CN112936972A - 一种液压机液压控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压机液压控制装置及控制方法，包括处理模块、逆变器、异步电机、用于检测异步电机转速的转速检测传感器、用于检测液压装置的滑块的位移的位移传感器。其中，处理模块用于接收位移传感器采集的位移数据，并在位移数据为预设值时生成第一控制指令；逆变器用于根据第一控制指令及转速检测传感器采集的转速数据控制异步电机按照预设转动策略转动，预设转动策略包括在测液压装置待机或保压时，伺服控制异步电机的转速。因为在液压装置待机或保压时，伺服控制异步电机输出力矩，在伺服控制时，异步电机可以不转动或以低速转动，从而能够改善现有技术中因电机持续转动使得输送的液体需要回流而导致***发热、设备效率低的技术问题。

Description

一种液压机液压控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种液压机液压控制装置及控制方法。

背景技术

液压机是压力机加工设备中的重要门类。传统液压机采用与电网直连的普通异步电机作为液压动力源，并通过阀组控制液体流向，从而实现滑块的位置和压力控制。

在现有技术中，在液压机待机或保压时，油泵需要持续运转，在油泵持续运转的过程中，会持续输送液体至液压缸，以实现液压机的待机或保压，而液压机中的液压缸的容量有限，也就需要通过控制液管的阀组开闭，以将多余的液体通过溢流阀返回容纳液体的容器中。因液体是从高压状态泄放到低压状态，会释放热量，从而会导致***发热，使得设备效率低。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种液压机液压控制装置及控制方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种液压机液压控制装置，包括液压控制装置，所述液压控制装置包括异步电机、处理模块、逆变器、异步电机、用于检测所述异步电机转速的转速检测传感器、用于检测液压装置的滑块的位移的位移传感器，所述异步电机与液压装置连接；其中，处理模块用于接收位移传感器采集的位移数据，并在位移数据为预设值时生成第一控制指令；逆变器用于根据第一控制指令及转速检测传感器采集的转速数据控制异步电机按照预设转动策略转动，预设转动策略包括在测液压装置待机或保压时，伺服控制异步电机的转速。

优选的，所述逆变器包括与所述异步电机连接的功率放大器，功率放大器用于根据预设控制算法控制供给所述异步电机的电流和/或电压的值为与所述预设转速对应的值。

优选的，所述逆变器还包括用于根据预设控制算法实现所述异步电机的力矩与励磁的解耦控制的算法控制器，以及用于接收处理模块的用于转速控制的速度控制器。

优选的，所述液压控制装置还包括用于采集所述异步电机的电力参数的采集模块。

优选的，所述位移传感器包括位移尺，转速检测传感器包括旋转编码器。

优选的，所述液压装置包括液压缸机构、液管及用于容纳液体的容器，液压缸机构内设置滑块，所述液压缸机构中的缸体通过液管与容器连通，异步电机输出机械能的一端设置在液管中，用于在异步电机转动时为液压缸机构提供动力。

本发明还提供了一种液压机液压控制装置的控制方法，包括以下步骤：

S310：处理模块接收位移传感器采集的位移数据，并在位移数据为预设值时生成第一控制指令；

S320：逆变器根据预设控制算法并基于所述第一控制指令及转速检测传感器采集的转速数据，控制异步电机按照预设转动策略转动，预设转动策略包括在液压装置待机或保压时，伺服控制异步电机的转速。

优选的，所述预设转动策略包括：控制所述异步电机启动，或控制所述异步电机停止，或控制所述异步电机的转速为预设转速。

与现有技术相比，本发明的有益之处为：本发明液压控制装置中处理模块用于接收位移传感器采集的位移数据，并在位移数据为预设值时生成第一控制指令；逆变器用于根据第一控制指令及转速检测传感器采集的转速数据控制异步电机按照预设转动策略转动，预设转动策略包括在测液压装置待机或保压时，伺服控制异步电机的转速。因为在液压装置待机或保压时，伺服控制异步电机输出力矩，在伺服控制时，异步电机可以不转动或以低速转动，从而能够改善现有技术中因电机持续转动使得输送的液体需要回流而导致***发热、设备效率低的技术问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明液压控制装置的结构框图；

