本實(shí)用新型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)。

背景技術(shù)：

液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)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(hào)采集到控制系統(tǒng)與位移指令進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)控制伺服閥或比例閥的開(kāi)度來(lái)控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到精確動(dòng)作的目的，液壓缸的位移采集通過(guò)液壓缸上集成的位移傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

市場(chǎng)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(shí)，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(dòng)臺(tái)系統(tǒng)等動(dòng)態(tài)測(cè)試領(lǐng)域：低頻振動(dòng)時(shí)，要求有大行程的能力；高頻振動(dòng)時(shí)，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(wú)法提高采集器測(cè)量量程的條件下，針對(duì)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(duì)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(jiàn)，在無(wú)法提高采集器測(cè)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(duì)高控制精度和大行程兩方面的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本實(shí)用新型提供一種高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有方式的位移傳感器不能滿足液壓缸對(duì)高控制精度和大行程兩方面的要求的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型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(cè)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(hào)并根據(jù)位移反饋信號(hào)選擇主反饋信號(hào)，所述控制器根據(jù)主反饋信號(hào)控制液壓缸動(dòng)作，從而形成液壓缸動(dòng)作的閉環(huán)控制。

進(jìn)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(dòng)端與液壓缸的輸出桿連接。

進(jìn)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(dòng)端與液壓缸的輸出桿露在所述缸體外側(cè)的端部連接。

進(jìn)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(guò)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(jìn)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(guò)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步地，所述控制器通過(guò)控制伺服閥控制所述液壓缸動(dòng)作，所述控制器通過(guò)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。

(三)有益效果

本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型提供的高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)，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(shí)，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(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，拓寬了液壓缸的應(yīng)用領(lǐng)域，通用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于液壓式振動(dòng)臺(tái)等位移控制式的液壓系統(tǒng)中。

除了上面所描述的本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)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(lái)的優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型的其他技術(shù)特征及這些技術(shù)特征帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié)合附圖作出進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1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(dòng)到小位移區(qū)域的主反饋采集循環(huán)工作流程圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1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是本實(shí)用新型實(shí)施例1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(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“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(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)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(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。

此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”、“多根”、“多組”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，“若干個(gè)”、“若干根”、“若干組”的含義是一個(gè)或一個(gè)以上。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)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(cè)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(dòng)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(hào)，并能夠控制液壓缸1動(dòng)作。

其中，液壓缸1是執(zhí)行機(jī)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(dòng)作控制組件可以是伺服閥或者是比例閥，控制器4通過(guò)控制伺服閥或比例閥的流量輸出來(lái)控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)；所述控制器4通過(guò)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(hào)。

作為一種實(shí)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(dòng)端與液壓缸1的輸出桿連接。液壓缸1的輸出桿動(dòng)作帶動(dòng)第一位移傳感器2的移動(dòng)端移動(dòng)，從而第一位移傳感器2可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓缸1運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移測(cè)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(dòng)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(dòng)端隨液壓缸1全行程運(yùn)動(dòng)，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(cè)量能力，一般應(yīng)用過(guò)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(shí)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(shuō)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(shí)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(shí)現(xiàn)方式，各個(gè)固定座可以通過(guò)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(shí)施例高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)控制器根據(jù)兩個(gè)位移傳感器的反饋信號(hào)來(lái)確定主反饋信號(hào)并根據(jù)當(dāng)前周期的位移設(shè)定值，計(jì)算主反饋信號(hào)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。

本實(shí)用新型高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)所述液壓缸在執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，通過(guò)兩個(gè)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(guò)控制器4合理選擇兩個(gè)位移傳感器的反饋信號(hào)作為主反饋值，從而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)大行程和高精度位移控制和測(cè)量，增加了少量生產(chǎn)成本，達(dá)到了更好的效果，操作簡(jiǎn)便易行。

