专利名称：一种液压阀的卡涩卡紧检测智能控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液压阀，特别是一种液压阀的卡涩卡紧检测智能控制器。
背景技术：
滑阀机构是各类液压阀中采用最多的一种结构形式，滑阀由阀体、阀芯和阀腔三个主要部件构成，通过改变阀芯在阀体阀腔里的位置，滑阀可以实现流体流向的改变及通断。滑阀卡涩甚至卡紧故障是液压系统中最为常见的故障和失效形式之一，一般可分为液压卡涩、卡紧和机械卡涩卡紧两大类。通俗讲，卡涩是指正常工况和卡紧之间的中间状态，卡紧就是阀芯不能动了，卡涩是指阀芯移动困难，不如正常工作时顺畅，是卡紧的前兆，及时解决可以避免卡紧的发生。其中，液压卡涩、卡紧主要是由于机加工造成阀芯几何形状误差和同轴度误差产生径向不平衡压力引起的，而机械卡涩、卡紧则主要是由于运行现场的颗粒污染物在滑阀间隙逐渐淤积而引起的。在阀芯和阀体构成的径向间隙两端有恒定的压差，当液压油把污染颗粒带入间隙时，因间隙流道孔壁的表面还具有捕获污染颗粒的能力一深度型过滤效应而不断捕获污染颗粒，并发生污染颗粒截留，从而产生污染卡紧力。简单说，即污染卡紧是机械卡紧的主要类型，径向力不平衡是造成液压卡紧的主要原因。而卡涩往往由轻度污染卡紧或径向力不平衡造成，阻力较小。现有技术中，排除上述两种故障的方法主要有两种一是在加工和现场运行过程中采取措施，减少发生故障的几率，比如在系统中安装精过滤器、阀芯上合理开设均压槽、 严格加工装配质量等；另一种方法就是在线实时故障诊断和故障排除。目前，尚无较灵敏、准确的在线实时故障诊断装置，或者虽有类似装置但结构复杂、成本高昂。有鉴于此，本发明人结合从事液压阀领域研究工作多年的经验，对上述技术领域的缺陷进行长期研究，本案由此产生。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种液压阀的卡涩卡紧检测智能控制器，能够实时检测和判定滑阀阀芯的卡涩、卡紧故障，具有较高的灵敏度和准确性，且结构简单、成本低廉。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种液压阀的卡涩卡紧检测智能控制器，与装有比例电磁铁和阀芯的电液比例阀电连接。包括颤振信号发生模块16、系统控制信号模块14、稳压电源模块15、PID控制模块17、功率放大模块18、采样模块19、信号处理模块20、负反馈模块21和卡涩卡紧判决模块22。其中，稳压电源模块15分别和颤振信号发生模块16、PID控制模块17、功率放大模块18、采样模块19、信号处理模块20、负反馈模块21和卡涩卡紧判决模块22相连；颤振信号发生模块16分别和PID控制模块17、功率放大模块18相连；系统控制信号模块14分别和负反馈模块21、PID控制模块17相连；PID控制模块17分别和系统控制信号模块14、负反馈模块21、颤振信号发生模块16、功率放大模块18相连；负反馈模块21分别和系统控制信号模块14、PID控制模块17、信号处理模块20相连；功率放大模块18分别和PID控制模块17、颤振信号发生模块16、电液比例阀上的比例电磁铁24相连；采样模块19分别和信号处理模块20、电液比例阀上的比例电磁铁24相连；信号处理模块20分别和采样模块19、卡涩卡紧判决模块22、负反馈模块21相连；卡涩卡紧判决模块22和信号处理模块20相连。颤振信号发生模块16生成特定频率、幅值和波形的颤振信号，系统控制信号模块14的用于控制电液比例阀阀芯位移的信号和来自负反馈模块21的反馈信号相减后，作为输入提供给PID控制模块17，PID控制模块17的输出信号和来自颤振信号发生模块16的颤振信号相加后，经功率放大模块18放大后去驱动比例电磁铁24，采样模块19实时采集和阀芯4连接的比例电磁铁24上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块20，信号处理模块20将控制信号和颤振波形分离，将控制信号作为输入提供给负反馈模块21，同时将控制信号的平均值信息和颤振信号作为输入提供给卡涩卡紧判决模块22，卡涩卡紧判决模块 22根据输入颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和控制信号的平均值信息，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决。进一步，所述卡涩卡紧判决模块22通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决是指首先，采用得分函数』，精确函数//以及偏差函数P来进行综合评判，设J=[A1,A2,…，4}为方案集丫 = O，//，奶τ为属性向量，λ = (ΛΛΛ)为G中各属性权重
Δ(-4) ▲(為)... Δ(^)
向量I e，f & =；[，则评价矩阵为/= *'(4) H(A) ... H⑷;方案集A中的三种方 Tfi [卿 D(A) ...