图2为本发明液压控制装置与液压装置连接的结构框图；

图3为本发明逆变器与异步电机相配合的结构框图；

图4为本发明液压控制装置的控制方法的流程示意图

图中，10-液压***，100-液压控制装置，110-处理模块，120-逆变器，121-算法控制器，122-功率放大器，123-速度控制器，130-异步电机，140-转速检测传感器，150-位移传感器，200-液压装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1、图2所示，本发明实施例提供的液压控制装置100可以用于伺服控制异步电机130转动，然后通过异步电机130的转动向液压装置200的液压缸输送液体，以推动与液压缸中的活塞传动连接的滑块运动。其中，滑块可以用于向需要压合或冲压的目标对象施加压力，目标对象可以为需要进行冲压的产品零件，比如钢板、塑胶件等，这里对目标对象不作具体限定。

在本实施例中，一种液压机液压控制装置，包括液压控制装置100，所述液压控制装置100包括异步电机130、处理模块110、逆变器120、异步电机130、用于检测所述异步电机130转速的转速检测传感器140、用于检测液压装置200的滑块的位移的位移传感器150，所述异步电机130与液压装置200连接，位移传感器150包括位移尺，转速检测传感器140包括旋转编码器。

其中，处理模块110用于接收位移传感器150采集的位移数据，并在位移数据为预设值时生成第一控制指令；逆变器120用于根据第一控制指令及转速检测传感器140采集的转速数据控制异步电机130按照预设转动策略转动，预设转动策略包括在测液压装置200待机或保压时，伺服控制异步电机130的转速。

所述液压装置200包括液压缸机构、液管及用于容纳液体的容器，液压缸机构内设置滑块，所述液压缸机构中的缸体通过液管与容器连通，异步电机130用于输出机械能的一端设置在液管中，用于在异步电机转动时为液压缸机构提供动力。

在本实施例中，预设值可以由管理人员根据实际情况进行设置，其数量可以为一个，也可以为两个或多个，这里对预设值的大小及数量不作具体限定。

例如，假设活塞运动至液压缸机构的最上侧时，位移传感器150采集的滑块相对液压缸的距离为0厘米，滑块相对液压缸的距离为5厘米，若还需要滑块下移3厘米，那么可以设置预设值为8厘米。在处理模块110控制异步电机130驱动滑块下移时，处理模块110可以持续接收位移传感器150采集的滑块的距离，在采集的距离值为8厘米时，处理模块110便可以生成停止驱动滑块211运动的控制指令，逆变器120在接收到该控制指令后，可以根据实际情况控制异步电机130处于保压状态或处于待机状态，以使滑块211停留在8厘米的位置。

在本实施例中，在液压装置200待机或保压时，伺服控制异步电机130输出力矩，在伺服控制时，异步电机130可以不转动或以低速转动，从而能够改善现有技术中因电机持续转动使得输送的液体需要回流而导致***发热、设备效率低的技术问题。

具体地，在伺服控制异步电机130时，异步电机130可以输出转矩，而电动机的转轴可以不转动或以一个较低的速度转动。若电动机的转轴不转动，那么也就不会向液压缸机构中的液压缸输送液体，液管中也就不会存在多余的液体需要回流至容器中，也就能避免因需要将高压液体回流至容器时释放的热量降低***效率的问题出现。若电动机的转轴以较低速度转动，那么向液压缸机构中的液压缸输送液体的量较少，即使液管中有多余的液体需要回流，因为液体量少，所以释放的热量也少，从而能改善现有技术中因需要将大量高压液体回流至容器，使得释放的热量多而降低***效率的技术问题。

可选地，预设转动策略包括：控制异步电机130启动；或者，控制异步电机130停止；或者，控制异步电机130的转速为预设转速。

可理解地，若需要控制异步电机130启动，可以通过相应的按钮开关实现电机启动的控制，或者通过逆变器120生成一个用于启动异步电机130的触发信号，使得异步电机130启动。若需要控制异步电机130停止运转，可以基于位移传感器150采集滑块的距离值来实现，比如，若采集到滑块运动至预设距离时，便停止异步电机运转。若要使异步电机130的转速为预设转速，则可以基于转速检测传感器140采集异步电机130的实时转速来实现。

例如，若需要滑块快速滑动或施加较大的压力，那么异步电机130便需要输出较大的转矩，或需要较大的转速。管理人员可以预先建立转矩、转速与滑块移动速率、滑块输出压力的函数关系。在滑块输出压力的额定范围内，若用户需要滑块输出指定的压力到目标对象上，那么逆变器120便可以根据指定的压力确定出异步电机130的输出转矩或转速，然后根据确定出的输出转矩或转速，控制异步电机130的转矩为确定出的转矩，或控制异步电机130的转速为确定出的转速。