下面具體介紹本實(shí)施例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(dòng)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(dòng)作后的輸出桿的位移的反饋信號(hào)，并根據(jù)反饋信號(hào)的反饋值選擇主反饋信號(hào)參與閉環(huán)控制，并計(jì)算位移設(shè)定值與主反饋信號(hào)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(dòng)作。

S4重復(fù)步驟S2、S3直至所述液壓缸的輸出桿準(zhǔn)確移動(dòng)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(dòng)作后的輸出桿的位移的反饋信號(hào)，并根據(jù)反饋信號(hào)的選擇主反饋信號(hào)的具體過(guò)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(dòng)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(hào)作為主反饋信號(hào)，輸出桿的位移值不大于位移參考值，控制器開(kāi)啟切換狀態(tài)，開(kāi)始記錄采集時(shí)間，并判定采集時(shí)間是否大于時(shí)間參考值；采集時(shí)間不大于時(shí)間參考值，控制器選擇第一位移傳感器的采集信號(hào)作為主反饋信號(hào)，采集時(shí)間大于時(shí)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(hào)的擬合值作為主反饋信號(hào)，且控制器同時(shí)開(kāi)始記錄擬合值作為主反饋信號(hào)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(hào)的擬合值作為主反饋信號(hào)，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(hào)作為主反饋信號(hào)，第一位移傳感器的采集信號(hào)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(hào)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(dòng)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(hào)作為主反饋信號(hào)，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(hào)作為主反饋信號(hào)。

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

具體的，本實(shí)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(shí)，同時(shí)采集第一位移傳感器和第一位移傳感器的信號(hào)，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(jì)算控制指令并輸出給液壓缸1的伺服閥，進(jìn)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(shí)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?yàn)榈诙灰苽鞲衅?的量程所覆蓋的位移區(qū)域，大位移區(qū)域?yàn)橐簤焊?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(dāng)液壓缸1工作在大位移區(qū)域時(shí)，控制器4將第一位移傳感器2的采集信號(hào)作為主反饋值，參與閉環(huán)控制。

當(dāng)液壓缸1輸出端的位移從大位移區(qū)域移動(dòng)至小位移區(qū)域時(shí)，控制器4開(kāi)啟切換狀態(tài)，切換狀態(tài)開(kāi)啟后，前x(x值根據(jù)液壓缸實(shí)際使用工況設(shè)定的時(shí)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(hào)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(hào)，將擬合值作為主反饋值，參與閉環(huán)控制。同時(shí)，控制器4開(kāi)啟計(jì)次功能，記錄采用擬合值作為主反饋的循環(huán)次數(shù)，當(dāng)此次數(shù)大于n(n值是根據(jù)液壓缸實(shí)際使用工況設(shè)定的循環(huán)參考值)時(shí)，控制器4退出切換狀態(tài)，將主反饋信號(hào)從擬合值切換為第二位移傳感器的采集信號(hào)，第一位移傳感器2的采集信號(hào)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(dòng)至大位移區(qū)域時(shí)，控制器4立即將主反饋信號(hào)從第二位移傳感器3的采集信號(hào)或者擬合值切換為第一位移傳感器的采集信號(hào)，第二位移傳感器B3的采集信號(hào)不再參與控制。

控制器4具有至少2個(gè)通道采集和個(gè)1通道輸出能力，具備采集通道的標(biāo)定功能?？刂破?對(duì)第一位移傳感器2和第二位移傳感器3的采集值進(jìn)行標(biāo)定，確保兩個(gè)位移傳感器在小位移區(qū)域內(nèi)的采集信號(hào)，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(guò)程中可忽略不計(jì)。

綜上所述，本實(shí)用新型高精度位移控制液壓缸系統(tǒng)，液壓缸系統(tǒng)加工簡(jiǎn)單成本低，通用性強(qiáng)，控制精度高，控制流程簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍較廣。

需要說(shuō)明的是本實(shí)用新型所述液壓缸可應(yīng)用但并不局限于液壓式振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)中，在不脫離本實(shí)用新型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，本實(shí)用新型中未作詳細(xì)描述。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)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)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。