CN118293364B - 一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压控制技术领域，尤其是涉及一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统。包括液压执行系统和控制器系统，其中，控制器系统包括压差反馈回路，用于获取液压管道内的流量信号并计算比例信号；流量诊断回路用于接收比例信号，在判断该比例信号超出阈值范围的时间达到预设的安全时间后切断液压执行系统的执行端，以实现对液压管道破裂进行保护的目的。本发明可通过压差反馈回路的压力传感器间接检测管道泄漏情况，当通过控制器系统的流量诊断回路检测到发生泄漏时输出保护信号自动切断液压回路，实现了管道破裂检测的快速响应，适合用于无人监测情况下的液压系统。

Description

一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统

技术领域

本发明涉及液压回路控制技术领域，尤其是涉及一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统。

背景技术

液压系统在工业和机械领域中广泛应用，用于执行各种任务，如运动控制和工作执行，这些系统通常包括复杂的管道网络，因此管道的完整性与安全性对系统的正常运行至关重要。

为保证管道的完整性与安全性，其中关键之一就是，管道破裂与泄漏的及时检测和快速保护。管道破裂与泄漏可能由于多种原因引起，如长时间的使用和高频率的压力变化、外部物体的碰撞或其他机械损伤导致的管道破损、接头密封处的老化失效等。当管道泄漏时，会导致液压系统中液体压力的下降，降低系统的性能，液体泄漏后，系统会无法提供足够的力或速度，影响到执行元件的正常运行，缩短其使用寿命；当泄漏量较大时甚至可能导致重大事故的发生，增加人员的伤亡甚至死亡的风险。为减少上述恶性事件的发生，管道破裂保护方法被不断提出，其主要目的是在管道破裂或泄漏的情况下迅速检测并采取措施，使潜在的损害最小化。

传统的管道破裂保护方法主要依赖于管道破裂阀等机液元件。然而，这些方法只能在管道破裂或泄漏量较大时进行保护，在泄漏量较小时难以进行相应保护动作，并且传统管道破裂阀依赖硬件进行管道破裂时的保护，在管道破裂阀安装后因为弹簧刚度的限制无法根据工况调整切断回路的限值，因此无法对管道的泄漏情况进行监测，此外管道破裂阀还存在非智能控制、无法自动复位的缺点，安全性能有待进一步加强，而如果采用流量计对管道情况进行监控，则存在成本高且响应慢，无法实时监控的问题。

发明内容

本发明旨在至少改善现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统。

根据本发明第一方面实施例的一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其中，包括液压执行系统和控制器系统，所述控制器系统与所述液压执行系统电连接，用于对所述液压执行系统进行控制，其中，所述控制器系统包括：

压差反馈回路，所述压差反馈回路与所述液压执行系统电连接，用于获取液压管道内的流量信号并由此计算比例信号；

流量诊断回路，所述流量诊断回路与所述压差反馈回路及所述液压执行系统分别电连接，用于接收比例信号，在判断该比例信号超出阈值范围的时间达到预设的安全时间后切断液压执行系统的执行端，以实现对液压管道破裂进行保护的目的。

根据本发明实施例的基于压差反馈的液压管道破裂保护控制系统，可通过压差反馈回路的压力传感器间接检测管道泄漏情况，当检测到发生泄漏时通过控制器系统的流量诊断回路输出保护信号自动切断液压回路，实现了管道破裂检测的快速响应，适合用于无人监测情况下的液压系统。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述液压执行系统包括：

液压执行器，所述液压执行器具有无杆腔和有杆腔，所述无杆腔内连接有压力传感器Ⅰ，用于采集液压执行器无杆腔压力信息P ₁，所述有杆腔内连接有压力传感器Ⅱ，用于采集液压执行器有杆腔压力信息P ₂；