如图3所示，在本实施例中，逆变器120可以包括与异步电机130连接的功率放大器122，功率放大器122用于根据预设控制算法控制供给异步电机130的电流和/或电压的值为与预设转速对应的值。其中，预设转速可以根据实际情况进行设置，预设控制算法包括但不限于磁场定向控制算法、直接转矩控制算法或其他电机控制算法，这里不作具体限定。磁场定向控制（Field Oriented Control，FOC）算法可以简称为FOC算法。

逆变器120还可以包括用于根据预设控制算法（比如，磁场定向控制算法）实现异步电机130的力矩与励磁的解耦控制的算法控制器121，以及用于接收处理模块110的用于转速控制的速度控制器123，该算法控制器121或速度控制器123可以为上述的各类处理器中的一种处理器，比如可以为STM32系列单片机。当然，在其他实时方式中，算法控制器121与速度控制器123可以集成在一个处理器上。

在本实施例中，FOC算法能保证异步电机130发挥出其本身特性所能达到的动态响应速度，从而能够在几十毫秒时间内完成启动和停止。异步电机130为适合变频调速应用的电机。旋转编码器可以为能够与感应电机的转轴进行连接的增量式编码器。

在本实施例中，液压控制装置100还可以包括油泵，异步电机130在带动油泵按额定或额定以上速度旋转时，处理模块110根据来自中央控制器的外部转速命令和旋转编码器给出的反馈转速向磁场定向FOC算法提供转矩命令（如图3所示的T命令）。算法控制器121根据实测电机电压和电流信号以及磁链命令计算电机的控制电压，并通过功率放大器122向异步电机130输出相应的电流电压的电能，以完成电机的速度伺服。基于该FOC算法可完成异步电机130转速在零和额定转速之间进行快速转换。当然，在其他实施例中，异步电机130也可以直接作为油泵以向液压缸输出液体。

FOC算法也可在处理模块110的指令下切换到转矩控制模式。此时FOC算法按照外部的转矩命令（如图3所示的T命令）直接输出所需转矩。由于响应速度快，因此可实现液压***10的高精度保压控制。在保压时，异步电机130转速一般接近于零。处理模块110可同时输出转速命令（如图3所示的v命令），作为电机最大转速的限幅值，防止轻载时电机超速运行。

在本实施例中，逆变器120还可以包括磁链控制器及转矩控制器，磁链控制器、转矩控制器、及上述的算法控制器121与速度控制器123可以分别作为独立的处理器，也可以集成到一个处理器上。FOC算法对电机磁链和转矩通过磁链控制器和转矩控制器分别进行控制。算法所需要的电机磁链电流和转矩电流可以利用异步电机130的三相实测电流在已知磁链角度的前提下通过3/2坐标变换方法计算得到。3/2坐标变换方法可以将电机定子的三相电流转换到随磁链旋转的二维正交坐标系。磁链控制器和转矩控制器产生的以旋转磁链坐标系表示的磁链电压和转矩电压命令也利用前述磁链角度通过2/3坐标变换转换为电机定子的三相电压信号。算法中的磁链参数根据电机数据预先确定，在算法中可以保持不变。

FOC算法利用算法中获得的电机数据通过磁链估计器计算磁链角度。估计器内建立电机模型，通过已知参数实时计算磁链角度。

液压控制装置100还包括用于采集异步电机130的电力参数的采集模块，以便于使得供给异步电机130的电流或电压为指定的值。

也就是说，液压控制装置100的存储模块中预先存储有供给异步电机130的电压值/电流值与异步电机130输出转矩/转速的函数关系，功率放大器122可以根据采集模块采集的电流值或电压值对供给异步电机130的电流或电压进行缩放，使得采集的异步电机130的电流或电压为指定的值。

在本实施例中，位移传感器150可以是，但不限于位移尺、激光测距仪、光栅尺等能够测量位移的传感器，这里对位移传感器150的种类不作具体限定。

在本实施例中，转速检测传感器140可以是，但不限于旋转编码器、激光转速检测仪等可以用于转速检测的传感器，这里对转速检测传感器140的种类不作具体限定。

在本实施例中，转速检测传感器140可以用于检测异步电机130的转速数据，以便于用户将异步电机130的转速控制在预设转速对应的范围内，该范围可以根据实际情况进行设置，位移传感器150可以用于检测液压装置200的滑块的位移数据。

