[发明专利]步进式液压元件防堵控制设备、系统、方法及机械设备

说明书

技术领域

本发明涉及液压领域，具体地，涉及一种步进式液压元件防堵控制设备、系统、方法及机械设备。

背景技术

步进式液压元件是利用步进电机作为电机械转换器的一种数字控制液压元件，其主要包含：步进电机、反馈机构、流量控制阀和液压执行元件。工作过程如下：步进电机接受脉冲序列的控制，输出位移转角，转角与输入的脉冲数成正比，接着通过机械转换装置(例如，滚珠丝杠(或螺杆螺母)机构)将转角变成流量控制阀的阀芯位移，再经过液压执行元件(例如，步进式液压缸、步进式液压马达)进行液压放大，输出相应的位移或转角(例如，步进式液压缸的活塞位移或步进式液压马达的马达转角)。该活塞位移或马达转角可通过反馈机构(例如，滚珠丝杠)反馈到流量控制阀的阀芯上，形成对该阀芯位移的闭环控制。因此，活塞位移或马达转角与输入至步进电机的脉冲序列的累计数量成正比，活塞速度或马达转速与步进电机脉冲序列的频率成正比。

步进式液压元件因采用闭环控制而精度高，因采用机械反馈机构而工作可靠、抗干扰能力强，因采用步进电机作为电机械转换器而驱动简单、造价不高，因此步进式液压元件在数控机床中获得了广泛应用。近年，以工程机械为典型代表的先进制造装备对性能好、工作可靠、成本低、智能化的要求日益攀升，步进式液压元件存在有巨大的潜在应用空间。

然而，现有的步进式液压元件容易出现电机堵转的现象。在电机堵转的情况下，会存在以下两方面的问题：

1)降低了可靠性：电机堵转会导致电机线圈电流急剧增大，线圈发热迅速攀升，容易导致线圈绝缘失效、进而烧损。

2)缩小了控制范围：电机堵转后，再给予任何脉冲序列，已无法进一步增大阀芯开口，而现有技术为了防止堵转，只能凭经验模糊地降低脉冲频率而预留出一定的防堵转频率空间，相当于添加了一个饱和环节，导致脉冲频率-元件速度的控制范围被人为缩小，为本就快速性不高的步进式液压元件作了进一步地快速性限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种步进式液压元件防堵控制设备、系统、方法及机械设备，其可自动防止电机堵转以提高液压元件作业可靠性、扩大元件控制范围。

为了实现上述目的，本发明提供一种步进式液压元件防堵控制设备，该步进式液压元件包含：液压执行元件；流量控制阀，用于控制输入至所述液压执行元件的液压油的流量，以驱动所述液压执行元件转动或产生位移；电机及电机驱动器，该电机驱动器用于根据脉冲信号驱动所述电机转动，以控制所述流量控制阀的阀芯位移；以及反馈机构，用于将所述液压执行元件的转角或位移反馈至所述流量控制阀的阀芯上，以实现对所述阀芯的开度的闭环控制。该设备包括：接收器，用于接收流量控制阀进油口压力与出油口的压力、负载压力以及指令脉冲频率f；以及控制器，用于根据所述进油口压力与出油口的压力以及负载压力，计算防堵脉冲频率，将指令脉冲频率f与该防堵脉冲频率进行比较，并根据比较结果确定输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率f₀，以防止所述电机堵转。

其中，所述防堵脉冲频率包含一防堵余量内对应的脉冲频率f_e以及一临界堵转时对应的脉冲频率f_m，所述控制器执行以下操作中的一者或多者：在f≤f_e的情况下，控制输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率f₀为f；在f_e＜f≤f_m的情况下,控制输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率f₀为f_e；以及在f＞f_m的情况下，控制输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率f₀为0。

其中，f_e＝K_e*f_m，其中K_e与所述液压执行元件的负载惯性有关，负载惯性越大，K_e越大。

其中，所述临界堵转时对应的脉冲频率f_m通过以下操作而被确定：将所述液压执行元件设定为空载；以及逐步增大输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率，直至所述液压执行元件的转速或位移不再增加，此时输入至所述电机驱动器的脉冲信号的频率即为所述临界堵转时对应的脉冲频率f_m。