电比例换向阀Ⅰ和电比例换向阀Ⅱ，所述电比例换向阀Ⅰ的工作油口与所述无杆腔连接，所述电比例换向阀Ⅰ的进油口连接有压力传感器Ⅲ，用于采集电比例换向阀Ⅰ及电比例换向阀Ⅱ进油口压力信息P ₃，所述电比例换向阀Ⅱ的工作油口与所述有杆腔连接，所述电比例换向阀Ⅱ的回油口连接有压力传感器Ⅳ，用于采集电比例换向阀Ⅰ及电比例换向阀Ⅱ回油口压力信息P ₄，所述电比例换向阀Ⅰ的进油口与所述电比例换向阀Ⅱ的进油口连接，所述电比例换向阀Ⅰ的回油口与所述电比例换向阀Ⅱ的回油口连接；

电动/发电机单元；

液压泵，所述液压泵与所述电动/发电机单元同轴连接，其中所述液压泵的进油口与所述电比例换向阀Ⅰ的进油口连接；

溢流阀，所述溢流阀与油箱连接，所述油箱与所述电比例换向阀Ⅰ的回油口连接，所述溢流阀与所述液压泵的回油口连接，

通过结合控制电比例换向阀Ⅰ阀芯位移的第一控制信号u ₁、控制电比例换向阀Ⅱ的第二控制信号u ₂来判断液压执行系统此时的工作模式。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述液压管道内的流量信号包括第一流量信号q ₁和第二流量信号q ₂，其中：

所述压差反馈回路通过第一压力信号与控制电比例换向阀Ⅰ阀口开度的第一控制信号，获得液压执行器无杆腔侧的流量作为第一流量信号q ₁；

所述压差反馈回路通过第二压力信号与控制电比例换向阀Ⅱ阀口开度的第二控制信号，获得液压执行器无杆腔侧的流量作为第二流量信号q ₂；

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述液压管道内的比例信号包括第一比例信号b ₁和第二比例信号b ₂，其中：

所述压差反馈回路通过计算第一流量信号q ₁与第二流量信号q ₂比值作为第一比例信号b ₁，即：

，

所述压差反馈回路通过第一比例信号b ₁使用箱形图对第一比例信号b ₁的数据进行异常检测，通过预设阈值对删除的异常数据还有缺失值进行填充，获得第二比例信号b ₂；

所述压差反馈回路将液压管道内的第二比例信号b ₂传递至流量诊断回路

在第一方面的一种可能的实现方式中，获得第一流量信号q ₁具体包括：

当电比例换向阀Ⅰ处于左位时将电比例换向阀Ⅰ的进油口与工作油口压力差值作为第一压力信号；

当电比例换向阀Ⅰ处于右位时将电比例换向阀Ⅰ的回油口与工作油口压力差值作为第一压力信号；

压差反馈回路通过第一控制信号u ₁获得电比例换向阀Ⅰ处于右位或左位的位置信息；

按照以下公式计算第一压力信号为：

，

其中P ₁为液压执行器无杆腔压力信息，P ₂为液压执行器有杆腔压力信息，P ₃为电比例换向阀Ⅰ及电比例换向阀Ⅱ进油口压力信息，P ₄为电比例换向阀Ⅰ及电比例换向阀Ⅱ回油口压力信息；

根据第一压力信号和第一控制信号得第一流量信号为：。

在第一方面的一种可能的实现方式中，获得第二流量信号q ₂具体包括：

当电比例换向阀Ⅱ处于左位时将电比例换向阀Ⅱ的进油口与工作油口压力差值作为第二压力信号；

当电比例换向阀Ⅱ处于右位时将电比例换向阀Ⅱ的回油口与工作油口压力差值作为第二压力信号；

压差反馈回路通过第二控制信号获得电比例换向阀Ⅱ处于右位或左位的位置信息；

按照以下公式计算第二压力信号为：

，

其中P ₁为液压执行器无杆腔压力信息，P ₂为液压执行器有杆腔压力信息，P ₃为电比例换向阀Ⅰ及电比例换向阀Ⅱ进油口压力信息，P ₄为电比例换向阀Ⅰ及电比例换向阀Ⅱ回油口压力信息；

