CN102086893B - 多轴液压同步控制系统、方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多轴液压同步控制系统、方法及设备，属于同步控制技术领域。该系统包括：控制器、数模转换模块、至少两个液压比例阀和与液压比例阀数量相同的位置反馈装置；所述控制器经数模转换模块与各液压比例阀连接，每个液压比例阀能驱动其连接的一个液压缸；各位置反馈装置分别与所述控制器连接，每个位置反馈装置能检测一个液压缸的位置，并将检测到的位置数据输送给所述控制器；所述控制器能根据各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据，参照控制器存储的同步数据控制各液压比例阀，通过各液压比例阀对各液压缸进行同步驱动。该系统结构简单、同步精度高，成本低，解决了现有多轴液压同步所存在的同步精度低、成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及同步控制领域，特别是涉及一种多轴液压同步控制系统、方法及设备。
背景技术
目前一些通过机电控制的设备中，如机电控制的舞台，为实现同步控制升降，多采用同步缸或同步马达，但若舞台的升降行程长时，会导致所使用的同步缸或同步马达的体积较大，造价昂贵。并且同步缸或同步马达的加工精度要求高，存在内部泄漏的安全隐患，维修成本高等问题。
发明内容
基于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式提供一种多轴液压同步控制系统、方法及设备，在不采用同步缸或同步马达的情况下，可根据检测到的各液压缸的位移量，实现对各液压缸的同步驱动，从而实现多轴液压同步控制。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种多轴液压同步控制系统，包括：
控制器、数模转换模块、至少两个液压比例阀和与液压比例阀数量相同的位置反馈装置；
所述控制器经数模转换模块与各液压比例阀连接，每个液压比例阀能驱动其连接的一个液压缸；各位置反馈装置分别与所述控制器连接，每个位置反馈装置能检测一个液压缸的位置，并将检测到的位置数据输送给所述控制器；
所述控制器能根据各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据，参照控制器存储的同步数据控制各液压比例阀，通过各液压比例阀对各液压缸进行同步驱动。
所述控制器存储的同步数据包括：根据控制液压比例阀的模拟给定量与各模拟给定量对应的液压缸的工作位置形成的液压缸工作曲线数据。
所述控制器包括：接收模块、存储模块和同步控制模块；
所述接收模块，用于接收各位置反馈装置检测后输送的各液压缸的位置数据；
所述存储模块，用于存储同步数据和所述接收模块接收的所述位置数据；
所述同步控制模块，用于根据各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据，参照所述存储模块存储的同步数据控制各液压比例阀，通过各液压比例阀对各液压缸进行同步驱动。
所述控制器还包括：
补偿控制模块，用于根据对各液压缸设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据，并在控制各液压比例阀的过程中，将所述接收模块接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与所述虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀。
所述补偿控制模块包括：虚拟主轴曲线数据生成子模块和比较处理子模块；
所述虚拟主轴曲线数据生成子模块，用于根据对各液压缸设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据，并将所述虚拟主轴曲线数据存储至所述存储模块；
所述比较处理子模块，用于在控制各液压比例阀的过程中，将所述接收模块接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与所述同步定位数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀。
所述控制器还包括：自学习模块，用于在控制液压比例阀驱动各液压缸过程中，根据向各液压比例阀输送的模拟给定量与各模拟给定量对应的各液压缸的工作位置进行计算得出各液压缸的新的工作曲线数据作为新的同步数据，并存储至所述存储模块中替换现有的同步数据。
