本發(fā)明涉及液壓缸控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，廣泛應(yīng)用于在多種液壓控制系統(tǒng)中，主要分為力控和位移控制兩種類型。其中，位移控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)向液壓缸發(fā)送位移指令，并將液壓缸的位移信號采集到控制系統(tǒng)與位移指令進行對比，通過控制伺服閥或比例閥的開度來控制液壓缸的運動，從而達到精確動作的目的，液壓缸的位移采集通過液壓缸上集成的位移傳感器來實現(xiàn)。

市場上有多種應(yīng)用工況，有些特殊工況下，要求液壓缸在具備大行程能力的同時，還在小行程范圍內(nèi)具有較高的位移控制精度，典型應(yīng)用如在液壓式振動臺系統(tǒng)等動態(tài)測試領(lǐng)域：低頻振動時，要求有大行程的能力；高頻振動時，位移較小，要求有較高的控制精度。

目前，大部分位移控制式的液壓缸將單一位移傳感器集成在缸體內(nèi)部，或只將單一位移傳感器集成在缸輸出桿端和缸筒外側(cè)之間。但是由于在無法提高采集器測量量程的條件下，針對相同量程的采集器，位移傳感器的位移行程越大，位移傳感器的分辨率就越低，從而對液壓缸的控制精度就越差；為了滿足控制精度的高要求，就需要提高位移傳感器的分辨率，也即降低位移傳感器的量程，這樣就使液壓缸的行程受到限制；可見，在無法提高采集器測量量程的條件下，現(xiàn)有方式的位移傳感器不能滿足液壓缸對高控制精度和大行程兩方面的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明提供一種高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有方式的位移傳感器不能滿足液壓缸對高控制精度和大行程兩方面的要求的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)，包括控制器，與所述控制器分別連接的液壓缸、第一位移傳感器以及第二位移傳感器，其中，所述第一位移傳感器和第二位移傳感器分別設(shè)置在所述液壓缸上，用于檢測液壓缸的輸出桿的行程位移，且第一位移傳感器的量程大于第二位移傳感器的量程；

所述控制器能夠接收所述第一位移傳感器和第二位移傳感器的位移反饋信號并根據(jù)位移反饋信號選擇主反饋信號，所述控制器根據(jù)主反饋信號控制液壓缸動作，從而形成液壓缸動作的閉環(huán)控制。

進一步地，所述第一位移傳感器設(shè)置在所述液壓缸的缸體的內(nèi)部，所述第一位移傳感器的固定端與液壓缸的尾部套筒連接，所述第一位移傳感器的移動端與液壓缸的輸出桿連接。

進一步地，所述第二位移傳感器設(shè)置在液壓缸的缸體外部，所述第二位移傳感器的固定端與液壓缸的缸體外側(cè)壁固定連接，所述第二位移傳感器的移動端與液壓缸的輸出桿露在所述缸體外側(cè)的端部連接。

進一步地，所述液壓缸的尾部套筒上設(shè)置有第一固定座，所述液壓缸的輸出桿上設(shè)置有第二固定座，所述第一位移傳感器分別通過第一固定座、第二固定座與液壓缸的尾部套筒、液壓缸的輸出桿固定連接。

進一步地，所述液壓缸的缸體外部設(shè)置有第三固定座，所述液壓缸的輸出桿露在所述缸體外側(cè)的端部上設(shè)置有第四固定座，所述第二位移傳感器分別通過第三固定座、第四固定座與液壓缸的缸體外部、液壓缸的輸出桿露在所述缸體外側(cè)的端部連接。

進一步地，所述第一位移傳感器的行程和量程均不小于所述液壓缸的輸出桿的輸出行程；

所述第二位移傳感器的行程不小于所述液壓缸的輸出桿的輸出行程，所述第二位移傳感器的量程為所述液壓缸的輸出桿的輸出行程的1/10～1/100。

進一步地，所述液壓缸是單輸出桿液壓缸或雙輸出桿液壓缸。

進一步地，所述控制器通過控制伺服閥控制所述液壓缸動作，所述控制器通過采集器分別與所述第一位移傳感器和第二位移傳感器連接。

本發(fā)明還提供了一種高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的控制方法，包括如上述所述的高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)，包括如下步驟：

S1控制器根據(jù)位移設(shè)定值控制液壓缸初步動作，

S2控制器接收第一位移傳感器和第二位傳感器采集的液壓缸動作后的輸出桿的位移的反饋信號，并根據(jù)反饋信號的反饋值選擇主反饋信號參與閉環(huán)控制，并計算位移設(shè)定值與主反饋信號的主反饋值的誤差；

