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CN112283207B - 能源双冗余系统及其控制方法 - Google Patents

能源双冗余系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种能源双冗余系统及其控制方法，包括控制器、主油路和副油路。分别包括精油滤、溢流阀、伺服阀、液压缸和位移传感器，还包括压力传感器、能源选择阀、高压软管、控制器和双门限逻辑控制策略，实现了能源部分主副油路的自动切换和故障隔离，结构简单，重量轻，切换响应快，同时运用双门限逻辑控制策略，解决了主副油路的频繁切换和误切现象，能将伺服系统可靠性相对现役产品提高一个数量级，满足我国载人航天登月高可靠性要求，属于电液伺服控制系统领域。

Description

能源双冗余系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及伺服控制系统领域，具体地，涉及一种能源双冗余系统及其控制方法。
背景技术
电液伺服系统因结构简单、技术成熟、动态响应快而被广泛应用现役运载火箭推力矢量控制系统，其在运载火箭每子级发动机伺服系统配套数量往往呈偶数，电液伺服系统能源部分是指发动机能源出口至伺服阀入口段能源调节段。传统运载火箭伺服系统能源部分基本都采用单余度设计方案，从而导致其成为系统的单点，虽然可靠性能够满足常规卫星发射和货运需求，但无法满足载人登月的高可靠性要求。
另外伺服系统能源段冗余设计也有些研究，一些是在两套电液伺服系统伺服阀入口段采用高压软管互联形成能源冗余，但只是简单的互联，并没有没有实现故障隔离，一旦其中一路能源出现故障，另一路也无法正常工作，另一些虽然在伺服阀入口段安装能源选择阀，并设置单压力点，低于此压力点就切换副油路，高于此压力点就不切换，但能源部分在出现故障时入口压力有可能会在此压力点处来会波动，这样能源选择阀就会来回不停切换，从而无法正常为电液伺服系统提供能源。为此必须提出一种新型能源冗余系统及其控制策略，提高其可靠性，满足我国载人航天登月高可靠性要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能源双冗余系统及其控制方法。
根据本发明提供的一种能源双冗余系统，包括：控制器15、主油路和副油路；
所述主油路包括：第一溢流阀2、第一能源选择阀4、第一伺服阀5和第一液压缸7，第一溢流阀2的两端分别连接第一能源的高圧回路和低压回路，所述第一能源选择阀4的常开入口与第一能源的高圧回路连接，所述第一能源选择阀4的出油口与所述第一伺服阀5的入口连接，所述第一伺服阀5的回油口与所述第一能源的低压回路连接，所述第一伺服阀5的电磁控制端与所述控制器15连接，所述第一伺服阀5的控制口分别与所述第一液压缸7的两腔连接；
所述副油路包括：第二溢流阀9、第二能源选择阀11、第二伺服阀12和第二液压缸14，第二溢流阀9的两端分别连接第二能源的高圧回路和低压回路，所述第二能源选择阀11的常开入口与第二能源的高圧回路连接，所述第二能源选择阀11的出油口与所述第二伺服阀12的入口连接，所述第二伺服阀12的回油口与所述第二能源的低压回路连接，所述第二伺服阀12的电磁控制端与所述控制器15连接，所述第二伺服阀12的控制口分别与所述第二液压缸14的两腔连接；
所述第二能源选择阀11的常闭入口通过第一高压软管16连接所述第一能源的高圧回路，所述第一能源选择阀4的常闭入口通过第二高压软管17连接所述第二能源的高压回路；
所述控制器15根据所述第一能源或所述第二能源的高圧回路的压力来控制所述第一能源选择阀4或所述第二能源选择阀11的开合。
优选地，所述主油路还包括第一精油滤1，所述第一精油滤1的入口连接所述第一能源的高圧回路，出口分别连接所述第一溢流阀2、所述第一能源选择阀4和所述第二能源选择阀11。
优选地，所述副油路还包括第二精油滤8，所述第二精油滤8的入口连接所述第二能源的高圧回路，出口分别连接所述第二溢流阀9、所述第二能源选择阀11和所述第一能源选择阀4。
优选地，所述控制器15控制所述第一能源选择阀4和所述第二能源选择阀11在预设延迟后开合。
优选地，所述主油路还包括第一压力传感器3，所述第一压力传感器3连接在所述第一能源的高圧回路上，所述副油路还包括第二压力传感器10，所述第二压力传感器10连接在所述第二能源的高圧回路上，所述第一压力传感器3和所述第二压力传感器10分别与所述控制器15电连接。
优选地，所述主油路还包括第一位置传感器6，检测所述第一液压缸7的活塞杆位移，将检测结果传输至所述控制器15，所述副油路还包括第二位移传感器13，检测所述第二液压缸14的活塞杆位移，将检测结果传输至所述控制器15。