所述同步控制模块包括：查找子模块和输出子模块；
所述查找子模块，用于在所述存储模块存储的同步数据中查找与各位置数据对应的控制各液压比例阀的模拟给定量；
所述输出子模块，用于将所述查找子模块找到的各模拟给定量输送至对应的各液压比例阀。
所述系统还包括：与液压比例阀数量相同的液压缸，分别与各液压比例阀和各位置反馈装置连接。
本发明实施方式还提供一种多轴液压同步控制方法，应用于上述的多轴液压同步控制系统，包括：
接收各位置反馈装置输送的分别与各液压比例阀连接的各液压缸的位置数据；
参照存储的同步数据控制各液压比例阀，通过各液压比例阀对各液压缸进行同步驱动。
所述参照存储的同步数据控制各液压比例阀包括：
从同步数据中找到与位置数据对应的控制液压比例阀的模拟给定量，通过找到的模拟给定量控制液压比例阀，其中，所述同步数据为根据控制液压比例阀的模拟给定量与各模拟给定量对应的液压缸的工作位置形成的液压缸工作曲线数据。
所述方法还包括：
补偿控制步骤，在控制各液压比例阀的过程中，将接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀；其中，所述虚拟主轴曲线数据为根据对各液压缸设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据。
本发明实施方式又提供一种多轴液压同步控制设备，包括：同步控制系统、多个液压缸和平台部件，其特征在于，所述同步控制系统采用上述的多轴液压同步控制系统，所述同步控制系统的各液压比例阀和各位置反馈装置分别与各液压缸连接，平台部件设置在各液压缸的升降端上。
通过本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式中通过位置反馈装置检测各液压比例阀所驱动的各液压缸的位置数据，并将位置数据反馈给控制器，由控制器根据位置数据，参照存储的同步数据对各液压比例阀进行控制，从而通过各液压比例阀可同步驱动各液压缸。该系统结构简单，同步控制精度高，既具有快速的动态响应又具备高精度的稳态定位性能和实时同步性，且成本低。解决了现有多轴液压同步技术采用比例阀或伺服阀控制同步缸或同步马达驱动同步精度低、设备体积大，维修成本高的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多轴液压同步控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的多轴液压同步控制系统的控制器的结构框图；
图3为本发明实施例提供的多轴液压同步控制系统的控制器的同步控制模块的结构框图；
图4为本发明实施例提供的多轴液压同步控制系统的控制器的补偿控制模块的结构框图；
图5为本发明实施例提供的多轴液压同步控制方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的多轴液压同步控制系统的具体结构框图；
图7为本发明实施例提供的多轴同步控制系统的液压缸工作曲线图；
图8为本发明实施例提供的多轴同步控制系统和液压同步定位曲线图；
图9为本发明实施例提供的多轴液压同步控制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明一实施例提供一种多轴液压同步控制系统，该系统可实现对多个液压缸进行同步控制，如图1所示，该系统包括：控制器1、数模转换模块2(D/A模块)、至少两个液压比例阀3和与液压比例阀数量相同的位置反馈装置4；
其中，控制器1经数模转换模块2与各液压比例阀3连接，每个液压比例阀3能驱动其连接的一个液压缸4；各位置反馈装置5分别与所述控制器1连接，每个位置反馈装置5能检测一个液压缸4的位置，并将检测到的位置数据输送给所述控制器1；控制器1能根据各位置反馈装置5输送的各液压缸的位置数据，参照控制器1存储的同步数据控制各液压比例阀3，通过各液压比例阀3对各液压缸4进行同步驱动，实现各液压缸的同步升降。
上述系统中，控制器1存储的同步数据为：根据控制液压比例阀的模拟给定量与各模拟给定量对应的液压缸的工作位置形成的液压缸工作曲线数据。该液压缸工作曲线数据可由控制器1根据液压比例阀的模拟给定量与各模拟给定量对应的液压缸的工作位置进行计算后得到，并存储在控制器中，也可以预先计算得到液压缸的工作曲线数据后，再存储到控制器1内。
