CN100537208C - 多关联位置电液比例伺服系统定位控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种多关联位置电液比例伺服系统定位控制方法，采用流量比例阀，使流入驱动油缸的流量根据凸轮轴转角位移偏差进行调整，克服原开关阀伺服系统凸轮轴位移在设定值附近频繁动作和由此引起的系统振动。油源采用双联叶片泵根据具体工况对流量的需求控制两个子泵的工作状态，最大程度减少系统溢流阀的溢流损失。本发明提高了系统的工作效率，从根本上解决了原系统油温过高严重影响系统工作可靠性的问题，提高了大型模锻水压机分配器位置控制系统精度。
Description
[技术领域]
本发明涉及大型模锻水压机的控制方法，特别是大型模锻水压机分配器凸轮轴位置控制的方法。
[背景技术]
大型模锻水压机是机械制造工业中的一种重要的大型机械装备，用于锻造高强度铝合金锻件或带孔的复杂锻件。模锻加工过程是由活动横梁，左、右水平横梁，移动工作台，中顶出器和侧顶出器等可移动部分按照顺序协同动作完成的。各部分的运动速度和行程采用“油控水”方式由数字电液伺服系统控制各自分配器转角来实现。分配器的轴上安装有一组凸轮，凸轮的形状和安装位置不同，当分配器转动到不同的角度时，凸轮带动相应的顶杆上升或下降，打开相应的水阀，高压水进入相应的工作缸驱动可移动部分完成模锻加工动作。目前大型模锻水压机分配器的控制系统采用逻辑锥阀对液流方向进行控制的开关阀控制系统，而对液流的大小不进行调节，导致水压机分配器控制系统位置控制精度偏低、可靠性差、系统振动以及液压油温升严重。
[发明内容]
本发明的目的是提供一种多关联位置电液比例伺服系统定位控制方法，采用流量比例阀伺服控制系统，提高大型模锻水压机分配器位置控制精度。本发明主要包括以下内容：
在分配器轴上安装有多个凸轮，每个凸轮推动相应顶杆，顶杆和闸型水阀相连，凸轮偏心互相偏移一定的角度，通过控制凸轮轴的转角位移，控制对应顶杆的位置，打开和关闭相应水阀，改变高压水进入相应压力缸的水路和流量。凸轮轴的转角由数字电液伺服系统控制，通过带有齿条的活塞杆液压缸驱动安装在凸轮轴上的齿轮转动，使凸轮轴旋转。控制阀采用流量比例伺服阀，由两个光电编码器分别把操作手柄和分配器轴的转动角度转换成二进制数字信号，通过现场总线传递到PLC的CPU模块。PLC将两个角度值进行比较，获得操作手柄转角设定值与分配器凸轮轴转角实际值的偏差，依据偏差按智能PI控制算法计算比例阀放大器的控制电压。进而控制比例伺服阀流量，同时控制相应逻辑锥阀的开启和关闭以控制进入油缸液压油的方向，驱动凸轮轴转动到角度设定值，保证凸轮轴无振荡的准确到位。油源采用双联叶片泵根据具体工况对流量的需求控制两个子泵的工作状态，在凸轮轴转到设定值位置时，大泵停止工作，最大程度减少系统溢流阀的溢流损失。
采用上述多关联位置电液比例伺服系统定位控制方法解决了原系统中存在的控制精度偏低、可靠性差、系统有振动以及液压油温度过高等缺点。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明操作手柄示意图；
图2为本发明轴—凸轮—顶杆机构示意图；
图3为多关联位置电液比例伺服控制系统原理框图；
图4为控制电压信号和偏差关系曲线示意图；
图5为流量比例伺服阀液压系统示意图。