根据第二压力信号和第二控制信号得第二流量信号为：。

在第一方面的一种可能的实现方式中，获得第二比例信号b ₂具体包括：

对所述第一比例信号b ₁的信号序列选择一个窗口大小，对于每个窗口，将其中的数据按升序或降序排列，通过选定数据的四分位数，对流量数据的异常值进行异常检测，将数据内异常值检测出来后，使用预设阈值对异常和缺失数据进行填充处理，再将窗口向前移动一个步长，不断重复，直到处理完完整的信号序列，根据信号处理后的结果得到第二比例信号b ₂。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述流量诊断回路将第二比例信号b ₂与预设阈值作比较，当第二比例信号b ₂超过预设阈值时，生成误差信号。

获得预设阈值的过程具体包括：

在实际应用前，对作用系统进行离线标定，测得液压缸有杆腔侧和无杆腔侧流量的比值数据，计算得到数据样本的方差，将方差的三倍定义为预设阈值，具体公式为：

，

，

，

其中为第二比例信号b ₂数据的均值，n为第二比例信号b ₂数据的个数，为第二比例信号b ₂数据的方差。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电比例换向阀Ⅰ和所述电比例换向阀Ⅱ均为三位三通电磁阀。

在第一方面的一种可能的实现方式中，流量诊断回路接收到误差信号后开始计时，若时间累计未达到预设的安全时间误差信号就消失，则停止计时，直到误差信号重新出现开始重新计时，若时间累计达到预设的安全时间，则所述流量诊断回路将传递保护信号给电比例换向阀Ⅰ、电比例换向阀Ⅱ，强制阀芯回归中位状态，实现当检测到管道破裂时液压回路自动切断的功能，实现对液压管道破裂进行保护的目的。

在第一方面的一种可能的实现方式中，根据第一压力信号和第一控制信号u ₁得第一流量信号具体包括：所述压差反馈回路根据所述第一控制信号u ₁，确定所述电比例换向阀Ⅰ的阀芯位移；结合关于电比例换向阀Ⅰ的阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出液压执行器对应的进油口的第一流量信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，根据第二压力信号和第二控制信号得第二流量信号具体包括：

所述压差反馈回路根据所述第二控制信号u ₂，确定所述电比例换向阀Ⅱ的阀芯位移；结合关于电比例换向阀Ⅱ的阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出液压执行器对应的回油口的第二流量信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述液压执行器为液压缸。

本发明相较于现有技术具备如下技术效果：

1.该系统利用压力传感器和控制器实现管道泄漏的自动检测及保护，特别适合用于无人检测情况下的液压系统；

2.该系统利用压力传感器间接测量流量，有效避免了使用流量计测量流量响应慢且成本高的问题；该系统适用性强，控制方式可用于任一带有液压阀的液压系统中；

3.该系统的机电控制器可以根据不同工况调整切断回路的安全时间，避免了在工况调整时需手动更换管道破裂阀的问题，同时可以避免出现漏报误报的情况，具有经济性，并且更加便捷；

4.维修管道完毕后，电磁阀可根据控制信号自动复位，提高工作效率，控制反应迅速，避免时间的浪费。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统的一个实施例结构示意图；

图2是本发明通过压差反馈回路，流量诊断回路实现液压管道破裂的自动检测及保护功能的系统完整控制逻辑图。

附图标记：

液压执行器1、压力传感器Ⅰ2、压力传感器Ⅱ3、压力传感器Ⅲ4、压力传感器Ⅳ5、电比例换向阀Ⅰ6、电比例换向阀Ⅱ7、电动/发电机单元8、液压泵9、溢流阀10、控制器系统11。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中术语“第一”、“第二”、“第三”等是区别于不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元，或者可选地，还包括没有列出的步骤或单元，或者可选地还包括这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前，应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作（或步骤）描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

在本说明书中使用的术语“部件”、“模块”、“系统”、“单元”等用于表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，单元可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或分布在两个或多个计算机之间。此外，这些单元可从在上面存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。单元可例如根据具有一个或多个数据分组（例如来自与本地系统、分布式系统和/或网络间的另一单元交互的第二单元数据。例如，通过信号与其它系统交互的互联网）的信号通过本地和/或远程进程来通信。

参阅图1和图2所示，本实施例提供一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其中，包括液压执行系统和控制器系统11，所述控制器系统11与所述液压执行系统电连接，用于对所述液压执行系统进行控制，其中，所述控制器系统11包括：