如图2所示，上述系统中的控制器1包括：接收模块11、存储模块12和同步控制模块13；
其中，接收模块11与存储模块12连接，用于接收各位置反馈装置检测后输送的各液压缸的位置数据；
存储模块12与同步控制模块13连接，用于存储同步数据和所述接收模块接收的所述位置数据；
同步控制模块13，用于根据各位置反馈装置5输送的各液压缸4的位置数据，参照所述存储模块12存储的同步数据控制各液压比例阀3，通过各液压比例阀3对各液压缸4进行同步驱动。
如图3所示，上述同步控制模块13具体可包括：查找子模块131和输出子模块132；
其中，查找子模块131与输出子模块132连接，用于在所述存储模块12存储的同步数据中查找与各位置数据对应的控制各液压比例阀3的模拟给定量；输出子模块132，用于将所述查找子模块找到的各模拟给定量输送至对应的各液压比例阀3。
上述控制器1还可以包括：补偿控制模块14，分别与存储模块12和同步控制模块13连接，用于根据对各液压缸4设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据，并在控制各液压比例阀的过程中，将所述接收模块接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与所述虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀。
如图4所示，上述控制器1中的补偿控制模块14包括：虚拟主轴曲线数据生成子模块141和比较处理子模块142；
其中，虚拟主轴曲线数据生成子模块141与比较处理子模块连接，用于根据对各液压缸设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据，并将所述虚拟主轴曲线数据存储至所述存储模块12；
比较处理子模块142，用于在控制各液压比例阀驱动液压缸的过程中，将所述接收模块接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与所述同步定位数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀。
上述控制器1还可以包括：自学习模块15，用于在控制液压比例阀驱动各液压缸过程中，根据向液压比例阀输送的模拟给定量与各模拟给定量对应的液压缸的工作位置进行计算得出液压缸的新的工作曲线数据作为新的同步数据，并存储至所述存储模块中替换现有的同步数据，新的同步数据作为同步控制各液压缸的参照数据，实现在控制液压比例阀驱动各液压缸的过程中，形成自学习的控制方式，实现自适应控制。
在上述控制系统的基础上，还可以设置与液压比例阀数量相同的液压缸，分别与各液压比例阀和各位置反馈装置连接，形成一种带有液压缸的多轴液压同步控制系统。
本发明另一实施例还提供一种多轴液压同步控制方法，应用于上述的多轴液压同步控制系统，如图5所示，该方法包括：
步骤S1，接收各位置反馈装置输送的分别与各液压比例阀连接的各液压缸的位置数据；
步骤S2，参照存储的同步数据控制各液压比例阀，通过各液压比例阀对各液压缸进行同步驱动。
上述步骤S2中，参照存储的同步数据控制各液压比例阀具体包括：从同步数据中找到与位置数据对应的控制液压比例阀的模拟给定量，通过找到的模拟给定量控制液压比例阀，其中，所述同步数据为根据控制液压比例阀的模拟给定量与各模拟给定量对应的液压缸的工作位置形成的液压缸工作曲线数据。
在上述方法的基础上，还可以包括：步骤S3，补偿控制步骤，在控制各液压比例阀的过程中，将接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀；其中，所述虚拟主轴曲线数据为根据对各液压缸设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据。
下面结合具体实例对上述多轴液压同步控制系统及其控制方法作进一步说明。
如图6所示，本发明实施例的多轴液压同步控制系统，具体可由两套以上液压缸4、驱动各液压缸的液压比例阀3、检测液压缸位置的位置反馈装置5、控制器1、D/A模块2(数模转换模块)构成；其中，控制器1和液压比例阀3通过D/A模块2连接，每个液压比例阀3均连接一个液压缸4，在控制器1的控制下液压比例阀3能驱动液压缸4；位置反馈装置5与控制器1连接，用于对每个液压缸4的位置进行检测，并将检测的位置信号(包含检测获得的液压缸的位置数据)输送给控制器1，使控制器1能根据位置反馈装置5反馈的位置信号运算处理后控制液压比例阀3，实现同步控制各液压缸4，成为一种位置闭环系统。该系统中各液压元件(如液压比例阀与液压缸)之间的相互连接可采用高压软管连接，可在进油口及出油口做出标记；各电气元件之闻的相互连接及外部设备的接线采用端子连接，每个端子分别标有端子排名称及端子号。