案为电液比例阀的三种工况，分别是正常工况、卡涩工况和卡紧工况，属性集G中的四种属性为颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和平均值，这四种信号由信号处理模块20提供；卡涩卡紧判决模块中22的12位串行A/D转换器TLV2453将4路信号转换成数字量信号并传给数据处理芯片TMS320VC5402 ;指标的权重向量为oj = (O. 1,0. 5,0. 2,0. 2)τ，颤振信号的峰峰值属性的权重最大，这四个权重由软件固化在卡涩卡紧判决模块22中的FLASHR0M中，供数据处理芯片TMS320VC5402调用，同时还可以通过RS485通讯接口通过网络远程修改；将属性权重向量ω和评价矩阵J相乘得到综合评判向量5 = J.J，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；其次，基于此排序法的区间直觉模糊决策具体步骤如下第一步，利用加权算术评价算子(I)集成决策矩阵中第i行的所有元素，从而得到相应于方案Ai的综合区间直觉模糊值；第二步，分别利用得分函数、精确函数和偏差函数计算得分函数值A (Al),精确函数值H(Ai)和偏差函数值P(Ai)(i=l，2，···，!!!)，构建评价矩阵J ;第三步，选择属性权重向量/I ,计算综合评判向量B，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；第三，经数据处理芯片TMS320VC5402处理后，给出电液比例阀工况的综合评判信息。从而进一步提高卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度，提高在卡涩卡紧故障检测和判定上的准确性、灵敏性和可靠性。进一步，所述颤振信号发生模块16产生频率为95Hz，幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线的颤振信号。颤振信号发生模块生成的颤振信号的波形、频率和幅值的不同对于该检测方法的有效性和灵敏度至关重要，本发明人在研究中发现，颤振信号频率在95Hz，幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线时，颤振信号变化是单调的，且灵敏度高，对故障的检测效果最好。进一步，所述智能控制器还包括修复卡涩卡紧装置控制模块23，修复卡涩卡紧装置控制模块23分别与稳压电源模块15、卡涩卡紧判决模块22和修复卡涩卡紧装置相连；卡涩卡紧判决模块22将给出的卡涩、卡紧隶属度判决输出到修复卡涩卡紧装置控制模块23，由修复卡涩卡紧装置控制模块23控制修复卡涩卡紧装置是否工作或是否全部工作。从而提高对卡涩卡紧故障指令执行修复上的准确性、灵敏性和可靠性。进一步，当卡涩卡紧判决模块给出卡涩判决时，则启动卡涩故障解决模式，即修复卡涩卡紧装置控制模块控制修复卡涩卡紧装置的修复卡涩功能开始工作；当卡涩卡紧判决模块给出卡紧判决时，则启动卡紧故障解决模式，即修复卡涩卡紧装置控制模块控制修复卡涩卡紧装置的修复卡紧功能开始工作。从而可根据故障严重程度给出修复卡涩或修复卡紧功能开始工作，节约能源，减少了修复装置对液压阀的损伤，提高了液压阀的可靠度和寿 命O进一步，智能控制器还包括受修复卡涩卡紧装置控制模块控制、限定修复卡涩卡紧装置工作时间的定时装置，当修复卡涩卡紧装置的定时工作时间过后，采样模块19连续采集和阀芯4连接的比例电磁铁24上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块20，经卡涩卡紧判决模块22给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令。从而进一步节能降耗和提高工作效率。