根据本发明提供的一种能源双冗余系统的控制方法，采用上述的能源双冗余系统，所述控制方法包括：
控制器15采集第一能源的高圧回路的压力，在采集到的压力不大于所设定的下门限值时，所述控制器15控制第一能源选择阀4的开合，断开第一能源并接通第二能源，使第二能源同时为所述第一伺服阀5和所述第二伺服阀12提供能源；
在采集到的压力大于所设定的上门限值时，所述控制器15控制第一能源选择阀4的开合，断开第二能源，使第一能源恢复为所述第一伺服阀5提供能源。
优选地，所述控制器15控制所述第一能源选择阀4在预设延迟后开合。
根据本发明提供的一种能源双冗余系统的控制方法，采用上述的能源双冗余系统，所述控制方法包括：
控制器15采集第二能源的高圧回路的压力，在采集到的压力不大于所设定的下门限值时，所述控制器15控制第二能源选择阀11的开合，断开第二能源并接通第一能源，使第一能源同时为所述第一伺服阀5和所述第二伺服阀12提供能源；
在采集到的压力大于所设定的上门限值时，所述控制器15控制第二能源选择阀4的开合，断开第一能源，使第二能源恢复为所述第二伺服阀12提供能源。
优选地，所述控制器15控制所述第二能源选择阀11在预设延迟后开合。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明实现了能源部分主副油路的自动切换和故障隔离，结构简单，重量轻，切换响应快，同时运用双门限逻辑控制策略，解决了主副油路的频繁切换和误切现象，能将伺服系统可靠性相对现役产品提高一个数量级，满足我国载人航天登月高可靠性要求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种能源双冗余系统，包括：控制器15、主油路和副油路。
主油路包括：第一精油滤1、第一溢流阀2、第一能源选择阀4、第一伺服阀5和第一液压缸7，第一溢流阀2的两端分别连接第一能源的高圧回路和低压回路，第一能源选择阀4的常开入口与第一能源的高圧回路连接，第一能源选择阀4的出油口与第一伺服阀5的入口连接，第一伺服阀5的回油口与第一能源的低压回路连接，第一伺服阀5的电磁控制端与控制器15连接，第一伺服阀5的控制口分别与第一液压缸7的两腔连接。第一精油滤1的入口连接第一能源的高圧回路，出口分别连接第一溢流阀2、第一能源选择阀4和第二能源选择阀11。
副油路包括：第二精油滤8、第二溢流阀9、第二能源选择阀11、第二伺服阀12和第二液压缸14，第二溢流阀9的两端分别连接第二能源的高圧回路和低压回路，第二能源选择阀11的常开入口与第二能源的高圧回路连接，第二能源选择阀11的出油口与第二伺服阀12的入口连接，第二伺服阀12的回油口与第二能源的低压回路连接，第二伺服阀12的电磁控制端与控制器15连接，第二伺服阀12的控制口分别与第二液压缸14的两腔连接；
第二能源选择阀11的常闭入口通过第一高压软管16连接第一能源的高圧回路，第一能源选择阀4的常闭入口通过第二高压软管17连接第二能源的高压回路；
控制器15根据第一能源或第二能源的高圧回路的压力来控制第一能源选择阀4或第二能源选择阀11的开合。第二精油滤8的入口连接第二能源的高圧回路，出口分别连接第二溢流阀9、第二能源选择阀11和第一能源选择阀4。
主油路还包括第一压力传感器3，第一压力传感器3连接在第一能源的高圧回路上，副油路还包括第二压力传感器10，第二压力传感器10连接在第二能源的高圧回路上，第一压力传感器3和第二压力传感器10分别与控制器15电连接。主油路还包括第一位置传感器6，检测第一液压缸7的活塞杆位移，将检测结果传输至控制器15，副油路还包括第二位移传感器13，检测第二液压缸14的活塞杆位移，将检测结果传输至控制器15。
本发明的工作过程是：两套电液伺服系统正常工作过程中，伺服阀入口由溢流阀保持额定工作压力形成高压能源，当主油路高压能源出现故障时，压力突然下降至不大于下门限值时，压力传感器将压力信号传递至控制器，控制器检测到主油路高压能源压力值低于下门限值，控制电磁能源选择阀延迟一定时间切换至副油路，由副油路高压能源提供两路伺服系统能源，当主油路高压能源工作压力恢复至上门限值时，压力传感器将压力信号传递至控制器，控制器检测到主油路高压能源压力值高于上门限值，控制器控制电磁能源选择阀延迟一定时间切换至主油路高压能源，两路能源各自为伺服系统提供高压能源。
因能源故障过程中，压力波动较大且频繁，上下门限阈值的宽度必须足够宽，但过低下门限值无法保证系统正常工作，过高的上门限值会超过正常压力值波动下限，因此上下门限阈值必须由试验测试获得。另外电磁阀不可避免存在一定死区，切换过程中会出现较大且短暂的压力波动，直接超过上下门限值，因此控制器控制能源选择阀必须具有一定的延迟，避开电磁阀死区压力波动，避免误切现象。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种能源双冗余系统，其特征在于，包括：控制器(15)、主油路和副油路；