上述多轴液压同步控制系统可用在同步控制设备中，如同步液压驱动舞台，舞台的平台部件设置在各液压缸的升降端上，通过控制各液压比例阀实现各液压缸同步升降，完成舞台的升降。
对上述多轴液压同步控制系统的同步控制过程为：将位置反馈装置对每个液压缸的位置反馈的位置数据与给定液压比例阀的模拟给定值(该模拟给定值可控制液压比例阀的开口大小，从而决定输送到液压缸的流量和压力，驱动液压缸按给定的线速度升降)构成一条液压缸的工作曲线，存储在控制器内；控制器控制液压比例阀执行液压缸的升降时，从液压缸的工作曲线中查找应给定液压比例阀的模拟给定值，按照对应的模拟给定值输出到液压比例阀，控制各液压比例阀驱动各液压缸按对应的线速度升降，实现同步驱动。控制各液压缸过程中，可使各液压缸跟随一条理想的虚拟主轴曲线运行，该虚拟主轴曲线可由液压缸的当前位置、目标位置、恒定线速度、加速度和减速度来定义，并根据液压缸的定义的最大参数做出滤波处理；这样在同步控制过程中，采用虚拟主轴的同步控制方式，可使控制器具备自学习的功能，在控制过程中及时补偿控制各液压比例阀，保证各液压比例阀同步控制的精度。
下面结合图6～图8，以多轴液压同步控制的舞台为例，对上述的控制过程作进一步说明：该舞台包括两套以上液压缸4，液压缸4配备有位置反馈装置5，可检测液压缸4的位置后输送给控制器1，位置反馈装置5可采用位移传感器或编码器等位置检测装置，设置在各液压缸4的升降端的舞台平台部件6；控制器1可采用单片机或PLC(可编程控制器)或工控计算机，控制器1可通过D/A模块2(数模转换模块)将模拟给定值输送到液压比例阀3，每个液压比例阀3驱动一个液压缸4升降。
控制过程可采用虚拟主轴的控制方式，根据同步定位参数(包括当前位置、目标位置、恒定线速度、加速度和减速度)生成一条虚拟主轴曲线，所有同步液压缸位置闭环控制可跟随虚拟主轴曲线运动。
具体为：控制器1根据同步定位参数生成虚拟主轴曲线，通过从液压缸4的工作曲线(工作曲线由每个液压缸的位置与给定液压比例阀的模拟给定值形成)中查找，得到对应于液压缸的某一位置应向液压比例阀给定的模拟给定值，由D/A模块2将查找得到的模拟给定值输送给液压比例阀3，液压比例阀3根据模拟给定值可确定其开口大小并决定输送给液压缸4的流量和压力，从而驱动液压缸4按给定的线速度升降，所有液压缸4同步升降则驱动舞台平台部件6升降。升降过程中，位置反馈装置5实时将各液压缸4的位移信号反馈到控制器1，与控制器1生成的虚拟主轴(该虚拟主轴按虚拟主轴曲线运动)运行的位移作比较，根据比较结果(进行PI运算后)由D/A模块2补偿控制液压比例阀3，这样便形成了跟随虚拟主轴的多轴液压同步位置控制闭环系统。该多轴液压同步控制的舞台，在舞台高度达到20米，平台跨度长20米的情况下，同步升降位置偏差可保证在±2mm的要求，具有较高的同步控制精度。
本发明又一实施例在上述同步控制系统基础上，还提供一种多轴液压同步控制设备，如图9所示，该设备包括：同步控制系统、多个液压缸和平台部件，所述同步控制系统采用上述的多轴液压同步控制系统，所述同步控制系统的各液压比例阀和各位置反馈装置分别与各液压缸连接，平台部件设置在各液压缸的升降端上。
综上所述，本发明实施例的多轴液压同步控制系统，解决了现有多轴液压同步技术采用比例阀或伺服阀控制同步缸或同步马达的方式，所存在的同步精度低、体积大及成本高的缺点。该多轴液压同步控制系统既具有快速的动态响应又具备高精度的稳态定位性能和实时同步性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种多轴液压同步控制系统，其特征在于，包括：
控制器、数模转换模块、至少两个液压比例阀和与液压比例阀数量相同的位置反馈装置；
所述控制器经数模转换模块与各液压比例阀连接，每个液压比例阀能驱动其连接的一个液压缸；各位置反馈装置分别与所述控制器连接，每个位置反馈装置能检测一个液压缸的位置，并将检测到的位置数据输送给所述控制器；
所述控制器能根据各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据，参照控制器存储的同步数据控制各液压比例阀，通过各液压比例阀对各液压缸进行同步驱动；