在本实施例中，本发明实施例采用的异步电机130（即异步电动机，又称感应电动机），是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机，其成本低，且通过上述设计，能够实现伺服控制。因为异步电机130的定子绕组接交流电网，转子绕组可以不需与其他电源连接，若异步电机130在运行中断电，转子也就不会产生高电压，从而使得异步电机130的可靠性和安全性高。

在本实施例中，处理模块110可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述处理模块110可以是通用处理器。例如，该处理器可以是中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU）、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。例如，处理模块110可以为STM32系列的单片机。

存储模块可以是，但不限于，随机存取存储器，只读存储器，可编程只读存储器，可擦除可编程只读存储器，电可擦除可编程只读存储器等。在本实施例中，存储模块可以用于存储位移数据的预设值、预设转动控制策略等。当然，存储模块还可以用于存储程序，处理模块110在接收到执行指令后，执行该程序。

如图4所示，本发明还提供了一种液压机液压控制装置的控制方法，包括以下步骤：

S310：处理模块110接收位移传感器150采集的位移数据，并在位移数据为预设值时生成第一控制指令；

S320：逆变器120根据预设控制算法并基于所述第一控制指令及转速检测传感器140采集的转速数据，控制异步电机130按照预设转动策略转动，预设转动策略包括在液压装置待机或保压时，伺服控制异步电机的转速。

所述预设转动策略包括：控制所述异步电机启动，或控制所述异步电机停止，或控制所述异步电机的转速为预设转速。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的控制算法的具体工作过程，可以参考前述液压控制装置100或液压***10中的各模块对应的工作过程，在此不再过多赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液压机液压控制装置，其特征在于：包括液压控制装置（100），所述液压控制装置（100）包括异步电机（130）、处理模块（110）、逆变器（120）、异步电机（130）、用于检测所述异步电机（130）转速的转速检测传感器（140）、用于检测液压装置（200）的滑块的位移的位移传感器（150），所述异步电机（130）与液压装置（200）连接；

其中，处理模块（110）用于接收位移传感器（150）采集的位移数据，并在位移数据为预设值时生成第一控制指令；逆变器（120）用于根据第一控制指令及转速检测传感器（140）采集的转速数据控制异步电机（130）按照预设转动策略转动，预设转动策略包括在测液压装置（200）待机或保压时，伺服控制异步电机（130）的转速。

2.根据权利要求1所述的一种液压机液压控制装置，其特征在于：所述逆变器（120）包括与所述异步电机（130）连接的功率放大器（122），功率放大器（122）用于根据预设控制算法控制供给所述异步电机（130）的电流和/或电压的值为与所述预设转速对应的值。

3.根据权利要求2所述的一种液压机液压控制装置，其特征在于：所述逆变器（120）还包括用于根据预设控制算法实现所述异步电机（130）的力矩与励磁的解耦控制的算法控制器（121），以及用于接收处理模块（110）的用于转速控制的速度控制器（123）。

4.根据权利要求1所述的一种液压机液压控制装置，其特征在于：所述液压控制装置（100）还包括用于采集所述异步电机（130）的电力参数的采集模块。

5.根据权利要求1所述的一种液压机液压控制装置，其特征在于：所述位移传感器（150）包括位移尺，转速检测传感器（140）包括旋转编码器。

6.根据权利要求1所述的一种液压机液压控制装置，其特征在于：所述液压装置（200）包括液压缸机构、液管及用于容纳液体的容器，液压缸机构内设置滑块。

7.根据权利1-6任意一项所述的一种液压机液压控制装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S310：处理模块（110）接收位移传感器（150）采集的位移数据，并在位移数据为预设值时生成第一控制指令；

S320：逆变器（120）根据预设控制算法并基于所述第一控制指令及转速检测传感器（140）采集的转速数据，控制异步电机（130）按照预设转动策略转动，预设转动策略包括在液压装置待机或保压时，伺服控制异步电机的转速。

8.根据权利7所述的一种液压机液压控制装置的控制方法，其特征在于：所述预设转动策略包括：控制所述异步电机启动，或控制所述异步电机停止，或控制所述异步电机的转速为预设转速。

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