压差反馈回路，所述压差反馈回路与所述液压执行系统电连接，用于获取液压管道内的流量信号并由此计算比例信号；

流量诊断回路，所述流量诊断回路与所述压差反馈回路及所述液压执行系统分别电连接，用于接收比例信号，在判断该比例信号超出阈值范围的时间达到预设的安全时间后切断液压执行系统的执行端，以实现对液压管道破裂进行保护的目的。

根据本发明实施例的基于压差反馈的液压管道破裂保护控制系统，可通过压差反馈回路的压力传感器间接检测管道泄漏情况，当检测到发生泄漏时通过控制器系统11的流量诊断回路输出保护信号自动切断液压回路，实现了管道破裂检测的快速响应，适合用于无人监测情况下的液压系统。

需要说明的是，所述液压执行系统包括：

液压执行器1，所述液压执行器1具有无杆腔和有杆腔，所述无杆腔内连接有压力传感器Ⅰ2，用于采集液压执行器1无杆腔压力信息P ₁，所述有杆腔内连接有压力传感器Ⅱ3，用于采集液压执行器1有杆腔压力信息P ₂，其中所述液压执行器1为液压缸；

电比例换向阀Ⅰ6和电比例换向阀Ⅱ7，所述电比例换向阀Ⅰ6的工作油口与所述无杆腔连接，所述电比例换向阀Ⅰ6的进油口连接有压力传感器Ⅲ4，用于采集电比例换向阀Ⅰ6及电比例换向阀Ⅱ7进油口压力信息P ₃，所述电比例换向阀Ⅱ7的工作油口与所述有杆腔连接，所述电比例换向阀Ⅱ7的回油口连接有压力传感器Ⅳ5，用于采集电比例换向阀Ⅰ6及电比例换向阀Ⅱ7回油口压力信息P ₄，所述电比例换向阀Ⅰ6的进油口与所述电比例换向阀Ⅱ7的进油口连接，所述电比例换向阀Ⅰ6的回油口与所述电比例换向阀Ⅱ7的回油口连接；

电动/发电机单元8；

液压泵9，所述液压泵9与所述电动/发电机单元8同轴连接，其中所述液压泵9的进油口与所述电比例换向阀Ⅰ6的进油口连接；

溢流阀10，所述溢流阀10与油箱连接，所述油箱与所述电比例换向阀Ⅰ6的回油口连接，所述溢流阀10与所述液压泵9的回油口连接，

通过结合控制电比例换向阀Ⅰ6阀芯位移的第一控制信号u ₁、控制电比例换向阀Ⅱ7的第二控制信号u ₂来判断液压执行系统此时的工作模式。

需要说明的是，所述液压管道内的流量信号包括第一流量信号q ₁和第二流量信号q ₂，其中：

所述压差反馈回路通过第一压力信号与控制电比例换向阀Ⅰ6阀口开度的第一控制信号，获得液压执行器1无杆腔侧的流量作为第一流量信号q ₁；

所述压差反馈回路通过第二压力信号与控制电比例换向阀Ⅱ7阀口开度的第二控制信号，获得液压执行器1无杆腔侧的流量作为第二流量信号q ₂；

需要说明的是，所述液压管道内的比例信号包括第一比例信号b ₁和第二比例信号b ₂，其中：

所述压差反馈回路通过计算第一流量信号q ₁与第二流量信号q ₂比值作为第一比例信号b ₁，即：

，

所述压差反馈回路通过第一比例信号b ₁使用箱形图对第一比例信号b ₁的数据进行异常检测，通过预设阈值对删除的异常数据还有缺失值进行填充，获得第二比例信号b ₂；

所述压差反馈回路将液压管道内的第二比例信号b ₂传递至流量诊断回路

需要说明的是，获得第一流量信号q ₁具体包括：

当电比例换向阀Ⅰ6处于左位时将电比例换向阀Ⅰ6的进油口与工作油口压力差值作为第一压力信号；

当电比例换向阀Ⅰ6处于右位时将电比例换向阀Ⅰ6的回油口与工作油口压力差值作为第一压力信号；

压差反馈回路通过第一控制信号u ₁获得电比例换向阀Ⅰ6处于右位或左位的位置信息；

按照以下公式计算第一压力信号为：

，

其中P ₁为液压执行器1无杆腔压力信息，P ₂为液压执行器1有杆腔压力信息，P ₃为电比例换向阀Ⅰ6及电比例换向阀Ⅱ7进油口压力信息，P ₄为电比例换向阀Ⅰ6及电比例换向阀Ⅱ7回油口压力信息；

