CN102529148A - 一种控制油压机滑块下死点的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制油压机滑块下死点的方法，应用于伺服阀控制模式的油压机系统，伺服阀油压机滑块位置进行PID控制，在滑块由工进转保压的过程中，增加动态改变积分误差上限，控制滑块的运行速度与停止位置，保证其下死点重复精度在±0.02mm之内。本发明克服了现有技术中，油压机滑块位置控制在实际使用过程中的诸多问题，采用本发明的油压机数控系统，不需外接其他辅助设备，大大简化了伺服阀油压机系统的硬件配置，相比国外同类产品大大降低了设备成本，操作简单、方便、易于维护，且滑块下死点位置控制精度达到±0.02mm。

Description

一种控制油压机滑块下死点的方法

技术领域

本发明属于油压机控制技术领域，涉及油压机滑块位置的控制，为一种控制油压机滑块下死点的方法。

背景技术

油压机的工作原理是利用安装在其上的滑块反复运动，使得毛坯材料产生塑性形变或分离达到无切屑。滑块在运行到下死点时停机过早或过晚都会导致加工产品的不合格，甚至导致模具被直接破坏，因此对油压机滑块下死点的精确控制是十分必要的。

目前油压机控制系统主要分为开关阀控制方式与伺服阀控制方式两种，开关阀控制方式主要通过接近开关的方式来对滑块进行位置控制，这必然导致其精度不高，只能加工一些对精度要求不高的产品。伺服阀控制方式能较准确地控制滑块的位置，但目前国内伺服阀油压机的控制系统主要被国外产品所垄断，存在以下问题：

(1)专用的伺服阀控制系统价格昂贵，在设备的成本中所占比例过大，企业为了节约成本，很多场合下不采用伺服阀控制系统，导致企业的产品精度不高，缺乏市场竞争力；

(2)国外的专用控制系统安装条件复杂，安装不当达不到理想控制效果，而且使得控制系统的结构复杂，现场连线也较复杂；

(3)增加了设备的维护与维修成本。

另外现有的伺服阀控制滑块位置的方式主要是由位置传感器测量滑块的当前实际位置，将测得的位置信号反馈给数控系统，数控系统根据反馈的位置信号调节滑块的位移量，而油压机系统在运行过程中不可避免的需要克服摩擦、油温甚至机械上的传导误差，使得其滑块在停机过程中或上或下，不具有稳定的重复精度。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有的伺服阀油压机控制系统主要为国外进口设备，成本高昂，维护成本高，使得油压机的控制结构复杂，效果不理想。

本发明的技术方案为：一种控制油压机滑块下死点的方法，油压机包括运动控制部件和位移测量部件，所述运动控制部件控制油压机滑块做上下直线往复运动；所述位移测量部件测量滑块运动距离，应用于伺服阀控制模式的油压机系统，位移测量部件测量的实际滑块位置与滑块目标位置之差构成伺服阀实际开度的差值信号，并以此差值信号作为驱动伺服阀的命令信号，对伺服阀油压机滑块位置进行PID控制，所述控制油压机滑块下死点的方法包括以下步骤：

1)设定下死点稳态位置基准偏差值ε、积分误差上限ω，误差上限增益k，其中下死点稳态位置基准偏差值ε等于下死点设定位置与实际位置之差，用于PID控制中调节积分输出的打开时间以及作为误差上限ω动态调整的时间节点；当下死点设定位置与实际位置之差由ε趋于零时，积分误差上限由初始值ω变化为k*ω，从而动态改变积分误差上限，控制积分输出最大值；

2)设定滑块运行轨迹，包括设定快下、工进、卸荷、回程的距离与最大速度以及保压时间；

3)滑块按照设定运动轨迹动作，当距离下死点位置ε个脉冲时，滑块位置进入稳态位置区间，PID控制系统进入稳态模式，打开积分输出，系统输出随着积分误差改变，当系统积分误差达到此时的积分误差上限k*ω，系统输出保持恒定；当滑块到达下死点后，进入保压阶段。

设置积分误差上限增益k用于增大或减小误差上限以控制积分输出，使得系统输出无超调与震荡，k值大小通过对具体油压机的调试确定，k值越大使得滑块逼近下死点的速度越快，如果滑块运行至下死点后发生超调或者震荡则减小k值。

步骤1)中还设定补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s，补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s用于配合系统输出补偿，如果滑块在进入稳态后在间隔时间t之内的位置变化量小于s，系统自动打开补偿模式，增加最大输出量，加快滑块对下死点的逼近速度。

补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s的设定值以客户接受的滑块最低运行速度为标准，若客户接受的滑块最低运行速度为每秒钟n个脉冲，则滑块位置变化量下限s为mn pls，补偿间隔时间t为m×1000ms，m和n为正整数。