所述主油路包括：第一溢流阀(2)、第一能源选择阀(4)、第一伺服阀(5)和第一液压缸(7)，第一溢流阀(2)的两端分别连接第一能源的高圧回路和低压回路，所述第一能源选择阀(4)的常开入口与第一能源的高圧回路连接，所述第一能源选择阀(4)的出油口与所述第一伺服阀(5)的入口连接，所述第一伺服阀(5)的回油口与所述第一能源的低压回路连接，所述第一伺服阀(5)的电磁控制端与所述控制器(15)连接，所述第一伺服阀(5)的控制口分别与所述第一液压缸(7)的两腔连接；
所述副油路包括：第二溢流阀(9)、第二能源选择阀(11)、第二伺服阀(12)和第二液压缸(14)，第二溢流阀(9)的两端分别连接第二能源的高圧回路和低压回路，所述第二能源选择阀(11)的常开入口与第二能源的高圧回路连接，所述第二能源选择阀(11)的出油口与所述第二伺服阀(12)的入口连接，所述第二伺服阀(12)的回油口与所述第二能源的低压回路连接，所述第二伺服阀(12)的电磁控制端与所述控制器(15)连接，所述第二伺服阀(12)的控制口分别与所述第二液压缸(14)的两腔连接；
所述第二能源选择阀(11)的常闭入口通过第一高压软管(16)连接所述第一能源的高圧回路，所述第一能源选择阀(4)的常闭入口通过第二高压软管(17)连接所述第二能源的高压回路；
所述控制器(15)根据所述第一能源或所述第二能源的高圧回路的压力来控制所述第一能源选择阀(4)或所述第二能源选择阀(11)的开合；
所述控制器(15)控制所述第一能源选择阀(4)和所述第二能源选择阀(11)在预设延迟后开合；
所述第一能源选择阀(4)和所述第二能源选择阀(11)均是两位三通阀。
2.根据权利要求1所述的能源双冗余系统，其特征在于，所述主油路还包括第一精油滤(1)，所述第一精油滤(1)的入口连接所述第一能源的高圧回路，出口分别连接所述第一溢流阀(2)、所述第一能源选择阀(4)和所述第二能源选择阀(11)。
3.根据权利要求1所述的能源双冗余系统，其特征在于，所述副油路还包括第二精油滤(8)，所述第二精油滤(8)的入口连接所述第二能源的高圧回路，出口分别连接所述第二溢流阀(9)、所述第二能源选择阀(11)和所述第一能源选择阀(4)。
4.根据权利要求1所述的能源双冗余系统，其特征在于，所述主油路还包括第一压力传感器(3)，所述第一压力传感器(3)连接在所述第一能源的高圧回路上，所述副油路还包括第二压力传感器(10)，所述第二压力传感器(10)连接在所述第二能源的高圧回路上，所述第一压力传感器(3)和所述第二压力传感器(10)分别与所述控制器(15)电连接。
5.根据权利要求1所述的能源双冗余系统，其特征在于，所述主油路还包括第一位置传感器(6)，检测所述第一液压缸(7)的活塞杆位移，将检测结果传输至所述控制器(15)，所述副油路还包括第二位移传感器(13)，检测所述第二液压缸(14)的活塞杆位移，将检测结果传输至所述控制器(15)。
6.一种能源双冗余系统的控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的能源双冗余系统，所述控制方法包括：
控制器(15)采集第一能源的高圧回路的压力，在采集到的压力不大于所设定的下门限值时，所述控制器(15)控制第一能源选择阀(4)的开合，断开第一能源并接通第二能源，使第二能源同时为所述第一伺服阀(5)和所述第二伺服阀(12)提供能源；
在采集到的压力大于所设定的上门限值时，所述控制器(15)控制第一能源选择阀(4)的开合，断开第二能源，使第一能源恢复为所述第一伺服阀(5)提供能源。
7.根据权利要求6所述的能源双冗余系统的控制方法，其特征在于，所述控制器(15)控制所述第一能源选择阀(4)在预设延迟后开合。
8.一种能源双冗余系统的控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的能源双冗余系统，所述控制方法包括：
控制器(15)采集第二能源的高圧回路的压力，在采集到的压力不大于所设定的下门限值时，所述控制器(15)控制第二能源选择阀(11)的开合，断开第二能源并接通第一能源，使第一能源同时为所述第一伺服阀(5)和所述第二伺服阀(12)提供能源；
在采集到的压力大于所设定的上门限值时，所述控制器(15)控制第二能源选择阀(11)的开合，断开第一能源，使第二能源恢复为所述第二伺服阀(12)提供能源。
9.根据权利要求8所述的能源双冗余系统的控制方法，其特征在于，所述控制器(15)控制所述第二能源选择阀(11)在预设延迟后开合。
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