根据第一压力信号和第一控制信号u ₁得第一流量信号为：。

需要说明的是，获得第二流量信号q ₂具体包括：

当电比例换向阀Ⅱ7处于左位时将电比例换向阀Ⅱ7的进油口与工作油口压力差值作为第二压力信号；

当电比例换向阀Ⅱ7处于右位时将电比例换向阀Ⅱ7的回油口与工作油口压力差值作为第二压力信号；

压差反馈回路通过第二控制信号u ₂获得电比例换向阀Ⅱ7处于右位或左位的位置信息；

按照以下公式计算第二压力信号为：

，

其中P ₁为液压执行器1无杆腔压力信息，P ₂为液压执行器1有杆腔压力信息，P ₃为电比例换向阀Ⅰ6及电比例换向阀Ⅱ7进油口压力信息，P ₄为电比例换向阀Ⅰ6及电比例换向阀Ⅱ7回油口压力信息；

根据第二压力信号和第二控制信号得第二流量信号为：。

需要说明的是，获得第二比例信号b ₂具体包括：

对所述第一比例信号b ₁的信号序列选择一个窗口大小，对于每个窗口，将其中的数据按升序或降序排列，通过选定数据的四分位数，对流量数据的异常值进行异常检测，将数据内异常值检测出来后，使用预设阈值对异常和缺失数据进行填充处理，再将窗口向前移动一个步长，不断重复，直到处理完完整的信号序列，根据信号处理后的结果得到第二比例信号b ₂。

需要说明的是，所述流量诊断回路将第二比例信号b ₂与预设阈值作比较，当第二比例信号b ₂超过预设阈值时，生成误差信号。

获得预设阈值的过程具体包括：

在实际应用前，对作用系统进行离线标定，测得液压缸有杆腔侧和无杆腔侧流量的比值数据，计算得到数据样本的方差，将方差的三倍定义为预设阈值，具体公式为：

，

，

，

其中为第二比例信号b ₂数据的均值，n为第二比例信号b ₂数据的个数，为第二比例信号b ₂数据的方差。

需要说明的是，所述电比例换向阀Ⅰ6和所述电比例换向阀Ⅱ7均为三位三通电磁阀。

需要说明的是，所述流量诊断回路接收到误差信号后开始计时，若时间累计未达到预设的安全时间误差信号就消失，则停止计时，直到误差信号重新出现开始重新计时，若时间累计达到预设的安全时间，则所述流量诊断回路将传递保护信号给电比例换向阀Ⅰ、电比例换向阀Ⅱ，强制阀芯回归中位状态，实现当检测到管道破裂时液压回路自动切断的功能，实现对液压管道破裂进行保护的目的。

需要说明的是，根据第一压力信号和第一控制信号u ₁得第一流量信号具体包括：所述压差反馈回路根据所述第一控制信号u ₁，确定所述电比例换向阀Ⅰ6的阀芯位移；结合关于电比例换向阀Ⅰ6的阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出液压执行器1对应的进油口的第一流量信号。

需要说明的是，根据第二压力信号和第二控制信号u ₂得第二流量信号具体包括：

所述压差反馈回路根据所述第二控制信号u ₂，确定所述电比例换向阀Ⅱ7的阀芯位移；结合关于电比例换向阀Ⅱ6的阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出液压执行器1对应的回油口的第二流量信号。

本发明相较于现有技术具备如下技术效果：

1.该系统利用压力传感器和控制器实现管道泄漏的自动检测及保护，特别适合用于无人检测情况下的液压系统；

2.该系统利用压力传感器间接测量流量，有效避免了使用流量计测量流量响应慢且成本高的问题；该系统适用性强，控制方式可用于任一带有液压阀的液压系统中；

3.该系统的机电控制器可以根据不同工况调整切断回路的安全时间，避免了在工况调整时需手动更换管道破裂阀的问题，同时可以避免出现漏报误报的情况，具有经济性，并且更加便捷；

