CN104132015B - 一种轧机液压伺服阀零漂补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于轧钢控制技术领域，提供一种轧机液压伺服阀零漂补偿方法及装置，所述方法包括根据液压压下模式以及对应斜坡发生器的输出信号，并结合伺服阀控制信号是否超限确定积分使能信号，所述液压压下模式包括位置控制模式和轧制力控制模式；根据液压压下模式以及测量设备是否故障确定积分重置信号；当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号并限幅输出；将积分后的限幅输出值叠加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀。本发明技术方案补偿了伺服阀实际零点同伺服阀控制信号零点之间的误差，提高了轧机液压伺服控制的精确度。

Description

一种轧机液压伺服阀零漂补偿方法及装置

技术领域

本发明属于轧钢控制技术领域，尤其涉及一种轧机液压伺服阀零漂补偿方法及装置。

背景技术

现代轧机多采用液压压下系统提供轧制力，液压压下的控制系统通常由电气控制器、伺服阀、液压缸组成。由电气控制器计算伺服阀控制信号(电压或电流信号)给伺服阀，控制伺服阀的开口度，不同的开口度对应不同的液压油流量，进而控制液压缸提供不同的轧制力用于轧钢。

液压压下控制系统中，控制模式一般分为位置控制模式和轧制力控制模式两种。

位置控制模式下，电气控制器接收液压缸位置设定值与位移传感器测量的位置实际值，根据两者的偏差计算伺服阀控制信号，调节伺服阀开口度，进而控制液压缸位置达到设定值。

轧制力控制模式下，电气控制器接收轧制力设定值与油压传感器或压头测量的轧制力实际值，根据两者的偏差计算伺服阀控制信号，从而控制液压缸提供指定的轧制力。

无论哪种控制模式下，液压伺服阀不可避免的存在零漂现象，即当电气控制器给出控制信号为零的时候，伺服阀中仍然有微量的液压油泄露，也就是说伺服阀的实际零点(即没有液压油通过伺服阀时)同控制信号的零点不一致。伺服阀正常情况下，两个零点的误差非常小，但由于当前控制器计算非常快速，控制周期以毫秒计算，伺服阀的响应也同样十分快速，微小的误差经过多个控制周期后可能积累成了较大的误差，影响了伺服控制的精度。

实际运行中，伺服阀的实际零点不是固定不变的，而是跟工况，环境温度等外部条件相关的，这样就无法在机械设备上克服该问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种轧机液压伺服阀零漂补偿方法及装置，旨在解决现有液压压下控制系统中存在零漂、影响伺服控制精度的技术问题。

一方面，所述轧机液压伺服阀零漂补偿方法包括下述步骤：

根据液压压下模式以及对应斜坡发生器的输出信号，并结合伺服阀控制信号是否超限确定积分使能信号，所述液压压下模式包括位置控制模式和轧制力控制模式；

根据液压压下模式以及测量设备是否故障确定积分重置信号；

当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号并限幅输出；

将积分后的限幅输出值叠加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀。

另一方面，所述轧机液压伺服阀零漂补偿装置包括：

积分使能信号确定单元，用于根据液压压下模式以及对应斜坡发生器的输出信号，并结合伺服阀控制信号是否超限确定积分使能信号，所述液压压下模式包括位置控制模式和轧制力控制模式；

积分重置信号获取单元，用于根据液压压下模式以及测量设备是否故障确定积分重置信号；

积分限幅输出单元，用于当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号并限幅输出；

控制信号输出单元，用于将积分后的限幅输出值叠加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀。

本发明的有益效果是：本发明在伺服阀设定值到位时积分电气控制器的伺服阀控制信号，积分输出信号即是伺服阀实际零点对应的控制信号值，并且，若伺服阀实际零点随外界条件变化而发生变化，积分输出信号也会随之变化，可以自动补偿伺服阀实际零点同控制信号零点之间的误差，从而解决了伺服阀零点漂移的问题，提高了轧机的液压伺服控制精度。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的轧机液压伺服阀零漂补偿方法的流程图；