S3控制器根據(jù)誤差再次控制液壓缸動作；

S4重復(fù)步驟S2、S3直至所述液壓缸的輸出桿準確移動到位移設(shè)定值的位置。

進一步地，所述步驟S2控制器接收第一位移傳感器和第二位傳感器采集的液壓缸動作后的輸出桿的位移的反饋信號，并根據(jù)反饋信號的反饋值選擇主反饋信號的具體過程分兩種情況：

情況一，所述液壓缸的輸出桿由大位移區(qū)域移動到小位移區(qū)域：輸出桿的位移值大于位移參考值，所述控制器選擇第一位移傳感器的采集信號作為主反饋信號，輸出桿的位移值不大于位移參考值，控制器開啟切換狀態(tài)，并開始記錄采集時間，控制器判定采集時間是否大于時間參考值；

采集時間不大于時間參考值，控制器繼續(xù)選擇第一位移傳感器的采集信號作為主反饋信號；采集時間大于時間參考值，控制器選擇第一位移傳感器和第二位移傳感器的采集信號的擬合值作為主反饋信號，且控制器同時開始記錄擬合值作為主反饋信號的循環(huán)次數(shù)，并判定循環(huán)次數(shù)是否大于次數(shù)參考值；

循環(huán)次數(shù)不大于次數(shù)參考值，控制器繼續(xù)選擇第一位移傳感器和第二位移傳感器的采集信號的擬合值作為主反饋信號；循環(huán)次數(shù)大于次數(shù)參考值，控制器選擇第二位移傳感器的采集信號作為主反饋信號；

其中所述擬合值為第一位移傳感器和第二位移傳感器的采集信號的反饋值的加權(quán)平均值；

情況二，所述液壓缸的輸出桿由小位移區(qū)域移動到大位移區(qū)域：輸出桿的位移值小于位移參考值，所述控制器選擇第二位移傳感器的采集信號作為主反饋信號，輸出桿的位移值不小于位移參考值，控制器選擇第一位移傳感器的采集信號作為主反饋信號。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明提供的高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)及其控制方法，在少量增加生產(chǎn)成本的情況下，使液壓缸具有大行程的同時，還可在小行程范圍內(nèi)大幅度提高位移控制精度；這種液壓缸系統(tǒng)加工簡單易實現(xiàn)，拓寬了液壓缸的應(yīng)用領(lǐng)域，通用性強，可廣泛應(yīng)用于液壓式振動臺等位移控制式的液壓系統(tǒng)中。

除了上面所描述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成的技術(shù)方案的技術(shù)特征以及有這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點之外，本發(fā)明的其他技術(shù)特征及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點，將結(jié)合附圖作出進一步說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例2高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的控制方法的液壓缸的輸出桿由大位移區(qū)域移動到小位移區(qū)域的主反饋采集循環(huán)工作流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例2高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的控制方法的系統(tǒng)工作流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例2高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的控制方法的控制循環(huán)工作流程圖。

圖中：1：液壓缸；2：第一位移傳感器；3：第二位移傳感器；4：控制器。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”、“多根”、“多組”的含義是兩個或兩個以上，“若干個”、“若干根”、“若干組”的含義是一個或一個以上。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)，包括控制器4、液壓缸1、第一位移傳感器2以及第二位移傳感器3。其中，所述第一位移傳感器2、第二位移傳感器3設(shè)置在所述液壓缸4上，用于檢測液壓缸的輸出桿的行程，且第一位移傳感器2的量程大于第二位移傳感器3的量程；所述控制器4與液壓缸1的動作控制組件、第一位移傳感器2以及第二位移傳感器3分別連接，所述控制器4能夠接收所述第一位移傳感器2、第二位移傳感器3的位移反饋信號，并能夠控制液壓缸1動作。

其中，液壓缸1是執(zhí)行機構(gòu)，也是位移傳感器的載體，其可以是雙作用桿，也可以是單作用桿，也即所述液壓缸1是單輸出桿液壓缸或雙輸出桿液壓缸，其主要由缸筒，活塞桿，活塞，端蓋等組成。液壓缸的動作控制組件可以是伺服閥或者是比例閥，控制器4通過控制伺服閥或比例閥的流量輸出來控制液壓缸的運動；所述控制器4通過采集器分別與所述第一位移傳感器2和第二位移傳感器3連接，從而獲取第一位移傳感器2和第二位移傳感器3的反饋信號。

作為一種實現(xiàn)方式，第一位移傳感器2安裝在液壓缸1的缸體內(nèi)部，所述第一位移傳感器2的固定端與液壓缸1的尾部套筒連接，所述第一位移傳感器2的移動端與液壓缸1的輸出桿連接。液壓缸1的輸出桿動作帶動第一位移傳感器2的移動端移動，從而第一位移傳感器2可以實時監(jiān)測液壓缸1運動時的位移測量，其中，所述第一位移傳感器的量程和行程都至少是液壓缸1的輸出桿端可輸出的行程。