4.维修管道完毕后，电磁阀可根据控制信号自动复位，提高工作效率，控制反应迅速，避免时间的浪费。

本实施例中，系统开始运行时，电比例换向阀Ⅰ6、电比例换向阀Ⅱ7阀芯位于截止位，为了使液压缸达到伸出状态，控制器传递给电比例换向阀Ⅰ6第一控制信号，传递给电比例换向阀Ⅱ7第二控制信号，使电比例换向阀Ⅰ6阀芯切换至左位且电比例换向阀Ⅱ7切换至右位，为了使液压缸达到缩回状态，控制器传递给电比例换向阀Ⅰ6第一控制信号，传递给电比例换向阀Ⅱ7第二控制信号，使电比例换向阀Ⅰ6阀芯切换至右位且电比例换向阀Ⅱ7切换至左位，实现液压缸的正常运行。

本实施例中，当电比例换向阀Ⅰ6阀芯切换至左位且电比例换向阀Ⅱ7切换至右位时，电比例换向阀Ⅰ6进油口与工作油口压力差值作为第一压力信号，将电比例换向阀Ⅱ7回油口与工作油口压力差值作为第二压力信号；当电比例换向阀Ⅰ6阀芯切换至右位且电比例换向阀Ⅱ7切换至左位时，电比例换向阀Ⅰ6回油口与工作油口压力差值作为第一压力信号，将电比例换向阀Ⅱ7进油口与工作油口压力差值作为第二压力信号；所述电比例换向阀Ⅰ6根据接收到的第一控制信号来切换阀芯位置，电比例换向阀Ⅱ7根据接受到的第二控制信号来切换阀芯位置。

本实施例中，所述流量诊断回路基于对第二比例信号b ₂与预设阈值作比较。若第二比例信号b ₂超过预设阈值，则生成误差信号，同时开始计时；若第二比例信号b ₂未超过预设阈值，则停止计时，直到第二比例信号b ₂下次超过预设阈值重新开始计时。接下来，将这个误差信号连续出现的时间与预先设定的安全时间进行比较。如果这个时间超过了安全时间，说明流量异常，此时流量诊断回路将触发保护机制，传递保护信号给电比例换向阀Ⅰ6与电比例换向阀Ⅱ7。

在保护信号传递的情况下，电比例换向阀Ⅰ6、电比例换向阀Ⅱ7将执行相应的动作，强制阀芯回归到中位状态。这个措施的目的是实现当检测到管道破裂时液压回路的自动切断。通过强制阀芯回到中位状态，系统可以迅速切断液压回路，防止管道内液体持续泄漏，有效地减缓或避免了管道破裂可能引起的问题。

因此，所述流量诊断回路通过误差信号出现的时间与安全时间的比较和保护信号的触发，实现了对管道破裂的及时检测和自动切断液压回路的功能，从而确保系统的安全性和稳定性。

需要说明的是，本实施例通过压力传感器间接测量流量原理如下：

所述液压执行器1无杆腔侧的流量按照以下步骤获得：

当电比例换向阀Ⅰ6的电磁铁通电时，电比例换向阀Ⅰ6的阀芯在电推力和弹簧力的作用下会产生位移。因此，可以通过第一控制信号u ₁实现阀芯位移的比例控制。所述液压执行器1无杆腔侧的流量可通过与阀芯位移、阀口压差等因素有关的公式建立流量特性模型，进而计算得出，公式如下：

，

其中为流经电比例换向阀Ⅰ阀口的流量，为流量系数，为面积梯度，为电比例换向阀Ⅰ的阀芯位移，为电比例换向阀Ⅰ进出口压差，为油液密度。

即只需得到电比例换向阀Ⅰ的阀芯位移和电比例换向阀Ⅱ进出口压差就可间接测量出流经电比例换向阀Ⅰ阀口的流量。

所述液压执行器有杆腔侧的流量按照以下步骤获得：

当电比例换向阀Ⅱ的电磁铁通电时，电比例换向阀Ⅱ的阀芯在电磁推力和弹簧力的作用下会产生位移。因此，可以通过第二控制信号实现阀芯位移的比例控制。液压执行器有杆腔侧的流量可通过与阀芯位移、阀口压差等因素有关的公式建立流量特性模型，进而计算得出，公式如下：