图2是图1中步骤S101的一种优选流程图；

图3是图1中步骤S102的一种优选流程图；

图4是图1中步骤S103的一种优选流程图；

图5是本发明第二实施例提供的轧机液压伺服阀零漂补偿装置的结构方框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明实施例提供的轧机液压伺服阀零漂补偿方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的轧机液压伺服阀零漂补偿方法包括下述步骤：

步骤S101、根据液压压下模式以及对应斜坡发生器的输出信号，并结合伺服阀控制信号是否超限确定积分使能信号，所述液压压下模式包括位置控制模式和轧制力控制模式。

液压压下控制系统包括两种控制模式：位置控制模式和轧制力控制模式。通过计算位置偏差或者压力偏差生成伺服阀控制信号，以控制伺服阀的开度，从而达到控制液压缸的目的，使得液压缸位置达到设定值或者控制液压缸提供轧制力设定值。

本实施例的核心是：在伺服阀设定到位时对伺服阀控制信号进行积分，然后通过积分输出值对伺服阀控制信号进行修正，以消除零漂目的。因此这里首先需要确定积分使能信号，只有积分使能信号有效时，才能进行伺服阀控制信号积分操作。本实施中，针对不同的液压压下模式，将斜坡发生器的输出信号与输入设定值进行对比，当两者相同且伺服阀控制信号没有超限时，才可将积分使能信号设置有效。

步骤S102、根据液压压下模式以及测量设备是否故障确定积分重置信号。

在位置控制模式下，所述测量设备为位置传感器，在轧制力控制模式下，所述测量设备为压力传感器，若测量设备存在故障或轧机液压压下没有使能(既不处于位置控制模式，也不处于轧制力控制模式)，则将积分器重置。

步骤S103、当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号并限幅输出。

当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，说明满足积分条件，液压压下控制系统工作正常，此时才进行积分限幅输出，该输出值逐渐逼近伺服阀的实际零点对应的控制信号值。

步骤S104、将积分后的限幅输出值叠加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀。

最后将积分限幅输出值叠加到伺服阀控制信号上，得到补偿后的伺服阀控制信号，经数模转换后送往伺服阀即可，伺服阀根据补偿后的伺服阀控制信号对应调整伺服阀开口度，实现液压缸控制。本步骤将积分限幅输出值直接附加到原来计算出的伺服阀控制信号上去，即可补偿伺服阀零漂对液压伺服控制精度的影响。

下面具体描述上述各个步骤的优选实现方式。

如图2所示，上述步骤S101具体包括：

步骤S201、在位置控制模式下，当位置斜坡发生器的输出信号等于输入设定值时，设置位置设定到位信号有效，否则设置位置设定到位信号无效。

在位置控制模式下，为了避免位置设定值发生阶跃突变，轧机液压压下的位置设定值一般都要附加一个斜坡发生器，然后再通往伺服控制器。这样在位置设定值由一个值变化为另一个值的时候，会有一个斜坡变化的过程，当斜坡发生器的输出值斜坡变化到等于输入的设定值时，将位置设定到位信号B_P,reach(布尔量信号)设置有效；若斜坡发生器的输出值不等于输入的设定值，将位置设定到位信号B_P,reach设置为无效。

步骤S202、在轧制力控制模式下，当轧制力斜坡发生器的输出信号等于输入设定值时，设置轧制力设定到位信号有效，否则设置轧制力设定到位信号无效。

同理在在轧制力控制模式下，当轧制力设定值斜坡发生器的输出值等于输入的设定值时，将轧制力设定到位信号B_RF,reach(布尔量信号)设置为有效；若斜坡发生器的输出值不等于输入的设定值，则将位置设定到位信号B_RF,reach设置为无效。