进一步，所述卡涩卡紧判决模块22给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令是指当卡涩卡紧判决模块22给出卡涩或卡紧故障排除判断，则指令回归正常工况；当卡涩卡紧判决模块22给出卡涩故障减轻判断，则指令再次启动卡涩故障解决模式；当卡涩卡紧判决模块22给出卡紧故障减轻判断，则指令再次启动卡紧故障解决模式。从而进一步节能降耗和提高工作效率。进一步，所述卡涩卡紧判决模块22给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令还包括当启动两次以上卡涩故障解决模式，卡涩卡紧判决模块22仍给出卡涩故障减轻判断，则认为此卡涩故障成因为卡紧故障，指令启动卡紧故障解决模式。从而进一步节能降耗和提高工作效率。本实用新型提出的智能液压阀其指令修复卡涩卡紧装置工作的方式属于间歇工作方式，正常工况下修复卡涩卡紧装置处于停止状态，只有卡涩卡紧故障被检测到时才启动。本实用新型检测、判断和指令执行修复卡涩卡紧故障的智能控制器工作原理如下通常为避免阀芯卡涩卡紧，在阀芯上一般叠加有低频颤振信号使阀芯在做轴向运动是保持轻微的径向振动。卡涩、卡紧故障发生时，必然导致阀芯径向振动阻尼增大，由此反应到电信号上就使颤振信号发生改变，智能控制器通过检测颤振信号的变化可以判断阀芯是否处于故障状态。由于普通控制器中反馈模块对颤振信号的变化作用具有明显的抑制作用，使得该波形变化比率相对较小。智能控制器中的信号处理模块将颤振信号从控制信号中分离出来，通过卡涩卡紧判决模块处理，使检测灵敏度显著提高。卡涩卡紧判决模块根据判决结果去控制修复卡涩卡紧装置控制模块。检测到卡涩故障时，修复卡涩卡紧装置控制模块控制修复卡涩卡紧装置的修复卡涩功能开始工作；检测到卡紧故障时，修复卡涩卡紧装置控制模块控制修复卡涩卡紧装置的修复卡紧功能开始工作。采用本技术方案，本实用新型取得以下有益技术效果1、在卡涩卡紧故障的检测和判定上具有非常高的灵敏性和准确性，比如利用特定的颤振信号发生模块和信号处理模块，可保证卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度；2、对何时启动修复卡涩卡紧装置采用智能控制判定，实现间歇工作方式，正常工况下修复卡涩卡紧装置处于停止状态，只有卡涩卡紧故障被检测到时才启动，从而大大提高设备的使用寿命并节能降耗；3、与现有的类似功能装置相比，结构简单、成本低廉而使用效果好。为了进一步解释本实用新型的技术方案，
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细描述。
图I为本实用新型的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施做进一步详细的描述。在下述实施例中，电液比例阀采用的是QVKZ0R，生产厂商AT0S，代理厂商上海科先国际贸易公司，智能控制器是一整块完整的电路板，各模块是其上的功能电路，为本发明人自制。修复卡涩卡紧装置采超声波处理装置，具体为超声波发生器采用的是KMD-1000，生产厂商深圳市科美达超声波设备有限公司，超声换能器采用的是YP-7015-4Z，生产厂商杭州成功超声设备有限公司，实施例I :卡涩故障检测如图I所示，一种液压阀的卡涩卡紧检测智能控制器，与装有比例电磁铁和阀芯的电液比例阀电连接。包括颤振信号发生模块16、系统控制信号模块14、稳压电源模块15、PID控制模块17、功率放大模块18、采样模块19、信号处理模块20、负反馈模块21、卡涩卡紧判决模块22和修复卡涩卡紧装置控制模块23。