CN102588363B - 实现结晶器振动液压缸的同步方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结晶器振动液压缸的同步方法以及装置，根据两台液压缸的参考振幅和实际振幅来计算出液压缸的振幅设定值；设定振动周期内，实际振幅大的液压缸的设定值减小或者实际振幅小的液压缸的设定值变大，动态周期调节两液压缸的振幅误差，最终达到两液压缸振幅相同；根据振幅设定值和两台液压缸的实际位置计算出两台液压缸的位置设定值；测量两个液压缸位置实际值和振实际幅值并进入下一个循环周期。大幅度的减小两台液压缸因为油路、液压缸、伺服阀及负载的差异性导致的位置偏差，避免振动过程中由于两杠的不平衡引起的结晶器水平倾斜。保证整个结晶器振动装置平稳、安全的运行。

Description

实现结晶器振动液压缸的同步方法及其装置

技术领域

本发明涉及到一种液压缸位置同步的控制方法，尤其涉及到冶金行业连铸机结晶器液压振动装置上的两台液压缸的同步控制。

背景技术

结晶器液压振动装置的液压部分主要由左右两个对称且可以互换的液压缸组成，当两个液压缸动作时，由于油路、液压缸、伺服阀和负载的差异性，势必会造成两个缸的位置误差，即不同步现象，会因为两液压缸的不平衡引起的结晶器水平倾斜。为此，不仅要对每台液压缸进行精确的闭环控制，同时还必须对两台液压缸的运动进行同步的控制，常用的主从控制方案，存在诸如同步精度差，动态响应慢等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种同步控制方法，该方法能够保证结晶器振动装置的左右两缸位置偏差和振幅偏差在允许范围之内。

避免振动过程中由于两缸的不平衡引起的结晶器水平倾斜。保证整个结晶器振动装置平稳、安全的运行。

为了解决上述发明的问题，本发明的技术方案为：一种结晶器振动液压缸的同步方法，根据两台液压缸的参考振幅和实际振幅来计算出液压缸的振幅设定值；设定振动周期内，实际振幅大的液压缸的的设定值减小或者实际振幅小的液压缸的设定值变大，动态周期调节两液压缸的振幅误差，最终达到两液压缸振幅相同；根据振幅设定值和两台液压缸的实际位置计算出两台液压缸的位置设定值；测量两个液压缸位置实际值和振实际幅值并进入下一个循环周期。

另一种技术方案为：一种结晶器振动液压缸同步方法的装置，包括第一、第二液压缸，在第一、第二液压缸上分别连接有位移传感器和闭环回路控制器，闭环控制器根据液压缸位置设定值和液压缸实际位置反馈值计算出一个输出伺服阀开度的设定值，伺服阀根据该设定值作阀芯移动，便会引起液压缸的运动，位移传感器又将实际位置反馈给闭环控制器，形成一个闭环回路。

本发明具有以下主要优点：

1、大幅度的减小两台液压缸因为油路、液压缸、伺服阀及负载的差异性导致的位置偏差，避免振动过程中由于两杠的不平衡引起的结晶器水平倾斜。保证整个结晶器振动装置平稳、安全的运行；

2、不需要进行主从缸选择，避免了因为主缸选择不恰当导致的整体运动受到约束的缺点；

3、避免了主从控制方式下，因为从动装置跟踪主动装置具有延时性而产生的同步误差；

4、由于国家经济的发展，对连铸的技术水平和当今的自主化国产化的的更高要求，因此本控制方案具有广阔的市场前景。

综上所述，本发明具有同步精度高，系统稳定性好的优点，能保证结晶器振动装置平稳、安全的运行。有效地解决了结晶器振动装置的两台液压缸因为油路、液压缸、伺服阀及负载的差异性导致两缸不同步问题，克服了传统主从同步方案同步精度差，跟踪精度低的缺点。

附图说明

图1为本发明采用的同步控制方式的控制原理图；

图2为本发明采用的同步控制方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明区别与传统的主从控制方式，即只给主缸发控制信号，从缸以主缸的位置作为动作目标的主从方法。采取不分主从，不断同时调整每台液压缸位置设定值的方式实现两台液压缸的同步运动，其主要步骤为：

