專利名稱：基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于流體傳動與控制領(lǐng)域，涉及一種基于并聯(lián)型先導級的大流 量高頻響電液伺服閥。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電液伺服系統(tǒng)在航空航天、冶金、船舶、軍事等應用領(lǐng)域的 深入發(fā)展，對電液伺服閥提出了更高的要求。例如在大型模鍛液壓機、水壓機、 摩擦焊機、壓鑄機、軍用負載模擬裝置、高頻電液振動臺、高頻材料試驗機等 重大裝備應用領(lǐng)域中，要求電液伺服閥同時具備高壓、大流量、高頻響、抗油 液污染等技術(shù)特征，并且對上述各項指標的要求越來越高。
傳統(tǒng)的電液伺服閥由于采用串聯(lián)型先導級因而很難同時滿足上述技術(shù)指 標，其主要矛盾在于隨著額定流量的增加，電液伺服閥的頻率響應會大幅度
降低。圖3給出了 MOOG公司DSHR系列大流量插裝式伺服閥的額定流量與 頻率響應之間關(guān)系的變化趨勢。由圖3可見，在額定流量超過2000L時，伺服 閥的頻響已降至50HZ以下，這樣的頻率響應己接近比例閥的水準，遠達不到 人們對大流量高頻響電液伺服閥的要求。
為了提高電液伺服閥的額定流量和響應頻率，傳統(tǒng)的方法是采用增加先導 級級數(shù)或改進電一機械轉(zhuǎn)換器性能，各級閥之間是單純的串聯(lián)關(guān)系。隨著主閥 流量需求的增加，由于級間流量放大倍數(shù)有限，先導級的級數(shù)和流量會進一步 增加，最終會導致主閥芯的位移在大范圍內(nèi)調(diào)整時階躍響應產(chǎn)生嚴重的滯后、 在小范圍內(nèi)調(diào)整時頻率響應大幅度降低，此外也會導致電液伺服閥的尺寸增 大、驅(qū)動功率提高。
因此，研制新型的"大流量、高頻響、高精度"的電液伺服閥，解決傳統(tǒng)電 液伺服閥在"大流量"與"高頻響"之間的矛盾，己經(jīng)成為流體傳動及控制領(lǐng)域的 迫切需求。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有的實現(xiàn)大流量高頻響電液伺服閥技術(shù)所存 在的不足，提出一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥。
一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥包括并聯(lián)先導級、主級 插裝閥、微處理器，并聯(lián)先導級具有第一閥、第二閥，主級插裝閥的控制上腔與第一閥的第一個工作油口、第二閥的第一個工作油口相連接，主級插裝閥的 控制下腔與第一閥的第二個工作油口、第二閥的第二個工作油口相連接，主級 插裝闊的閥芯上設(shè)有位置傳感器，微處理器分別與第一 閥的外控電信號端口 、 第二閥的外控電信號端口、主級插裝閥閥芯的位置傳感器的信號端口相連接。 另一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥包括并聯(lián)先導級、主 級插裝閥、微處理器，并聯(lián)先導級具有第二閥、四通開關(guān)換向閥，主級插裝閥 的控制上腔與第二閥的第一個工作油口 、四通開關(guān)換向閥的第一個工作油口相 連接，主級插裝閥的控制下腔與第二閥的第二個工作油口與四通開關(guān)換向閥的 第二個工作油口相連接，主級插裝閥的閥芯上設(shè)有位置傳感器，微處理器分別 與第二閥的外控電信號端口、四通開關(guān)換向閥的外控電信號端口、主級插裝閥 閥芯的位置傳感器的信號端口相連接。
所述的第一 閥為比例閥或伺服閥，第二閥為比例閥或伺服閥。 本實用新型所提出的基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥，不僅 能解決傳統(tǒng)大流量電液伺服閥在控制流量與頻率響應之間的矛盾，而且能實現(xiàn) 大流量高頻響電液伺服閥在大范圍控制時具有較高的頻率響應和在小范圍調(diào) 整時具有較高的控制精度，滿足人們對大流量高頻響電液伺服閥的迫切需求。