其中，稳压电源模块15分别和颤振信号发生模块16、PID控制模块17、功率放大模块18、采样模块19、信号处理模块20、负反馈模块21、卡涩卡紧判决模块22和修复卡涩卡紧装置控制模块23相连；颤振信号发生模块16分别和PID控制模块17、功率放大模块18相连；系统控制信号模块14分别和负反馈模块21、PID控制模块17相连；PID控制模块17分别和系统控制信号模块14、负反馈模块21、颤振信号发生模块16、功率放大模块18相连；负反馈模块21分别和系统控制信号模块14、PID控制模块17、信号处理模块20相连；功率放大模块18分别和PID控制模块17、颤振信号发生模块16、电液比例阀上的比例电磁铁24相连；采样模块19分别和信号处理模块20、电液比例阀上的比例电磁铁24相连；信号处理模块20分别和采样模块19、卡涩卡紧判决模块22、负反馈模块21相连；卡涩卡紧判决模块22分别和信号处理模块20、修复卡涩卡紧装置控制模块23相连；修复卡涩卡紧装置控制模块23和修复卡涩卡紧装置相连。在本实施例中，具体来说，智能控制器的功率放大模块输出的模拟量信号通过7芯或12芯插头和电液比例阀的模拟量输入口相连。智能控制器的修复卡涩卡紧装置控制模块通过继电器控制修复卡涩卡紧装置启停。 本实施方式中，颤振信号发生模块16产生频率为95Hz，幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线的颤振信号；颤振信号发生模块生成的颤振信号的波形、频率和幅值的不同对于该检测方法的有效性和灵敏度至关重要，本发明人在研究中发现，颤振信号频率在95Hz,幅值为85%额定电流，波形为正态分布曲线时，颤振信号变化是单调的，且灵敏度高，对故障的检测效果最好。系统控制信号模块14的用于控制电液比例阀阀芯位移的信号和来自负反馈模块21的反馈信号相减后，作为输入提供给PID控制模块17 ；PID控制模块17的输出信号和来自颤振信号发生模块16的颤振信号相加后，经功率放大模块18放大后去驱动比例电磁铁24 ;采样模块19实时采集和阀芯4连接的比例电磁铁24上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块20 ;信号处理模块20将控制信号和颤振波形分离，将控制信号作为输入提供给负反馈模块21，同时将控制信号的平均值信息和颤振 信号作为输入提供给卡涩卡紧判决模块22 ;卡涩卡紧判决模块22根据输入颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和控制信号的平均值信息，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决，并将该信息输出到修复卡涩卡紧装置控制模块23，由修复卡涩卡紧装置控制模块23控制修复卡涩卡紧装置工作。采用上述特征的智能控制器，可提高检测、判定和指令执行修复上的灵敏性、准确性和有效性，比如利用特定的颤振信号发生模块和信号处理模块，保证卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度。实现上述功能的各个模块，其具体的电路、元器件等结构，由于属于现有技术，此处就不再赘述。本实施例中，还包括受修复卡涩卡紧装置控制模块控制，可限定修复卡涩卡紧装置工作时间的定时装置。卡涩故障发生时，卡涩卡紧判决模块给出卡涩判决时，则启动卡涩故障解决模式，即修复卡涩卡紧装置控制模块发出控制信号，启动修复卡涩卡紧装置的修复卡涩功能并同时启动定时装置。从而可根据故障严重程度给出修复卡涩或修复卡紧功能开始工作，节约能源，减少了修复装置对液压阀的损伤，提高了液压阀的可靠度和寿命。当修复卡涩卡紧装置的定时工作时间过后，采样模块19连续采集和阀芯4连接的比例电磁铁24上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块20，经卡涩卡紧判决模块22给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令。若卡涩故障排除，则指令回归正常工况；若卡涩故障减轻，则指令再次启动卡涩故障解决模式；若卡涩故障未减轻，则认为此卡涩故障成因为卡紧故障，指令启动卡紧故障解决模式。从而进一步节能降耗和提高工作效率。实施例2 :卡紧故障检测如图I所示，一种液压阀的卡涩卡紧检测智能控制器，与装有比例电磁铁和阀芯的电液比例阀电连接。