步進式液壓元件防堵控制設備、系統、方法及機械設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及液壓領域，具體地，設及一種步進式液壓元件防堵控制設備、系統、方 法及機械設備。
【背景技術】
[0002] 步進式液壓元件是利用步進電機作為電機械轉換器的一種數字控制液壓元件，其 主要包含:步進電機、反饋機構、流量控制閥和液壓執行元件。工作過程如下:步進電機接受 脈沖序列的控制，輸出位移轉角，轉角與輸入的脈沖數成正比，接著通過機械轉換裝置(例 如，滾珠絲杠(或螺桿螺母)機構)將轉角變成流量控制閥的閥忍位移，再經過液壓執行元件 (例如，步進式液壓缸、步進式液壓馬達)進行液壓放大，輸出相應的位移或轉角(例如，步進 式液壓缸的活塞位移或步進式液壓馬達的馬達轉角）。該活塞位移或馬達轉角可通過反饋 機構（例如，滾珠絲杠）反饋到流量控制閥的閥忍上，形成對該閥忍位移的閉環控制。因此， 活塞位移或馬達轉角與輸入至步進電機的脈沖序列的累計數量成正比，活塞速度或馬達轉 速與步進電機脈沖序列的頻率成正比。
[0003] 步進式液壓元件因采用閉環控制而精度高，因采用機械反饋機構而工作可靠、抗 干擾能力強，因采用步進電機作為電機械轉換器而驅動簡單、造價不高，因此步進式液壓元 件在數控機床中獲得了廣泛應用。近年，W工程機械為典型代表的先進制造裝備對性能好、 工作可靠、成本低、智能化的要求日益攀升，步進式液壓元件存在有巨大的潛在應用空間。
[0004] 然而，現有的步進式液壓元件容易出現電機堵轉的現象。在電機堵轉的情況下，會 存在W下兩方面的問題：
[000引1)降低了可靠性：電機堵轉會導致電機線圈電流急劇增大，線圈發熱迅速攀升，容 易導致線圈絕緣失效、進而燒損。
[0006] 2)縮小了控制范圍：電機堵轉后，再給予任何脈沖序列，已無法進一步增大閥忍開 口，而現有技術為了防止堵轉，只能憑經驗模糊地降低脈沖頻率而預留出一定的防堵轉頻 率空間，相當于添加了一個飽和環節，導致脈沖頻率-元件速度的控制范圍被人為縮小，為 本就快速性不高的步進式液壓元件作了進一步地快速性限制。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是提供一種步進式液壓元件防堵控制設備、系統、方法及機械設備， 其可自動防止電機堵轉W提高液壓元件作業可靠性、擴大元件控制范圍。
[0008] 為了實現上述目的，本發明提供一種步進式液壓元件防堵控制設備，該步進式液 壓元件包含:液壓執行元件;流量控制閥，用于控制輸入至所述液壓執行元件的液壓油的流 量，W驅動所述液壓執行元件轉動或產生位移；電機及電機驅動器，該電機驅動器用于根據 脈沖信號驅動所述電機轉動，W控制所述流量控制閥的閥忍位移；W及反饋機構，用于將所 述液壓執行元件的轉角或位移反饋至所述流量控制閥的閥忍上，W實現對所述閥忍的開度 的閉環控制。該設備包括:接收器，用于接收流量控制閥進油口壓力與出油口的壓力、負載 壓力w及指令脈沖頻率f;w及控制器，用于根據所述進油口壓力與出油口的壓力w及負載 壓力，計算防堵脈沖頻率，將指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進行比較，并根據比較結果 確定輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率f〇，W防止所述電機堵轉。
[0009]其中，所述防堵脈沖頻率包含一防堵余量內對應的脈沖頻率feW及一臨界堵轉時 對應的脈沖頻率fm，所述控制器執行W下操作中的一者或多者:在f含fe的情況下，控制輸入 至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率時為f;在的情況下，控制輸入至所述電機驅 動器的脈沖信號的頻率時為fe;W及在f>fm的情況下，控制輸入至所述電機驅動器的脈沖 信號的頻率時為0。
[0010]其中，fe = Ke*fm，其中Ke與所述液壓執行元件的負載慣性有關，負載慣性越大，Ke越 大。
[0011] 其中，所述臨界堵轉時對應的脈沖頻率fm通過W下操作而被確定:將所述液壓執 行元件設定為空載；W及逐步增大輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率，直至所述液 壓執行元件的轉速或位移不再增加，此時輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率即為所 述臨界堵轉時對應的脈沖頻率fm。