所述控制器存储的同步数据包括：根据控制液压比例阀的模拟给定量与各模拟给定量对应的液压缸的工作位置形成的液压缸工作曲线数据；
所述控制器包括：
接收模块、存储模块和同步控制模块；
所述接收模块，用于接收各位置反馈装置检测后输送的各液压缸的位置数据；
所述存储模块，用于存储同步数据和所述接收模块接收的所述位置数据；
所述同步控制模块，用于根据各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据，参照所述存储模块存储的同步数据控制各液压比例阀，通过各液压比例阀对各液压缸进行同步驱动；
所述控制器还包括：
补偿控制模块，用于根据对各液压缸设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据，并在控制各液压比例阀的过程中，将所述接收模块接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与所述虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀。
2.根据权利要求1所述的多轴液压同步控制系统，其特征在于，所述补偿控制模块包括：
虚拟主轴曲线数据生成子模块和比较处理子模块；
所述虚拟主轴曲线数据生成子模块，用于根据对各液压缸设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据，并将所述虚拟主轴曲线数据存储至所述存储模块；
所述比较处理子模块，用于在控制各液压比例阀的过程中，将所述接收模块接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与所述同步数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀。
3.根据权利要求1所述的多轴液压同步控制系统，其特征在于，所述控制器还包括：自学习模块，用于在控制液压比例阀驱动各液压缸过程中，根据向各液压比例阀输送的模拟给定量与各模拟给定量对应的各液压缸的工作位置进行计算得出各液压缸的新的工作曲线数据作为新的同步数据，并存储至所述存储模块中替换现有的同步数据。
4.根据权利要求1所述的多轴液压同步控制系统，其特征在于，所述同步控制模块包括：
查找子模块和输出子模块；
所述查找子模块，用于在所述存储模块存储的同步数据中查找与各位置数据对应的控制各液压比例阀的模拟给定量；
所述输出子模块，用于将所述查找子模块找到的各模拟给定量输送至对应的各液压比例阀。
5.根据权利要求1～4任一项所述的多轴液压同步控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
与液压比例阀数量相同的液压缸，分别与各液压比例阀和各位置反馈装置连接。
6.一种多轴液压同步控制方法，其特征在于，应用于上述权利要求1～5任一项所述的多轴液压同步控制系统，包括：
接收各位置反馈装置输送的分别与各液压比例阀连接的各液压缸的位置数据；
参照存储的同步数据控制各液压比例阀，通过各液压比例阀对各液压缸进行同步驱动；
所述参照存储的同步数据控制各液压比例阀包括：
从同步数据中找到与位置数据对应的控制液压比例阀的模拟给定量，通过找到的模拟给定量控制液压比例阀，其中，所述同步数据为根据控制液压比例阀的模拟给定量与各模拟给定量对应的液压缸的工作位置形成的液压缸工作曲线数据；
所述方法还包括：
补偿控制步骤，在控制各液压比例阀的过程中，将接收的各位置反馈装置输送的各液压缸的位置数据与虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各液压比例阀；其中，所述虚拟主轴曲线数据为根据对各液压缸设定的目标位置、恒定线速度、加速度和减速度与各液压缸的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据。
7.一种多轴液压同步控制设备，包括：同步控制系统、多个液压缸和平台部件，其特征在于，所述同步控制系统采用上述权利要求1～5任一项所述的多轴液压同步控制系统，所述同步控制系统的各液压比例阀和各位置反馈装置分别与各液压缸连接，平台部件设置在各液压缸的升降端上。
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