；

其中为流经电比例换向阀Ⅱ阀口的流量，为流量系数，为面积梯度，为电比例换向阀Ⅱ的阀芯位移，为电比例换向阀Ⅱ进出口压差，为油液密度。

即只需得到电比例换向阀Ⅱ的阀芯位移和电比例换向阀Ⅱ进出口压差就可间接测量出流经电比例换向阀Ⅱ阀口的流量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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，因此不能理解为对发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其特征在于，包括液压执行系统和控制器系统（11），所述控制器系统（11）与所述液压执行系统电连接，用于对所述液压执行系统进行控制，其中，

所述液压执行系统包括：

液压执行器（1），所述液压执行器（1）具有无杆腔和有杆腔，所述无杆腔内连接有压力传感器Ⅰ（2），所述有杆腔内连接有压力传感器Ⅱ（3）；

电比例换向阀Ⅰ（6）和电比例换向阀Ⅱ（7），所述电比例换向阀Ⅰ（6）的工作油口与所述无杆腔连接，所述电比例换向阀Ⅰ（6）的进油口连接有压力传感器Ⅲ（4），所述电比例换向阀Ⅱ（7）的工作油口与所述有杆腔连接，所述电比例换向阀Ⅱ（7）的回油口连接有压力传感器Ⅳ（5），所述电比例换向阀Ⅰ（6）的进油口与所述电比例换向阀Ⅱ（7）的进油口连接，所述电比例换向阀Ⅰ（6）的回油口与所述电比例换向阀Ⅱ（7）的回油口连接；

电动/发电机单元（8）；

液压泵（9），所述液压泵（9）与所述电动/发电机单元（8）同轴连接，其中所述液压泵（9）的进油口与所述电比例换向阀Ⅰ（6）的进油口连接；

溢流阀（10），所述溢流阀（10）与油箱连接，所述油箱与所述电比例换向阀Ⅰ（6）的回油口连接，所述溢流阀（10）与所述液压泵（9）的回油口连接；

所述控制器系统（11）包括：

压差反馈回路，所述压差反馈回路与所述液压执行系统电连接，用于获取液压管道内的流量信号并计算比例信号，所述液压管道内的流量信号包括第一流量信号q ₁和第二流量信号q ₂，其中：

所述压差反馈回路通过第一压力信号与控制电比例换向阀Ⅰ（6）阀口开度的第一控制信号，获得液压执行器（1）无杆腔侧的流量作为第一流量信号q ₁；

所述压差反馈回路通过第二压力信号与控制电比例换向阀Ⅱ（7）阀口开度的第二控制信号，获得液压执行器（1）无杆腔侧的流量作为第二流量信号q ₂；

流量诊断回路，所述流量诊断回路与所述压差反馈回路及所述液压执行系统分别电连接，用于接收比例信号，在判断该比例信号超出阈值范围的时间达到预设的安全时间后切断液压执行系统的执行端，以实现对液压管道破裂进行保护的目的。

2.根据权利要求1所述的基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其特征在于，所述液压管道内的比例信号包括第一比例信号b ₁和第二比例信号b ₂，其中：