1.根据参考振幅和两台液压缸的实际振幅来计算液压缸的振幅设定值；

2.根据步骤1中计算得到的振幅设定值和两台液压缸实际位置来计算液压缸的位置设定值；

3.测量液压缸实际位置和实际振幅值并转入步骤1。

液压缸的本周期的振幅设定值是结合上个周期的实际振幅，根据下面函数计算出来的：

$A_{\mathrm{actcyl}1}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{\mathrm{Syn}(k-1)}{A}_{\mathrm{ref}}& |{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}-1|\&GreaterEqual;|{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}-1|\\ A_{\mathrm{ref}}& |{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}-1|<|{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}-1|\end{array}\right.---\left(1\right)$

$A_{\mathrm{actcyl}2}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{A}_{\mathrm{ref}}& |{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}-1|\&GreaterEqual;|{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}-1|\\ \mathrm{Syn}(k-1)A_{\mathrm{ref}}& |{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}-1|<|{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}-1|\end{array}\right.---\left(2\right)$

$\mathrm{Syn}(k-1)=\frac{{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}(k-1)}{{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}(k-1)}---\left(3\right)$

${\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}(k-1)=\frac{A_{\mathrm{actcyl}1}(k-1)}{A_{\mathrm{setcyl}1}(k-1)}---\left(4\right)$

${\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}(k-1)=\frac{A_{\mathrm{actcyl}2}(k-1)}{A_{\mathrm{setcyl}2}(k-1)}---\left(5\right)$

A_ref为参考振幅值，A_ref只与工艺条件如当前浇铸钢种、浇铸速度等有关，与具体设备和控制方式无关； ${\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}(k-1)=\frac{A_{\mathrm{actcyl}1}(k-1)}{A_{\mathrm{setcyl}1}(k-1)}$

分别是第k个振动周期第一液压缸和第二液压缸的振幅设定值；

A_actcyl1(k)，A_actcyl2(k)分别是第k个振动周期第一液压缸和第二液压缸的振幅实际值；

Syn(k)被定义为两缸同步系数；

ER_cyl1(k),ER_cyl2(k)被定义为第k个振动周期第一液压缸和第二液压缸的振幅误差系数。

每台液压缸的瞬时位置设定值是在振幅设定值经过修正的基础上根据下面函数计算出来的：

SP_cyl1＝A_cyl1*SP-ΔSP   (6)

SP_cyl2＝A_cyl2*SP+ΔSP   (7)

$\mathrm{\&Delta;SP}=\left\{\begin{array}{cc}-\mathrm{Km}& K*({\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}1}-{\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}2})\&le;-\mathrm{Km}\\ K*({\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}1}-{\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}2})& -\mathrm{Km}<K*({\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}1}-{\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}2})<\mathrm{Km}\\ \mathrm{Km}& K*({\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}1}-{\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}2})\&GreaterEqual;\mathrm{Km}\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，

SP_cyl1，SP_cyl2分别为1#，第二液压缸位置设定值；

SP为幅值为1的标准正弦或非正弦函数；

ΔSP被定义为同步误差补偿信号；

Km为同步补偿极限值；

K为同步补偿增益；

PV_cyl1，PV_cyl2分别第一，第二液压缸位置实际值。

下面结合附图1和图2及上述公式对本发明做进一步说明：

参见图2，第一、第二液压缸上都安装有一个位移传感器，以测量液压缸的实际位移，每个液压缸都有一套独立的闭环控制器1、闭环控制器2，如图1所示，以第一液压缸为例，闭环控制算法根据第一液压缸位置设定值SP_cyl1和液压缸实际位置反馈值PV_cyl1计算出一个输出值，这个值就是伺服阀开度的设定值，伺服阀根据该值做阀芯移动，便会引起第一液压缸的运动，位移传感器又将实际位置反馈给闭环控制器1，这样就形成一个闭环回路。在理想情况下，只要两个液压缸闭环回路的设定值SP相同，则两者的实际位置值PV也相同。但是现实情况中，由于油路，伺服阀、液压缸、负载的差异性，势必会造成两缸运动的不同步；为了提高两缸的的同步性，采用对设定值进行相应变化的方法，该方法包括对振幅设定值进行变化和对振动瞬时设定值进行变化两个方面。

