比例力控制方法及系统 一种比例力控制方法及系统，涉及用于控制油路或气动系统中输出压力、力、力矩的比例力控制方法及系统。
在液压或气动系统中，通常的力控制方法可分为两类：①由常规液压(或气动)元件构成的开环力控制系统；②由伺服阀或比例阀构成的闭环力控制系统。前者存在控制精度不高，超调现象严重的不足。后者存在系统耗能大，抗干拢性能差，易振荡的缺陷，特别是对于柔性、低刚度力加载系统这种现象更加严重。
针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种高精度、低能耗的电液或电气比例力控制方法及系统，它将开环控制过程及闭环控制过程有机地结合起来，解决了柔性、低刚度力加载系统不稳定的问题。
根据所述目的，本发明采用这样的技术方案：在力控制过程中，采用开环和闭环控制相结合分阶段作用的方式。电液比例阀在闭环控制时起主要作用，液控单向阀在开环控制时起作用。在被控参数变化呈上升趋势至设定值上限前，采用闭环控制；当被控参数达到设定值时，由电液比例阀卸荷，压力从高压转入低压，单向阀则维持被控参数基本不变，进行开环控制；在被控参数下降至设定值的下限时，系统再次进行闭环控制。由于气动与液压传动及控制基本类似，以下仅对电液比例力控制方法及系统进行详细描述，对用电气比例阀、气动单向阀构成的电气比例力控制方法及系统不另展开讨论。
由于电液比例阀可以在电信号的作用下，成比例地控制力输出值。因此根据本发明所提出的原理，在电液比例力控制系统中，电液比例阀成为不可缺少的元件。比例阀一般为比例节流阀或比例溢流阀。整个系统包含有电液比例阀、单向阀、检测元件、电子调节器及执行机构。电液比例阀旁路设置在油源附近，单向阀位于执行机构与油源之间，检测原件设置在执行机构的输出端或介于执行机构与单向阀间，并且检测元件上的信号反馈给电子调节器，电子调节器根据予先设存入的指令控制电液比例阀的动作。
由于本发明以电液比例阀、单向阀为控制元件，采用开环和闭环控制分间段作用的方法。因此具有下述优点：①节省能源，特别对高精度长时间保压的系统效果更为明显；②抗干扰性能好，特别对于柔性、低刚度力加载系统，其控制相当平稳、理想，且调节过程中无超调、振荡现象；③控制精度高，而对控制元件性能要求不高；④成本低廉、性能价格比高。
附图说明。
图1为依据本发明提出的电液比例力控制系统方框图。
图2为依据本发明提出地电液比例力控制系统电子调节器控制流程图。
图3为依据本发明提出的电液比例力控制系统的被控参数时域响应图。
图4为依据本发明提出的电液比例力控制系统的液压系统压力时域响应图。
图5为依据本发明提出的电液比例力控制系统的一种油路图。
图6为依据本发明提出的电液比例力控制系统的另一种油路图。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
电液比例力控制原理是一种以油液为工作液体，采用电液比例阀控制及单向阀保压相结合的力控制方法。它将设定值的上下限作为开闭环控制的触发点，能控制并保持被控参数基本稳定。并且在控制过程中开环控制与闭环控制分阶段间断作用，从而达到高精度、低能耗控制力参数的目的。在被控参数初次达到设定值的上限时，由电液比例阀实现油路系统压力卸荷。而单向阀则用来维持执行机构中压力的稳定，即保持被控参数不变，从而构成开环控制。当系统受到干扰使得被控参数下降至设定值下限时，电液比例阀进入调节状态，使得油路系统中的压力再次上升，油源通过单向阀向执行机构加压。在被控参数上升至设定值的上限前，由电液比例阀、检测元件、电子调节器等构成闭环力控制。如此不断循环从而被控参数保持基本恒定。
参见图1.电液比例力控制系统核心元件为电液比例阀及单向阀。比例阀一般为比例节流阀，也可以是比例溢流阀。电液比例阀旁路设置在油源边，其进口与油源压力管路相连，出口接油源的回油油路。单向阀位于执行机构与油源之间，使得油源中的油只能自油源流向执行机构而不能回流，以维持执行机构中的油压。在执行机构的输出端设置有检测元件，也可以设置在单向阀与执行机构之间。检测元件上的检测信号反馈到电子调节器。电子调节器一般含有单片机或单板机，根据不同使用场合的控制要求输入不同的给定值，并根据被控参数的反馈信号与给定值进行比较，由此控制电液比例阀的动作。
电子调节器控制流程图参见图2，首先在电子调节器中输入给定值。当执行机构输出端的被控参数信号由检测元件反馈回电子调节内，若经比较上限值已达到，则比例阀卸荷，由单当阀进行保压，若尚未达到上限值，则比例阀继续加压调节。在单向阀保压过程中，若执行机构输出端被控参数下降至下限值时，则再次起动电液比例阀进行加压调节，若未达到下限值则继续保压。
图3、图4表示图1所示系统的工作状况。图3中被控参数在t1时域内从零上升到设定值上限，完成加载调节过程，在t2时域内，电液比例阀对油路系统卸荷，单向阀对执行机构保压。当被控参数下降到下限值时，进入t3时域，电液比例阀动作，系统压力回升，实现闭环调节。在不断的循环过程中，实现执行机构的稳定输出，在t4时域内开始重复上述过程。图4中，油源压力也呈周期性变化。t1时域系统处于加载调节过程，压力上升，t2时域电液比例阀卸荷，单向阀进行保压，t3时域单向阀再次动作，压力再次上升。因此油源绝大部分时间均处于较低压力状态下，从而节省了能量，t4时域内开始重复上述过程。
图5为依据本发明提出的一种油路图。电液比例阀(1)旁路布置在油源(5)边，其进口与油源压力管路(7)相连，出口接油源回油油路(8)。单向阀(2)进口与油源压力回路相连，出口与执行机构(6)进口相连。检测元件(3)装在执行机构输出端，其反馈信号输给电子调节器(4)，然后由电子调节器根据不同反馈信号控制电液比例阀的动作。另一种油路图参见图6，在执行机构的进口接有两个单向阀(2)，在单向阀与油源之间再接一换向阀(9)，且换向阀分别与油源压力油路及回油油路相接。
整个系统工作过程如下所述：a.电液比例阀处于首次加压调节阶段。此时被控参数变化呈上升趋势，尚未达到设定值的上限。电子调节器将反馈信号与设定值进行比例并处理放大去控制电液比例阀，使其输出量按一定关系变化。此时构成闭环力控制系统。b.电液比例阀低压卸荷、系统保压阶段。此时被控力参数刚好达到设定值上限，电子调节器控制电液比例阀低压卸荷。此时液压源和电子调节器处于低功耗状态。被控力参数由单向阀进行保压，并维持基本不变，避免柔性低刚度力加载系统稳态控制时不稳定及振荡现象的产生。c.电液比例阀在保压阶段的再次加压动作。在系统保压阶段，由于外界或内部干扰造成被控力参数呈下降趋势，并降至设定值的下限时，电子调节器使得电液比例阀重新加压动作。调节过程如前面a阶段所述，直至被控力参数重新达到设定的上限值。此时比例阀再次处于低压卸荷状态，如前面b阶段所述，从而满足长时间保压过程中高精度力控制要求。