所述压差反馈回路通过计算第一流量信号q ₁与第二流量信号q ₂比值作为第一比例信号b ₁，即：

，

所述压差反馈回路通过第一比例信号b ₁使用箱形图对第一比例信号b ₁的数据进行异常检测，通过预设阈值对删除的异常数据还有缺失值进行填充，获得第二比例信号b ₂；

所述压差反馈回路将液压管道内的第二比例信号b ₂传递至流量诊断回路。

3.根据权利要求1所述的基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其特征在于，

获得第一流量信号q ₁具体包括：

当电比例换向阀Ⅰ（6）处于左位时将电比例换向阀Ⅰ（6）的进油口与工作油口压力差值作为第一压力信号；

当电比例换向阀Ⅰ（6）处于右位时将电比例换向阀Ⅰ（6）的回油口与工作油口压力差值作为第一压力信号；

压差反馈回路通过第一控制信号u ₁获得电比例换向阀Ⅰ（6）处于右位或左位的位置信息；

按照以下公式计算第一压力信号为：

，

其中P ₁为液压执行器（1）无杆腔压力信息，P ₂为液压执行器（1）有杆腔压力信息，P ₃为电比例换向阀Ⅰ（6）及电比例换向阀Ⅱ（7）进油口压力信息，P ₄为电比例换向阀Ⅰ（6）及电比例换向阀Ⅱ（7）回油口压力信息；

根据第一压力信号和第一控制信号u ₁得第一流量信号为：。

4.根据权利要求1所述的基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其特征在于，获得第二流量信号q ₂具体包括：

当电比例换向阀Ⅱ（7）处于左位时将电比例换向阀Ⅱ（7）的进油口与工作油口压力差值作为第二压力信号；

当电比例换向阀Ⅱ（7）处于右位时将电比例换向阀Ⅱ（7）的回油口与工作油口压力差值作为第二压力信号；

压差反馈回路通过第二控制信号u ₂获得电比例换向阀Ⅱ（7）处于右位或左位的位置信息；

按照以下公式计算第二压力信号为：

，

其中P ₁为液压执行器（1）无杆腔压力信息，P ₂为液压执行器（1）有杆腔压力信息，P ₃为电比例换向阀Ⅰ（6）及电比例换向阀Ⅱ（7）进油口压力信息，P ₄为电比例换向阀Ⅰ（6）及电比例换向阀Ⅱ（7）回油口压力信息；

根据第二压力信号和第二控制信号u ₂得第二流量信号为：。

5.根据权利要求2所述的基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其特征在于，获得第二比例信号b ₂具体包括：

对所述第一比例信号b ₁的信号序列选择一个窗口大小，对于每个窗口，将其中的数据按升序或降序排列，通过选定数据的四分位数，对流量数据的异常值进行异常检测，将数据内异常值检测出来后，使用预设阈值对异常和缺失数据进行填充处理，再将窗口向前移动一个步长，不断重复，直到处理完完整的信号序列，根据信号处理后的结果得到第二比例信号b ₂。

6.根据权利要求1所述的基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其特征在于，所述流量诊断回路将第二比例信号b ₂与预设阈值作比较，当第二比例信号b ₂超过预设阈值时，生成误差信号；

其中获得预设阈值的过程具体包括：

在实际应用前，对作用系统进行离线标定，测得液压缸有杆腔侧和无杆腔侧流量的比值数据，计算得到数据样本的方差，将方差的三倍定义为预设阈值，具体公式为：

，

，

，

其中为第二比例信号b ₂数据的均值，n为第二比例信号b ₂数据的个数，为第二比例信号b ₂数据的方差。

7.根据权利要求3所述的基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其特征在于，流量诊断回路接收到误差信号后开始计时，若时间累计未达到预设的安全时间误差信号就消失，则停止计时，直到误差信号重新出现，开始重新计时，若时间累计达到预设的安全时间，则所述流量诊断回路将传递保护信号给电比例换向阀Ⅰ、电比例换向阀Ⅱ，强制阀芯回归中位状态。

8.根据权利要求3所述的基于压差反馈的液压管道破裂保护电液控制系统，其特征在于，根据第一压力信号和第一控制信号u ₁得第一流量信号q ₁具体包括：

所述压差反馈回路根据所述第一控制信号u ₁，确定所述电比例换向阀Ⅰ（6）的阀芯位移；结合关于电比例换向阀Ⅰ（6）的阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出液压执行器（1）对应的进油口的第一流量信号；

根据第二压力信号和第二控制信号得第二流量信号q ₂具体包括：

所述压差反馈回路根据所述第二控制信号，确定所述电比例换向阀Ⅱ（7）的阀芯位移；结合关于电比例换向阀Ⅱ（7）的阀芯位移和阀口压差的流量特性模型计算出液压执行器（1）对应的回油口的第二流量信号。