公式(1)～(5)针对两个伺服阀液压缸振幅出现较大偏差的情况进行调节。如果把实际振幅大的液压缸的的设定值减小或者把实际振幅小的液压缸的设定值变大，便能够动态地调整两液压缸的振幅最终达到两液压缸振幅相同的目的。当初始状态下，两液压缸同步系数为1，两液压缸振幅的设定值相等且等于参考设定值A_ref，假如此时由于外部原因，其中一个液压缸的振幅值突然加大了，这里以第一液压缸振幅值变大为例，当系统检测到上A_actcyl1(k-1)变大后，计算得到ER_cyl1(k-1)＞1，由于第二液压缸振幅未变，所以ER_cyl2(k-1)＞1，于是|ER_cyl1-1|≥|ER_cyl2-1|、Syn(k-1)＜1，系统在本周期对振幅设定值A_actcyl1(k)，A_actcyl2(k)进行重新计算，第二液压缸的振幅设定值保持不变，第一液压缸的振幅设定值减小，小于第二液压缸的设定值，由于闭环控制的作用，第一液压缸的实际振幅值会随设定值的减小而减小；经过几个周期的调整，最终达到第一液压缸的实际振幅与第二液压缸相等的稳定状态，这样就达到了同步的目的，只是此时第一液压缸的设定振幅已经不再与第二液压缸相同了。假如第一液压缸的实际振幅小于了参考值A_ref，则ER_cyl1(k-1)＜1、|ER_cyl1-1|≥|ER_cyl2-1|、Syn(k-1)＞1，第一液压缸的振幅设定值会因为其实际振幅的减小而增大；而且实际值减小的越多，设定值增大的越多，最终也会进入两缸同步的稳态；如果发生两个液压缸的振幅值同时增大或减小的情况，或者是一个增大另一个减小的情况，则只会改变幅度相对较大缸的设定值，而变化幅度相对较小的缸的设定值将维持不变。而不是采取同时调整两个缸的设定值的做法，因为后者虽然也能最终达到同步的目的，但是由于那样对两个缸的设定值都做了修改，会导致两缸实际振幅与参考设定值会有较大差异。只修改变化幅度相对较大的缸的设定值的方法不仅可以达到同步的效果，还兼顾考虑了控制的精度，保证这样的情况下实际振幅与参考振幅的最接近。

公式(6)～(8)根据一个振动周期内两台液压缸的位置误差来对每个缸的瞬时设定值作调整，以第一液压缸超前第二液压缸为例具体说明：假如某一时刻，第一液压缸的位置超前了第二液压缸，则ΔSP＞0，从而第一液压缸的位置设定值就会适当减小，第一液压缸的速度会放慢，而第二液压缸的位置设定值在原有基础上会增大，速度增加，出现超前的的液压缸的速度放慢，滞后的缸速度加快的情况，并且第一液压缸超前于第二液压缸的距离愈多大，第一液压缸设定值就会减小的越多，速度减得更慢，第二液压缸的设定值就会增加的越多，速度加的越快。滞后的缸会追赶超前的液压缸，最终达到同步的目的。当出现一种极端情况，即第一液压缸超前第二液压缸太多，以至于两者间的位置误差超过了同步补偿极限值Km，这时ΔSP取最大值，可以认为第一液压缸速度已经降至最慢，第二液压缸速度已经提至最快，同步控制器的补偿能力已经完全达到极限，接下来只能通过每台缸单独的闭环控制回路去调节两液压缸的平衡，此时可以认为两液压缸已经出现失步，如果经过一段时间的调整。两液压缸误差开始减小，则同步控制器又能继续正常工作，系统重新回到动态的同步过程。如果经过调整后，两液压缸位置偏差依然大于Km，则认为是两台液压缸已经出现严重的位置偏差的情况，这可能是由于液压缸的机械故障，或者伺服阀损坏引起，应根根据实际生产状况，发出报警信号或者停机处理。

本发明应用的振动条件：

振动频率：40-400CPM；振动行程：0-12mm；偏斜率：0-0.45；液压缸工作压力：20-25MPa；本发明经过测试，可以达到以下的技术参数：

两液压缸振幅误差：＜±0.6％；两液压缸瞬时位置误差：<0.1mm。

Claims (4)