[0012] 其中，所述控制器還根據輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率fo計算W下一 者或多者并對該一者或多者進行異常監控:所述流量控制閥的閥忍開度;所述流量控制閥 的流量;所述液壓執行元件的轉速或位移；W及所述液壓執行元件的負載轉矩。
[0013] 相應地，本發明還提供一種步進式液壓元件防堵控制系統，該系統包含:壓力傳感 器，用于檢測流量控制閥進油口的壓力與出油口的壓力W及負載壓力；W及上述步進式液 壓元件防堵控制設備。
[0014] 相應地，本發明還提供一種步進式液壓元件防堵控制方法，該步進式液壓元件包 含:液壓執行元件;流量控制閥，用于控制輸入至所述液壓執行元件的液壓油的流量，W驅 動所述液壓執行元件轉動或產生位移；電機及電機驅動器，該電機驅動器用于根據脈沖信 號驅動所述電機轉動，W控制所述流量控制閥的閥忍位移；W及反饋機構，用于將所述液壓 執行元件的轉角或位移反饋至所述流量控制閥的閥忍上，W實現對所述閥忍的開度的閉環 控制。該方法包括:接收流量控制閥進油口的壓力與出油口的壓力、負載壓力W及指令脈沖 頻率f;W及根據所述進油口的壓力與出油口的壓力W及負載壓力，計算防堵脈沖頻率，將 指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進行比較，并根據比較結果確定輸入至所述電機驅動器 的脈沖信號的頻率時，W防止所述電機堵轉。
[0015] 其中，所述防堵脈沖頻率包含一防堵余量內對應的脈沖頻率feW及一臨界堵轉時 對應的脈沖頻率fm;所述將指令脈沖頻率f與該防堵脈沖頻率進行比較并根據比較結果確 定輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率fo包括:在f含fe的情況下，控制輸入至所述電 機驅動器的脈沖信號的頻率時為f;在的情況下，控制輸入至所述電機驅動器的脈 沖信號的頻率fo為fe;W及在f>fm的情況下，控制輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻 率fo為0。
[0016]其中，fe = Ke*fm，其中Ke與所述液壓執行元件的負載慣性有關，負載慣性越大，Ke越 大。
[0017]其中，所述防堵余量內對應的脈沖頻率fe通過W下操作而被確定:將所述液壓執 行元件設定為空載；W及逐步增大輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率，直至所述液 壓執行元件的轉速或位移不再增加，此時輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率即為所 述防堵余量內對應的脈沖頻率fe。
[0018] 其中，該方法還包括:根據輸入至所述電機驅動器的脈沖信號的頻率fo計算W下 一者或多者并對該一者或多者進行異常監控:所述流量控制閥的閥忍開度;所述流量控制 閥的流量;所述液壓執行元件的轉速或位移；W及所述液壓執行元件的負載轉矩。
[0019] 相應地，本發明還提供一種機械設備，該機械設備包含上述步進式液壓元件防堵 控制系統。
[0020] 通過上述技術方案，可實時調節輸入至電機的脈沖序列的頻率，使其適應液壓元 件的負載變化，避免電機堵轉現象的發生，提高了液壓元件作業可靠性。另外，該調節方式 并未縮小脈沖頻率-元件速度的控制范圍。
[0021] 本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予W詳細說明。
【附圖說明】
[0022] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0023] 圖la和圖化為步進液壓馬達的流量控制閥的輸出流量特性曲線示意圖；
[0024] 圖2a和圖化分別為步進液壓馬達的流量控制閥在電機正常工作與發生堵轉時的 輸出流量特性曲線的動態過程示意圖；
[0025] 圖3為本發明提供的步進式液壓元件防堵控制系統的結構示意圖；
[0026] 圖4a和圖4b為本發明提供的步進式液壓元件防堵控制系統中步進液壓馬達的關 鍵參數示意曲線圖；
[0027] 圖5為計算臨界堵轉情況下