步骤S203、判断伺服阀控制信号是否在限制范围内，若超出预设范围，则设置超限信号为有效，否则设置超限信号为无效。

伺服阀控制信号由位置设定值或轧制力设定值与实际值的差值经一定的控制算法计算得到，工业上使用最广的为PID控制算法，若计算出来的伺服阀控制信号超过了限制范围(这个范围一般设置为略小于伺服阀的最大工作能力范围)，将伺服阀控制信号超限信号(布尔量信号)设置为有效；若没有超过限制范围，将伺服阀控制信号超限信号设置为0。

步骤S204、在位置控制模式下，若位置设定到位信号有效，且超限信号无效，则设置积分使能信号有效，否则设置积分使能信号无效。

在位置控制模式下，若位置设定到位信号有效，且伺服阀控制信号超限信号无效，则将积分使能信号EN_Integrator设置为有效；两个条件中任一条件不满足，将积分使能信号EN_Integrator设置为无效。

步骤S205、在轧制力控制模式下，若轧制力设定到位信号有效，且超限信号无效，则设置积分使能信号有效，否则设置积分使能信号无效。

在轧制力控制模式下，若轧制力设定到位信号为有效，且伺服阀控制信号超限信号为0，则将积分使能信号EN_Integrator设置为无效；两个条件中任一条件不满足，将积分使能信号EN_Integrator设置为无效。

如图3所示，上述步骤S102具体包括：

步骤S301、在位置控制模式下且位置测量设备没有出现故障，则设置位置使能控制信号有效，否则设置位置使能控制信号无效；

步骤S302、在轧制力控制模式下且轧制力测量设备没有出现故障，则设置轧制力使能控制信号有效，否则设置轧制力使能控制信号无效；

步骤S303、当位置使能控制信号和轧制力使能控制信号均无效时，设置积分重置信号有效，当其中任一使能控制信号有效时，设置积分重置信号无效。

本优选方式中，在位置控制模式下，且位置测量设备没有出现故障，则将位置使能控制信号EN_P(布尔量信号)设置为有效；若不处于位置控制模式或者任一位置测量设备出现故障，则将位置使能控制信号EN_P设置为无效。在轧制力控制模式下，且轧制力测量设备没有出现故障，则将轧制力使能控制信号EN_RF(布尔量信号)设置为有效；若不处于轧制力控制模式或者任一轧制力测量设备出现故障，则将轧制力使能控制信号EN_RF设置为无效。当位置使能控制信号和轧制力使能控制信号同时为无效的时候，将积分重置信号RE_Integrator设置为有效；两个使能信号中任一个为有效，则将积分重置信号RE_Integrator设置为无效。

通常积分重置信号为有效的情况是出现在轧制一卷钢完成以后，下一卷钢还没有开始轧制的时候，这种时候轧机液压压下不工作，既不处于位置控制模式也不处于轧制力控制模式。另外在轧制过程中出现测量设备故障，积分重置信号也会被设置为有效。

如图4所示，上述步骤S103具体包括：

步骤S401、当积分重置信号RE_Integrator有效时，输出值清零；当积分重置信号RE_Integrator无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号；当积分重置信号和积分使能信号均无效时，停止积分伺服阀控制信号；

步骤S402、将积分输出值限制在预设范围内并输出。

作为具体实施方式，上述各步骤中，为了可以通过设置布尔量值来表示信号是否有效，比如当设置为1时，表示信号有效，当设置为0时表示信号无效。

若积分重置信号RE_Integrator为1，将积分输出值清零。即：

Y_Integrator(n)＝0，RE_Integrator＝1；

若积分重置信号RE_Integrator为0并且积分使能信号EN_Integrator为1，则积分此时伺服阀的控制信号；若积分重置信号RE_Integrator为0并且积分使能信号EN_Integrator为0，则停止积分伺服阀的控制信号。