1.一种结晶器振动液压缸的同步方法，其特征在于：其实现的步骤如下：

A.根据两台液压缸的参考振幅和实际振幅来计算出液压缸的振幅设定值；

B、设定振动周期内，实际振幅大的液压缸的的设定值减小或者实际振幅小的液压缸的设定值变大，动态周期调节两液压缸的振幅误差，最终达到两液压缸振幅相同；振动周期内误差调节函数算法为：

$A_{\mathrm{actcyl}1}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{\mathrm{Syn}(k-1)}{A}_{\mathrm{ref}}& |{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}-1|\&GreaterEqual;|{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}-1|\\ A_{\mathrm{ref}}& |{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}-1|<|{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}-1|\end{array}\right.---\left(1\right)$

$A_{\mathrm{actcyl}2}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{A}_{\mathrm{ref}}& |{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}-1|\&GreaterEqual;|{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}-1|\\ \mathrm{Syn}(k-1)A_{\mathrm{ref}}& |{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}-1|<|{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}-1|\end{array}\right.---\left(2\right)$

$\mathrm{Syn}(k-1)=\frac{{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}(k-1)}{{\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}(k-1)}---\left(3\right)$

${\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}1}(k-1)=\frac{A_{\mathrm{actcyl}1}(k-1)}{A_{\mathrm{setcyl}1}(k-1)}---\left(4\right)$

${\mathrm{ER}}_{\mathrm{cyl}2}(k-1)=\frac{A_{\mathrm{actcyl}2}(k-1)}{A_{\mathrm{setcyl}2}(k-1)}---\left(5\right)$

其中

A_ref为参考振幅值；

A_setcyl1(k)，A_setcyl2(k)分别是第k个振动周期第一液压缸和第二液压缸的振幅设定值；

A_actcyl1(k)，A_actcyl2(k)分别是第k个振动周期第一液压缸和第二液压缸的振幅实际值；

Syn(k)定义为两缸同步系数；

ER_cyl1(k),ER_cyl2(k)被定义为第k个振动周期第一液压缸和第二液压缸的振幅误差系数。；

C、根据振幅设定值和两台液压缸的实际位置计算出两台液压缸的位置设定值；

D、根据位置设定值，振动周期内位置误差调节函数算法为：

SP_cyl1＝A_cyl1*SP-ΔSP   (6)

SP_cyl2＝A_cyl2*SP+ΔSP   (7)

$\mathrm{\&Delta;SP}=\left\{\begin{array}{cc}-\mathrm{Km}& K*({\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}1}-{\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}2})\&le;-\mathrm{Km}\\ K*({\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}1}-{\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}2})& -\mathrm{Km}<K*({\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}1}-{\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}2})<\mathrm{Km}\\ \mathrm{Km}& K*({\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}1}-{\mathrm{PV}}_{\mathrm{cyl}2})\&GreaterEqual;\mathrm{Km}\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，

SP_cyl1，SP_cyl2分别为第一、第二液压缸位置设定值；

SP为幅值为1的标准正弦或非正弦函数；

ΔSP被定义为同步误差补偿信号；

Km为同步补偿极限值；

K为同步补偿增益；

PV_cyl1，PV_cyl2分别第一，第二液压缸位置实际值；

E、测量两个液压缸位置实际值和振实际幅值并转入所述步骤A，进行下一个周期。

2.根据权利要求1所述的结晶器振动液压缸的同步方法，其特征是：所述A_ref与工艺条件、当前浇铸钢种或浇铸速度有关。

3.根据权利要求1或2所述的结晶器振动液压缸的同步方法，其特征是：所述振动频率为40-400CPM；振动行程：0-12mm；偏斜率：0-0.45；液压缸工作压力：20-25MPa。

4.一种实现权利要求1-3所述的结晶器振动液压缸同步方法的装置，其特征是：包括第一、第二液压缸，在第一、第二液压缸上分别连接有位移传感器和闭环回路控制器，闭环控制器根据液压缸位置设定值和液压缸实际位置反馈值计算出一个输出伺服阀开度的设定值，伺服阀根据该设定值作阀芯移动，便会引起液压缸的运动，位移传感器又将实际位置反馈给闭环控制器，形成一个闭环回路。