所述第二位移傳感器3設(shè)置在液壓缸1的缸體外部，所述第二位移傳感器3的固定端與液壓缸1的缸體外側(cè)壁固定連接，所述第二位移傳感器3的移動端與液壓缸1的輸出桿露在所述缸體外側(cè)的端部連接，所述第二位移傳感器3的移動端隨液壓缸1全行程運動，但是，第二位移傳感器3相比第一位移傳感器1，其量程范圍較小，在其量程范圍內(nèi)具有較高精度的測量能力，一般應(yīng)用過程中，第二位移傳感器3的量程的行程不小于液壓缸1的輸出桿端可輸出的行程，但第二位移傳感器3的量程根據(jù)實際需求配置，一般第二位移傳感器3的量程設(shè)置在液壓缸1的輸出桿端可輸出的行程的1/10～1/100之間。

需要說明的是第一位移傳感器2和第二位移傳感器3的設(shè)置方式不限于上述給出的形式，本實施例第一位移傳感器2設(shè)置在缸體的內(nèi)部是一種優(yōu)選的方式，其延續(xù)了大多數(shù)現(xiàn)有的液壓缸1的位移傳感器的設(shè)置方式，這樣可以在不改變現(xiàn)有的液壓缸1以及其位移傳感器的條件下，只需要增加第二位移傳感器3即可，設(shè)備改造簡單，投資省。

具體地，所述液壓缸1的尾部套筒上設(shè)置有第一固定座，所述液壓缸的輸出桿上設(shè)置有第二固定座，所述第一位移傳感器分別通過第一固定座、第二固定座與液壓缸的尾部套筒、液壓缸的輸出桿固定連接。所述液壓缸的缸體外部設(shè)置有第三固定座，所述液壓缸的輸出桿露在所述缸體外側(cè)的端部上設(shè)置有第四固定座，所述第二位移傳感器分別通過第三固定座、第四固定座與液壓缸的缸體外部、液壓缸的輸出桿露在所述缸體外側(cè)的端部連接。

作為一種實現(xiàn)方式，各個固定座可以通過螺栓等連接件與相應(yīng)的液壓缸部件和位移傳感器連接。固定座的設(shè)置，不僅方便了第一位移傳感器2和第二位移傳感器3與液壓缸的固定連接，也方便了第一位移傳感器2和第二位移傳感器3的更換。

本實施例高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)控制器根據(jù)兩個位移傳感器的反饋信號來確定主反饋信號并根據(jù)當前周期的位移設(shè)定值，計算主反饋信號的反饋位移值與位移設(shè)定值之間的誤差，生成控制指令并輸出給液壓缸的伺服閥，實現(xiàn)實時閉環(huán)控制。

本發(fā)明高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)所述液壓缸在執(zhí)行動作時，通過兩個位移傳感器的相互配合和切換完成液壓缸位移采集和控制，并通過控制器4合理選擇兩個位移傳感器的反饋信號作為主反饋值，從而能夠同時實現(xiàn)大行程和高精度位移控制和測量，增加了少量生產(chǎn)成本，達到了更好的效果，操作簡便易行。

實施例2

本實施例提供一種針對實施例1高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的控制方法，具體步驟如下：

S1控制器根據(jù)位移設(shè)定值控制液壓缸初步動作。

S2控制器接收第一位移傳感器和第二位傳感器采集的液壓缸動作后的輸出桿的位移的反饋信號，并根據(jù)反饋信號的反饋值選擇主反饋信號參與閉環(huán)控制，并計算位移設(shè)定值與主反饋信號的主反饋值的誤差。

S3控制器根據(jù)誤差值再次控制液壓缸動作。

S4重復(fù)步驟S2、S3直至所述液壓缸的輸出桿準確移動到設(shè)定位移位置。

其中，步驟S2，控制器接收第一位移傳感器和第二位傳感器采集的液壓缸動作后的輸出桿的位移的反饋信號，并根據(jù)反饋信號的選擇主反饋信號的具體過程包括兩種情況：情況一，如圖2所示(圖中，Y表示“是”，N表示“否”)，所述液壓缸的輸出桿由大位移區(qū)域移動到小位移區(qū)域：輸出桿的位移值大于位移參考值，所述控制器選擇第一位移傳感器的采集信號作為主反饋信號，輸出桿的位移值不大于位移參考值，控制器開啟切換狀態(tài)，開始記錄采集時間，并判定采集時間是否大于時間參考值；采集時間不大于時間參考值，控制器選擇第一位移傳感器的采集信號作為主反饋信號，采集時間大于時間參考值，控制器選擇第一位移傳感器和第二位移傳感器的采集信號的擬合值作為主反饋信號，且控制器同時開始記錄擬合值作為主反饋信號的循環(huán)次數(shù)，并判定循環(huán)次數(shù)是否大于次數(shù)參考值；循環(huán)次數(shù)不大于次數(shù)參考值，控制器繼續(xù)選擇第一位移傳感器和第二位移傳感器的采集信號的擬合值作為主反饋信號，循環(huán)次數(shù)大于次數(shù)參考值，控制器退出切換狀態(tài)，并選擇第二位移傳感器的采集信號作為主反饋信號，第一位移傳感器的采集信號不再參與控制；其中所述擬合值為第一位移傳感器和第二位移傳感器的采集信號的反饋位置值的加權(quán)平均值。