圖1是第一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是第二種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是插裝式伺服閥額定流量(Q)與頻響(f)統(tǒng)計關(guān)系曲線； 圖中第一閥1、第一閥1的第一個工作油口 2、第一閥1的第二個工作 油口3、第二閥4 (比例閥或伺服閥)、第二閥4的第一個工作油口5、第二閥 4的第二個工作油口6、微處理器7、位置傳感器8、主級插裝閥9、主級插裝 閥9的控制上腔10、主級插裝閥9的控制下腔11、四通開關(guān)換向閥12、四通 開關(guān)換向閥12的第一個工作油口 13、四通開關(guān)換向閥12的第二個工作油口 14。
具體實施方式
傳統(tǒng)的提高電液伺服閥的額定流量和頻率響應的方法是采用增加先導級 級數(shù)或改進電一機械轉(zhuǎn)換器性能，各級閥之間是單純的串聯(lián)關(guān)系。隨著主閥流 量需求的增加，由于級間流量放大倍數(shù)有限，先導級的級數(shù)和流量會進一步增 加，最終會導致伺服閥的頻率響應低，主閥芯的位移在大范圍內(nèi)調(diào)整時階躍響 應產(chǎn)生嚴重的滯后、在小范圍內(nèi)調(diào)整時頻率響應大幅度降低。傳統(tǒng)的電液伺服閥在實現(xiàn)大流量高頻響輸出控制時遇到了其發(fā)展的瓶頸。
與額定流量大的電液伺服閥相比，額定流量小的電液伺服閥具有較高的頻
率響應(如圖3所示)，這樣在保證額定的先導控制流量的條件下，可通過并 聯(lián)多個小流量的伺服閥作為大流量伺服閥的先導級、過流能力大的插裝閥作為 大流量伺服閥的主級，且對并聯(lián)的各先導級閥實施合理的控制方法便可大幅度 提高大流量伺服閥的頻率響應；此外由于各個小流量伺服閥具有較高的電-機 械轉(zhuǎn)換器分辨率，使得大流量電液伺服閥的控制精度得到大幅度的提高。正是 基于這種并聯(lián)型先導級控制的思想，本實用新型提出基于并聯(lián)型先導級的大流 量高頻響電液伺服閥及控制方法。
采用多閥并聯(lián)作為先導級，在滿足電液伺服閥先導控制流量的情況下，先 導級中各并聯(lián)閥可由相同或不同種類、參數(shù)的液壓控制閥組成，如開關(guān)閥與比 例閥或伺服閥的組合、比例閥與伺服閥的組合等，以便充分合理地利用各類液 壓控制閥的優(yōu)點使得大流量伺服閥在不同工況下具有更優(yōu)的控制性能。
基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥的控制方法是以插裝閥作 為主級，采用兩個或多個閥并聯(lián)作為先導級，先導級采用同步或分段非線性協(xié) 同控制方法，通過先導級與主級控制參數(shù)的反饋，實現(xiàn)對主級插裝閥的閉環(huán)控 制。
所述的先導級同步控制方法為先導級中各并聯(lián)閥的動作是同步的。所述的 先導級分段非線性協(xié)同控制方法是根據(jù)主級閥芯位置反饋信號與目標值的誤 差，對先導級進行分段協(xié)同控制，在誤差較大時，先導級中的各閥同時參與工 作，加大調(diào)節(jié)增益，先導級工作在高增益、低頻響段，隨著誤差逐漸減小，大 流量先導級逐漸關(guān)閉，降低調(diào)節(jié)增益；在誤差較小時，僅小流量閥工作，先導 級工作在小增益、高頻響段。
基于并聯(lián)型先導級控制的伺服閥是到目前為止解決"大流量"與"高頻響"矛 盾的最有效和最具發(fā)展前景的解決方案之一。本實用新型具有重要的理論研究 意義與實際應用價值。
如圖1所示，第一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥包括并 聯(lián)先導級、主級插裝閥9、微處理器7，并聯(lián)先導級具有第一閥l、第二閥4， 主級插裝閥9的控制上腔10與第一閥1的第一個工作油口 2、第二閥4的第一 個工作油口 5相連接，主級插裝閥9的控制下腔11與第一闊1的第二個工作 油口3、第二閥4的第二個工作油口 6相連接，主級插裝閥9的閥芯上設(shè)有位 置傳感器8，微處理器7分別與第一閥1的外控電信號端口、第二閥4的外控電信號端口、主級插裝閥閥芯的位置傳感器8的信號端口相連接。所述的第一 閥1為比例閥或伺服閥，第二閥4為比例閥或伺服閥，其中第一閥1具有比第 二閥4小的額定流量、高的頻率響應。當大流量電液伺服閥在大范圍控制時， 第一閥1與第二閥4同時參與工作，為大流量電液伺服閥提供足夠的先導控制 流量；當大流量電液伺服閥在小范圍內(nèi)進行高精度調(diào)整時，僅由頻率響應高、 控制精度高的第一閥1參與工作，因而能實現(xiàn)大流量電液伺服閥在大范圍控制 時具有較高的頻率響應和在小范圍調(diào)整時具有較高的控制精度。