本发明在滑块由工进转保压的过程中，增加动态改变积分误差上限，控制滑块的运行速度与停止位置，保证其下死点重复精度在±0.02mm之内。不仅能准确地控制油压机的滑块下死点位置，而且降低了设备成本。本发明克服了现有技术中，油压机滑块位置控制在实际使用过程中的诸多问题，采用本发明的油压机数控系统，不需外接其他辅助设备，大大简化了伺服阀油压机系统的硬件配置，相比国外同类产品大大降低了设备成本，操作简单、方便、易于维护，且滑块下死点位置控制精度达到±0.02mm。

附图说明

图1为本发明控制的伺服阀油压机的结构图。

图2为本发明对应的PID控制流程图。

具体实施方式

本发明的应用对象是伺服阀控制油压机，该类型油压机主要包括运动控制器、信号放大器与液压系统，现有的伺服阀滑块位置控制模式主要是由位置传感器测量滑块的当前实际位置，位置信号以数字或者模拟量的方式反馈给数控系统，数控系统根据反馈的位置量来调节滑块的运动来实现增大或减小滑块当前位置，而油压机系统在运行过程中不可避免的需要克服摩擦、油温甚至机械上的传导误差，这些都使得其滑块在停机过程中或上或下，不具有稳定的重复精度。

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1，本发明所述的油压机包括运动控制器1、信号放大器2及液压系统3。运动控制器1负责进行控制算法的计算与控制指令的发出，对滑块的运动轨迹进行控制；信号放大器2将接受到的电信号放大至液压系统允许接受的范围；液压系统3则负责将接受到的电信号转换为滑块的实际运行。

本发明首先对传统的标准PID控制算法进行优化与改进，传统的标准PID控制为：通过油压机的位移测量部件测量滑块运动距离，位移测量部件测量的实际滑块位置与滑块目标位置之差构成伺服阀实际开度的差值信号，并以此差值信号作为驱动伺服阀的命令信号，对伺服阀油压机滑块位置进行PID控制。本发明的控制算法，只有在滑块位置进入稳态位置区间后，控制系统才将积分输出用加入，避免系统进入大的超调以及长时间震荡。而且为了防止积分饱和输出对控制质量的破坏，通过对积分误差上限进行动态调整，达到对输出控制量进行限幅的目的，当控制输出量达到最大值后不再使控制输出量增加，以限幅值为最终输出。本发明可以很好的克服不同的外界干扰，首先快速的进入稳态基准位置，由于基准位置与最终下死点位置仍保持一定的距离，即使滑块运行有一定的波动仍可以通过PID动态的加以调节；进入稳态基准位置后，如果滑块运行速度过慢，系统自动打开补偿模式，增大输出。

如图2所示，本发明具体实现步骤如下：

1)首先设定下死点稳态位置基准偏差值ε、积分误差上限ω，误差上限增益k，设定补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s，如果滑块在进入稳态后在间隔时间t之内的位置变化量小于s，系统自动打开补偿模式，自动增加最大输出量，加快滑块对下死点的逼近速度。

下死点稳态位置基准偏差值ε等于下死点设定位置与实际位置之差，用于PID控制中调节积分输出的打开时间以及作为误差上限ω动态调整的时间节点；当下死点设定位置与实际位置之差由ε趋于零时，积分误差上限由初始值ω变化为k*ω，从而控制积分输出的最大值，由于滑块在逼近下死点的过程中速度是趋于缓慢的，因此设置积分误差上限增益k可以增大或减小误差上限以控制积分输出，使得系统输出无超调与震荡，具体k值大小以实际现场调试为基准，如果现场调试时发现滑块逼近下死点的速度过慢可以增大k值，如果滑块运行至下死点后发生超调或者震荡可以减小k值；

补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s用于配合滑块运动速度输出补偿，如果滑块在进入稳态后在间隔时间t之内的位置变化量小于s，系统自动打开补偿模式，自动增加最大输出量，加快滑块对下死点的逼近速度，其中补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s的设定值以客户可以接受为标准，若客户接受的滑块最低运行速度为每秒钟n个脉冲，则滑块位置变化量下限s为mn pls，补偿间隔时间t为m×1000ms，m和n为正整数。例如客户可以接受的滑块最低运行速度为每秒钟5个脉冲，那么即可设置t为1000ms，s为5pls。

2)设定滑块运行轨迹，包括设定快下、工进、卸荷、回程的距离与最大速度以及保压时间；

3)滑块按照设定运动轨迹动作，当距离保压位置ε个脉冲时，滑块位置进入稳态位置区间，PID控制系统进入稳态模式，关闭比例输出，打开积分输出，系统输出随着积分误差改变，当系统积分误差达到此时的积分误差上限k*ω，系统输出保持恒定；当滑块到达下死点后，进入保压阶段。

