制，计算得到进油比例流量阀的控制输入量，同时基于内置的压力指令，结合压力传感器信号做液压缸油腔压力闭环控制，计算得到出油比例流量阀的控制输入量，将对应比例流量阀的控制输入量通过CAN总线发送给电圈放大器，由电圈放大器输出控制对应比例流量阀电磁铁的激励电流；
[0013]其中，液压缸速度闭环控制以及液压缸油腔压力闭环控制采用线性自抗扰控制(LADRC)算法，建立负载口独立阀控液压缸系统模型如下所示，
[0014][0015][0016][0017]其中F为阀控缸驱动力，P1、P2为阀控缸无杆腔、有杆腔的压力，A1、A2为阀控缸无杆腔、有杆腔的有效工作面积，y为液压缸活塞杆位移，m为液压缸活塞杆及其负载的等效质量，c
p
为液压缸活塞杆及其负载的等效质量阻尼系数, F
L
为阀控缸活塞杆外负载、未建模的摩擦阻力以及其他不确定的外部干扰力的总和，C
d
为节流口流量系数，W1为进油节流口的面
积梯度，W2为阀芯回油节流口的面积梯度；x1为第一个主阀芯位移，x2为第二个主阀芯位移；P
s
为系统供油压力，P
r
为系统回油压力，ρ为液压油密度，C
ip
为内泄露系数，V1和V2分别为液压缸进油腔和出油腔的容腔体积，β
e
为油液体积弹性模量。
[0018]优选的，速度闭环控制采用二阶LADRC算法，压力闭环控制采用一阶 LADRC算法。
[0019]优选的，二阶LADRC速度闭环控制算法公式如下所示，
[0020]e
v
＝r
v
‑
z1[0021][0022]u
v0
＝k
p
e
v
‑
k
d
z2[0023][0024]其中e
v
为速度跟踪偏差，r
v
为液压缸目标速度值，z1为液压缸速度的观测值， z2为液压缸加速度的观测值，z3为扩张状态量观测值，b0为系统控制增益，β1、β2、β3为观测器参数，u
v0
为线性控制器输出值，u
v
为控制算法最终输出值。
[0025]优选的，一阶LADRC压力闭环控制算法公式如下所示，
[0026]e
p
＝r
p
‑
z1[0027][0028]u
p0
＝k
p
e
p
[0029][0030]其中r
p
为给定压力目标值，e
p
为压力跟踪偏差z1为液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组，其特征在于，包括液压系统和电控系统；液压系统包括安装在每一个臂架之间的液压缸附近的一对无杆腔控制阀组以及有杆腔控制阀组，其中，无杆腔控制阀组连接液压缸无杆腔，有杆腔控制阀组连接液压缸有杆腔；每个阀组中包含两个插装式比例流量阀，分别为控制进油的进油比例流量阀和控制回油的回油比例流量阀；每个阀组中包含一个安全阀，用以实现油缸的超压保护；每个阀组的两个比例流量阀的无输入中位机能为单向导通，进油比例流量阀的导通方向为从工作口到高压油管路，回油比例流量阀的导通方向为从回油管路到工作口，在回油比例流量阀流向回油管路处以及进油比例流量阀流向液压缸工作腔处分别安装一个单向阀，用以实现油缸在指定位置的锁止；在进油比例流量阀的前端安装流量补偿器，用以提高在高压差下流量控制的线性度水平；电控系统包括核心控制器、双输出通道的比例阀线圈放大器、发出速度控制指令的控制器手柄、接受速度指令在CAN总线发布的泵车控制器、倾角传感器、磁致伸缩位移传感器以及压力传感器，核心控制器安装在每一个液压缸附近，核心控制器负责电信号的采集、液压缸速度闭环以及液压缸油腔压力闭环算法解算、以及CAN总线信号的收发；每个阀组中安装一个对应插装阀品牌的双输出通道的比例阀线圈放大器，接收由核心控制器发送的CAN总线指令，产生用以控制阀块中进油比例流量阀以及回油比例流量阀的阀芯行程的激励电流；速度控制指令由泵车遥控器手柄发出，遥控器手柄通过WiFi与泵车控制器通讯，泵车控制器通过CAN总线发布臂架运动速度指令；每一个液压缸对应的两臂架末端安装一对倾角传感器，每对倾角传感器发送的电压信号由核心控制器解算后通过三角函数关系换算即可得到液压缸的位移；每一个液压缸上安装一套磁致伸缩位移传感器用于采集液压缸的位移信息，每个阀组中与液压缸连接的工作油口处设有压力传感器，压力传感器发送的电压信号由核心控制器接收。2.根据权利要求1所述的基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组，其特征在于，在每一对阀组的工作口安装一对互锁的液控单向阀液压锁，用以实现油缸在指定位置的锁止功能的安全冗余。3.一种权利要求1所述基于分布式结构的混凝土泵车臂架负载口独立控制阀组的控制方法，其特征在于：操作人员通过推动操纵杆由泵车遥控器手柄发出速度控制指令，遥控器手柄通过WiFi与泵车控制器通讯，泵车控制器通过CAN总线发布臂架运动速度指令至负载口独立阀组核心控制器，核心控制器基于收到的速度指令，结合经由倾角传感器和磁致伸缩位移传感器信号可以计算得到的液压缸实际速度信息做液压缸速度闭环控制，计算得到进油比例流量阀的控制输入量，同时基于内置的压力指令，结合压力传感器信号做液压缸油腔压力闭环控制，计算得到出油比例流量阀的控制输入量，将对应比例流量阀的控制输入量通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，包慧铭，贺电，洪昊岑，白大鹏，季清华，乔金铎，杨华勇，
申请(专利权)人：三一汽车制造有限公司浙江大学滨海产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：