如圖2所示，另一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥包括并 聯(lián)先導級、主級插裝閥9、微處理器7，并聯(lián)先導級具有第二閥4、四通開關(guān)換 向閥12，主級插裝閥9的控制上腔10與第二閥4的第一個工作油口 5、四通 開關(guān)換向閥12的第一個工作油口 13相連接，主級插裝閥9的控制下腔11與 第二閥4的第二個工作油口 6與四通開關(guān)換向閥12的第二個工作油口 14相連 接，主級插裝閥9的閥芯上設(shè)有位置傳感器8，微處理器7分別與第二閥4的 外控電信號端口、四通開關(guān)換向閥12的外控電信號端口、主級插裝閥閩芯的 位置傳感器8的信號端口相連接。所述的第二閥4為比例閥或伺服閥，四通開 關(guān)換向閥12具有比第二閥4較大的額定流量。當大流量電液伺服閥在大范圍 控制時，四通開關(guān)換向閥12與第二閥4同時參與工作，為大流量電液伺服閥 提供足夠的先導控制流量，因四通開關(guān)換向閥12的開關(guān)速度較快、額定流量 大，故能保證大流量電液伺服閥在大范圍控制時具有較高的頻率響應；當大流 量電液伺服閥在小范圍內(nèi)進行高精度調(diào)整進，僅由額定流量小、控制精度高的 第二閥4參與工作，因而能實現(xiàn)大流量電液伺服閥在小范圍調(diào)整時具有較高的 控制精度。
權(quán)利要求1、一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥，其特征在于包括并聯(lián)先導級、主級插裝閥(9)、微處理器(7)，并聯(lián)先導級具有第一閥(1)、第二閥(4)，主級插裝閥(9)的控制上腔(10)與第一閥(1)的第一個工作油口(2)、第二閥(4)的第一個工作油口(5)相連接，主級插裝閥(9)的控制下腔(11)與第一閥(1)的第二個工作油口(3)、第二閥(4)的第二個工作油口(6)相連接，主級插裝閥(9)的閥芯上設(shè)有位置傳感器(8)，微處理器(7)分別與第一閥(1)的外控電信號端口、第二閥(4)的外控電信號端口、主級插裝閥閥芯的位置傳感器(8)的信號端口相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺 服閥，其特征在于所述的第一閥(1)為比例閥或伺服闊，第二閥(4)為比例 閥或伺服閥。
3、 一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥，其特征在于包 括并聯(lián)先導級、主級插裝閥(9)、微處理器(7)，并聯(lián)先導級具有第二閥(4)、 四通開關(guān)換向閥(12),主級插裝閥(9)的控制上腔(10)與第二閥(4)的 第一個工作油口 (5)、四通開關(guān)換向閥(12)的第一個工作油口 (13)相連接， 主級插裝閥(9)的控制下腔(11)與第二閥(4)的第二個工作油口 (6)與 四通開關(guān)換向閥(12)的第二個工作油口 (14)相連接，主級插裝閥(9)的 閥芯上設(shè)有位置傳感器(8)，微處理器(7)分別與第二閥(4)的外控電信號 端口、四通開關(guān)換向閥(12)的外控電信號端口、主級插裝閥閥芯的位置傳感 器(8)的信號端口相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺 服閥，其特征在于所述的第二閥(4)為比例閥或伺服閥。
專利摘要本實用新型公開了一種基于并聯(lián)型先導級的大流量高頻響電液伺服閥。伺服閥包括并聯(lián)先導級、主級插裝閥、微處理器，并聯(lián)先導級由兩個液壓閥并聯(lián)組成，主級插裝閥的控制上腔與并聯(lián)先導級的第一個控制油口相連接、主級插裝閥的控制下腔與并聯(lián)先導級的第二個控制油口相連接，主級插裝閥的閥芯上設(shè)有位置傳感器。方法是以插裝閥作為主級，采用多個閥并聯(lián)作為先導級，先導級采用同步或分段非線性協(xié)同控制方法，通過先導級與主級控制參數(shù)的反饋，實現(xiàn)對主級插裝閥的閉環(huán)控制。本實用新型能實現(xiàn)大流量電液伺服閥在大范圍控制時具有較高的階躍響應性能和在小范圍調(diào)整時具有較高的頻率響應和控制精度，解決傳統(tǒng)電液伺服閥在大流量與高頻響之間的矛盾。
文檔編號F15B13/00GK201236857SQ200820087129
公開日2009年5月13日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者孔曉武, 鄧業(yè)民 申請人:浙江大學