情況二，所述液壓缸的輸出桿由小位移區(qū)域移動到大位移區(qū)域：輸出桿的位移值小于位移參考值，所述控制器選擇第二位移傳感器的采集信號作為主反饋信號，輸出桿的位移值不小于位移參考值輸出桿的位移值控制器選擇第一位移傳感器的采集信號作為主反饋信號。

需要說明的是，液壓缸在工作過程中，第一位移傳感器和第二位移傳感器的信號始終處于被采集狀態(tài)。位移參考值時根據(jù)第一位移傳感器和第二位移傳感器的精度進行的預(yù)先設(shè)定的一個大位移區(qū)域和小位移區(qū)域的分界具體位移值，時間參考值是根據(jù)液壓缸的實際使用工況進行的預(yù)先的時間設(shè)定；次數(shù)參考值是根據(jù)液壓缸實際使用工況預(yù)先設(shè)定的循環(huán)次數(shù)。

具體的，本實施例高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的控制方法，控制器4工作時，同時采集第一位移傳感器和第一位移傳感器的信號，并根據(jù)圖2所示的主反饋采集循環(huán)工作流程，確定主反饋值，再根據(jù)圖4所示的控制循環(huán)工作流程，計算控制指令并輸出給液壓缸1的伺服閥，進而控制液壓缸1輸出桿端部位移?？刂破?和第一位移傳感器2和第二位移傳感器3之間分別采用采集電纜連接，控制器4和液壓缸1的伺服閥之間采用控制電纜連接。

本實施例高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的控制方法主反饋確定原則如下：

設(shè)置液壓缸的位移區(qū)域劃分，分為大位移區(qū)域和小位移區(qū)域；小位移區(qū)域為第二位移傳感器3的量程所覆蓋的位移區(qū)域，大位移區(qū)域為液壓缸1的輸出桿可輸出的最大位移區(qū)域除去小位移區(qū)域之外的其它區(qū)域。

當液壓缸1工作在大位移區(qū)域時，控制器4將第一位移傳感器2的采集信號作為主反饋值，參與閉環(huán)控制。

當液壓缸1輸出端的位移從大位移區(qū)域移動至小位移區(qū)域時，控制器4開啟切換狀態(tài)，切換狀態(tài)開啟后，前x(x值根據(jù)液壓缸實際使用工況設(shè)定的時間參考值)秒，控制器4依然采用第一位移傳感器2的采集信號作為主反饋值，x秒后，控制器4擬合第一位移傳感器2和第二位移傳感器3的采集信號，將擬合值作為主反饋值，參與閉環(huán)控制。同時，控制器4開啟計次功能，記錄采用擬合值作為主反饋的循環(huán)次數(shù)，當此次數(shù)大于n(n值是根據(jù)液壓缸實際使用工況設(shè)定的循環(huán)參考值)時，控制器4退出切換狀態(tài)，將主反饋信號從擬合值切換為第二位移傳感器的采集信號，第一位移傳感器2的采集信號不再參與控制。

液壓缸1的輸出端位移從小位移區(qū)域移動至大位移區(qū)域時，控制器4立即將主反饋信號從第二位移傳感器3的采集信號或者擬合值切換為第一位移傳感器的采集信號，第二位移傳感器B3的采集信號不再參與控制。

控制器4具有至少2個通道采集和個1通道輸出能力，具備采集通道的標定功能。控制器4對第一位移傳感器2和第二位移傳感器3的采集值進行標定，確保兩個位移傳感器在小位移區(qū)域內(nèi)的采集信號，中位、幅值、相位等方面都只存在極小的差距，該差距在切換過程中可忽略不計。

綜上所述，本發(fā)明高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)及其控制方法，液壓缸系統(tǒng)加工簡單成本低，通用性強，控制精度高，控制流程簡單，應(yīng)用范圍較廣。

需要說明的是本發(fā)明所述液壓缸可應(yīng)用但并不局限于液壓式振動臺系統(tǒng)中，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下能做出各種變化和拓展，比如可應(yīng)用于有相同使用需求的液壓位移控制系統(tǒng)或電氣位移控制系統(tǒng)中，可以起到同等效果，本發(fā)明中未作詳細描述。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。