[实施方式]如图1、2所示，1#光电编码器1通过弹性连轴器2和操作手柄3的转动轴相连。2#光电编码器4安装在分配器轴5一端，通过弹性连轴器6和分配器转动轴5相连。分配器轴5上的安装多个凸轮7，各凸轮之间的相对位置取决于系统多个工况的需要，并与轴的角度相关，凸轮轴的转角采用数字电液比例伺服系统8控制，液压油流量与液压缸活塞杆9移动的速度由下式描述：
Q＝k·V
上式中Q为液压油流量，k为比例系数，V为液压活塞杆9移动的速度。通过数字电液比例伺服系统8控制液压油流量Q就能成比例的控制液压活塞杆9移动的速度V，通过齿条驱动安装在凸轮轴上的齿轮10的角位移，控制相应顶杆11的位置，打开和关闭相应水阀，改变高压水进入相应压力缸的水路和流量。
多关联位置的电液比例伺服控制系统原理框图如图3所示，1#、2#光电编码器分别把操作手柄和分配器轴的转动角度转换成13位二进制数字信号，通过profibus现场总线传递到S7PLC CPU模块。PLC将两个角度值进行比较，获得操作手柄转角设定值θr与分配器凸轮轴转角实际值θ(t)的偏差Δθ(t)，依据偏差按智能PI控制算法计算比例阀放大器的控制电压uc(t)，控制电压信号和偏差关系曲线如图4所示。控制通过比例阀的流量，偏差愈小，比例阀输出流量愈小，分配器凸轮转角速度愈小，在接近转角设定值时，使比例阀输出流量为0，系统精度达到±1.5°，电磁阀平均寿命延长到原系统的数十倍。同时控制相应的逻辑锥阀的开启和关闭以控制进入油缸液压油的方向，驱动凸轮轴转动到角度设定值。当凸轮轴转角偏差为0°时，控制电压信号为0V；当凸轮轴转角偏差为0～5°时，控制电压信号为0～10V；当凸轮轴转角偏差>5°时，控制电压信号恒为10V。
如图5所示，油源采用双联叶片泵根据具体工况对流量的需求控制两个子泵的工作状态。当液压油加压时，大泵处于工作状态，提供较大流量的液压油驱动凸轮轴转动；在凸轮轴转到设定位置时，需要保持液压油压力平衡，大泵停止工作，由小泵提供液压油所需的平衡压力，最大程度减少了系统溢流阀的溢流损失，提高了系统工作效率，从根本上解决原系统温升严重的问题，在不使用冷却器的情况下系统油温<60℃。
Claims (2)
1.一种多关联位置电液比例伺服系统定位控制方法，其特征在于：在分配器轴上安装有多个凸轮，每个凸轮推动相应顶杆，顶杆和闸型水阀相连，凸轮偏心互相偏移一定的角度，通过控制分配器轴的转角位移，控制对应顶杆的位置，打开和关闭相应水阀，改变高压水进入相应压力缸的水路和流量，分配器轴的转角由数字电液伺服系统控制，由两个光电编码器分别把操作手柄和分配器轴的转动角度转换成二进制数字信号，通过现场总线传递到PLC的CPU模块，PLC将两个角度值进行比较，获得操作手柄转角设定值与分配器轴转角实际值的偏差，依据偏差计算比例阀放大器的控制电压，通过带有齿条的活塞杆液压缸驱动安装在分配器轴上的齿轮转动，使分配器轴旋转，控制阀采用流量比例伺服阀，伺服控制系统使流入驱动油缸的流量按照分配器轴转角偏差进行调整，油源采用双联叶片泵，控制两个子泵的工作状态，在分配器轴转到设定值位置后，大泵停止工作，减少系统溢流阀的溢流损失。
2.根据权利要求1所述的多关联位置电液比例伺服系统定位控制方法，其特征在于分配器轴转角偏差与控制电压的关系是：分配器轴转角偏差为0°，控制电压为0V；分配器轴转角偏差为0～5°，控制电压为0～10V；分配器轴转角偏差>5°，控制电压恒为10V。
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