下面进一步地举例说明本发明的具体实施方式：

1)首先设定下死点稳态位置基准偏差60pls，设定积分误差上限2000，积分误差增益1.5，二者共同用以控制饱和积分输出；设定补偿间隔时间300ms，设定滑块位置变化量下限为2pls，该值配合滑块运动速度输出补偿；

2)设定滑块运行轨迹，包括设定快下、工进、卸荷、回程的距离与最大速度以及保压时间等；具体如表1和表2：

表1

滑块上限位	滑块变速点	滑块下限位	保压时间	卸荷距离
					10mm	320mm	360mm	1s	0.5mm

表2

	快下	工进	卸荷	回程
					时间	5s	3s	1s	8s
增益	5	3.7	1	1.5
					比例系数	0	0.3	0	0.2
微分系数	0	0	0	0
					延时	0.5s	3s	1s	3s
前馈补偿	0	0	0	0

3)参数设定后，启动系统，按下双手按键，滑块开始下行，当滑块进入359.7mm后，比例输出关闭，积分输出打开，滑块在积分的作用下逼近360mm，如果在此过程中，滑块的运行速度小于2pls/300ms，系统打开补偿模式增大输出，加快滑块逼近下死点360mm的速度，直至最终到达360mm。

综上所述，本发明通过输入实际的滑块位置与滑块目标位置，构成伺服阀实际开度的差值信号，并以此信号作为驱动伺服阀的命令信号，从而实现对伺服阀油压机滑块位置的精确控制，在此基础上，主要特征是在滑块由工进转保压的过程中，在传统PID位置控制方法的基础上增加动态改变积分误差上限的方法，根据稳态位置基准偏差值ε，积分误差上限ω，误差上限增益k，补偿间隔时间t以及滑块位置变化量下限s等参数，使得滑块进入下死点，并保证其重复精度在±0.02mm之内。其中稳态位置基准偏差值ε，积分误差上限ω，误差上限增益k可以保证滑块在向下死点运行的过程中的积分误差动态变化，以保证积分输出无超调并消除稳态误差；补偿间隔时间t以及滑块位置变化量下限s参数可以保证滑块在向下死点运动中如果逼近下死点的速度过慢，系统可以增大输出提高生产效率。本发明的油压机数控系统不仅能较准确地控制油压机的滑块下死点位置，而且简化了系统的硬件设备，降低了设备成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种控制油压机滑块下死点的方法，油压机包括运动控制部件和位移测量部件，所述运动控制部件控制油压机滑块做上下直线往复运动；所述位移测量部件测量滑块运动距离，其特征是应用于伺服阀控制模式的油压机系统，位移测量部件测量的实际滑块位置与滑块目标位置之差构成伺服阀实际开度的差值信号，并以此差值信号作为驱动伺服阀的命令信号，对伺服阀油压机滑块位置进行PID控制，所述控制油压机滑块下死点的方法包括以下步骤：

1)设定下死点稳态位置基准偏差值ε、积分误差上限ω，误差上限增益k，其中下死点稳态位置基准偏差值ε等于下死点设定位置与实际位置之差，用于PID控制中调节积分输出的打开时间以及作为误差上限ω动态调整的时间节点；当下死点设定位置与实际位置之差由ε趋于零时，积分误差上限由初始值ω变化为k*ω，从而动态改变积分误差上限，控制积分输出最大值；

2)设定滑块运行轨迹，包括设定快下、工进、卸荷、回程的距离与最大速度以及保压时间；

3)滑块按照设定运动轨迹动作，当距离下死点位置ε个脉冲时，滑块位置进入稳态位置区间，PID控制系统进入稳态模式，打开积分输出，系统输出随着积分误差改变，当系统积分误差达到此时的积分误差上限k*ω，系统输出保持恒定；当滑块到达下死点后，进入保压阶段。

2.根据权利要求1所述的一种控制油压机滑块下死点的方法，其特征是设置积分误差上限增益k用于增大或减小误差上限以控制积分输出，使得系统输出无超调与震荡，k值大小通过对具体油压机的调试确定，k值越大使得滑块逼近下死点的速度越快，如果滑块运行至下死点后发生超调或者震荡则减小k值。

3.根据权利要求1或2所述的一种控制油压机滑块下死点的方法，其特征是步骤1)中还设定补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s，补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s用于配合系统输出补偿，如果滑块在进入稳态后在间隔时间t之内的位置变化量小于s，系统自动打开补偿模式，增加最大输出量，加快滑块对下死点的逼近速度。

4.根据权利要求3所述的一种控制油压机滑块下死点的方法，其特征是补偿间隔时间t和滑块位置变化量下限s的设定值以客户接受的滑块最低运行速度为标准，若客户接受的滑块最低运行速度为每秒钟n个脉冲，则滑块位置变化量下限s为mn pls，补偿间隔时间t为m×1000ms，m和n为正整数。

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