在本实施例中，除下述另有说明外，智能控制器的其他内容同实施例1，此处不再赘述。卡紧故障发生时，卡涩卡紧判决模块给出卡紧判决时，则启动卡紧故障解决模式，即修复卡涩卡紧装置控制模块发出控制信号，启动修复卡涩卡紧装置的修复卡紧功能并同时启动定时装置。从而可根据故障严重程度给出修复卡涩或修复卡紧功能开始工作，节约能源，减少了修复装置对液压阀的损伤，提高了液压阀的可靠度和寿命。当修复卡涩卡紧装置的定时工作时间过后，采样模块19连续采集和阀芯4连接的比例电磁铁24上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块20，经卡涩卡紧判决模块22给出故障排除效果判断信息并作出后续工作指令。若卡紧故障排除，则指令回归正常工况；若卡紧故障减轻，则指令再次启动卡紧故障解决模式。在上述两实施例中，卡涩卡紧判决模块22根据采样的颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和控制信号的平均值信息，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决过程如下由于电液比例阀在正常工况、卡涩工况和卡紧工况时，其颤振信号频率、峰峰值、波形畸变和平均值等电信号的值并不是一个固定的值，而是在某个区间波动，很难用直接比较的方法确定其故障情况，为此，在卡涩卡紧判决模块22采用了一种区间直觉模糊数的 综合排序新方案作为卡涩卡紧判决的综合依据。首先，采用了用得分函数」，精确函数//以及偏差函数P来进行综合评判的，设J=[A1,A2, ··',Aj为方案集，G=(」，//，奶1为属性向量，A = (H為j为G中各属性权重
[Δ(4) Α(4)… ⑷―
向量，e [O, 1]，#；|. = 1，则评价矩阵为J= HC4)风為)...H⑷;方案集A中的三种方 ΛIfi b(4) ^(為)... D(JJ_
案为电液比例阀的三种工况，分别是正常工况、卡涩工况和卡紧工况，属性集G中的四种属
性为颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和平均值，这四种信号由信号处理模块20提供；卡
涩卡紧判决模块中22的12位串行A/D转换器TLV2453将4路信号转换成数字量信号并传
给数据处理芯片TMS320VC5402 ;指标的权重向量为oj = (O. 1,0. 5,0. 2,0. 2)τ，颤振信号的
峰峰值属性的权重最大，这四个权重由软件固化在卡涩卡紧判决模块22中的FLASHR0M中，
供数据处理芯片TMS320VC5402调用，同时还可以通过RS485通讯接口通过网络远程修改；
将属性权重向量ω和评价矩阵J相乘得到综合评判向量S = IJ，根据B元素的大小进
行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；其次，基于此排序法的区间直觉模糊决策具体步骤如下第一步，利用加权算术评价算子(I)集成决策矩阵中第i行的所有元素，从而得到相应于方案Ai的综合区间直觉模糊值；第二步，分别利用得分函数、精确函数和偏差函数计算得分函数值d (Al),精确函数值H(Ai)和偏差函数值P (Ai) (i=l, 2，…，m)，构建评价矩阵J ;第三步，选择属性权重向量2，计算综合评判向量B，根据B元素的大小进行排序，并按最大隶属原则选择最佳方案；第三，经数据处理芯片TMS320VC5402处理后，给出电液比例阀工况的综合评判信息，该信息提供给修复卡涩卡紧装置控制模块23后，根据不同的工况，去控制超声波发生器和超声换能器是否工作或是否全部工作。上述过程可进一步提高卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度，提高在卡涩卡紧故障检测、判定和指令执行修复上的准确性、灵敏性和可靠性。采用上述技术方案，首先，在卡涩卡紧故障的检测和判定上具有非常高的灵敏性和准确性，比如利用特定的颤振信号发生模块和信号处理模块，可保证卡涩卡紧检测信号的单调性、有效性和灵敏度；其次，对何时启动修复卡涩卡紧装置采用智能控制判定，实现间歇工作方式，正常工况下修复卡涩卡紧装置处于停止状态，只有卡涩卡紧故障被检测到时才启动，从而大大提高设备的使用寿命并节能降耗；第三，与现有的类似功能装置相比，结构简单、成本低廉而使用效果好。以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设 计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
权利要求1.一种液压阀的卡涩卡紧检测智能控制器，与装有比例电磁铁和阀芯的电液比例阀电连接，其特征在于包括颤振信号发生模块(16)、系统控制信号模块(14)、稳压电源模块(15),PID控制模块(17)、功率放大模块(18)、采样模块(19)、信号处理模块(20)、负反馈模块(21)和卡涩卡紧判决模块(22)； 其中，稳压电源模块(15)分别和颤振信号发生模块(16),PID控制模块(17)、功率放大模块(18)、采样模块(19)、信号处理模块(20)、负反馈模块(21)和卡涩卡紧判决模块(22)相连；颤振信号发生模块(16)分别和PID控制模块(17)、功率放大模块(18)相连；系统控制信号模块(14)分别和负反馈模块(21)、PID控制模块(17)相连；PID控制模块(17)分别和系统控制信号模块(14)、负反馈模块(21)、颤振信号发生模块(16)、功率放大模块(18)相连；负反馈模块(21)分别和系统控制信号模块(14)、PID控制模块(17)、信号处理模块(20)相连；功率放大模块(18)分别和PID控制模块(17)、颤振信号发生模块(16)、电液比例阀上的比例电磁铁(24 )相连；采样模块(19 )分别和信号处理模块(20 )、电液比例阀上的比例电磁铁(24)相连；信号处理模块(20)分别和采样模块(19)、卡涩卡紧判决模块(22)、负反馈模块(21)相连；卡涩卡紧判决模块(22)和信号处理模块(20)相连； 颤振信号发生模块(16)生成特定频率、幅值和波形的颤振信号，系统控制信号模块(14)的用于控制电液比例阀阀芯位移的信号和来自负反馈模块(21)的反馈信号相减后，作为输入提供给PID控制模块(17)，PID控制模块(17)的输出信号和来自颤振信号发生模块(16)的颤振信号相加后，经功率放大模块(18)放大后去驱动比例电磁铁(24)，采样模块(19)实时采集和阀芯(4)连接的比例电磁铁(24)上的颤振信号波形，并将波形提供给信号处理模块(20)，信号处理模块(20)将控制信号和颤振波形分离，将控制信号作为输入提供给负反馈模块(21)，同时将控制信号的平均值信息和颤振信号作为输入提供给卡涩卡紧判决模块(22)，卡涩卡紧判决模块(22)根据输入颤振信号的频率、峰峰值、波形畸变和控制信号的平均值信息，通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决。
专利摘要本实用新型涉及一种液压阀的卡涩卡紧检测智能控制器，与装有比例电磁铁和阀芯的电液比例阀电连接。包括颤振信号发生模块16、系统控制信号模块14、稳压电源模块15、PID控制模块17、功率放大模块18、采样模块19、信号处理模块20、负反馈模块21和卡涩卡紧判决模块22。卡涩卡紧判决模块22通过模糊多准则决策方法给出卡涩、卡紧的隶属度判决。采用上述装置，能够实时检测和判定滑阀阀芯的卡涩、卡紧故障，具有较高的灵敏度和准确性，且结构简单、成本低廉。
文档编号F16K37/00GK202660046SQ20122013571
公开日2013年1月9日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者李伟波, 张华芳 申请人:绍兴文理学院