在离散状态下，该积分算法为：

$Y_{\mathrm{Integrator}}\left(n\right)=Y_{\mathrm{Integrator}}(n-1)+\frac{T_S}{T_A}\×C_{\mathrm{SV}}\left(n\right),{\mathrm{RE}}_{\mathrm{Integrator}}=0,{\mathrm{EN}}_{\mathrm{Integrator}}=1;$

Y_Integrator(n)＝Y_Integrator(n-1)，RE_Integrator＝0，EN_Integrator＝0；

上述公式中，Y_Integrator(n)为积分器当前时刻的输出值；Y_Integrator(n-1)为积分器上一时刻的输出值；T_S为电气控制器采样时间，例如可以取为4ms；为积分器积分时间常数，为防止积分器迅速饱和，一般设置一个很大的数值，比如说在本实施例中，设置为30000ms；C_SV(n)为当前时刻伺服阀控制信号值。

限制积分输出值在一定预设范围内，若超限则输出伺服阀故障信号，即将伺服阀故障信号B_Error置为1。即：

Y_{Limited，Integrator}＝LIM(Y_Integrator)；

式中，Y_{Limited，Integrator}为限幅后积分器输出值，LIM为限幅环节。

最后，将积分限幅输出值加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀。即：

C_{SV,compensated}＝C_SV+Y_{Limited,Integrator}；

式中，C_{SV,compensated}为经零漂补偿后的伺服阀控制信号，C_SV为原来电气控制器计算出的伺服阀控制信号。得到补偿后伺服阀控制信号后，经数模转换后输出至伺服阀即可。

本实施例中，由于在使能积分器的时候是伺服阀设定到位的时候，此时伺服阀实际值同设定值之间的误差是很小的，根据该误差计算出来的控制信号同样是个很小的值，通过积分器不断累加修正，该值逐渐逼近伺服阀的实际零点对应的控制信号值，该值可直接附加到原来计算出的伺服阀控制信号上去，即可补偿伺服阀零漂对液压伺服控制精度的影响。

实施例二：

图5示出了本发明实施例提供的轧机液压伺服阀零漂补偿装置的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的轧机液压伺服阀零漂补偿装置包括：

积分使能信号确定单元51，用于根据液压压下模式以及对应斜坡发生器的输出信号，并结合伺服阀控制信号是否超限确定积分使能信号，所述液压压下模式包括位置控制模式和轧制力控制模式；

积分重置信号获取单元52，用于根据液压压下模式以及测量设备是否故障确定积分重置信号；

积分限幅输出单元53，用于当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号并限幅输出；

控制信号输出单元54，用于将积分后的限幅输出值叠加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀。

本实施例提供的各个功能单元对应实现了实施例一中的步骤S101-S104，具体的，通过积分使能信号确定单元51得到积分使能信号，然后积分重置信号获取单元52获取到积分重置信号，接着积分限幅输出单元53进行积分操作并限幅输出，最后控制信号输出单元54将输出值叠加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀，伺服阀完成相应动作，实现液压缸控制。

作为一种优选实施方式，所述积分使能信号确定单元51包括：

设定到位信号确定模块，用于在位置控制模式下，当位置斜坡发生器的输出信号等于输入设定值时，设置位置设定到位信号有效，否则设置位置设定到位信号无效；以及用于在轧制力控制模式下，当轧制力斜坡发生器的输出信号等于输入设定值时，设置轧制力设定到位信号有效，否则设置轧制力设定到位信号无效；

超限信号确定模块，用于判断伺服阀控制信号是否在限制范围内，若超出预设范围，则设置超限信号为有效，否则设置超限信号为无效。

积分使能信号确定模块，用于在位置控制模式下，若位置设定到位信号有效，且超限信号无效，则设置积分使能信号有效，否则设置积分使能信号无效；以及用于在轧制力控制模式下，若轧制力设定到位信号有效，且超限信号无效，则设置积分使能信号有效，否则设置积分使能信号无效。

作为一种优选实施方式，所述积分重置信号获取单元52包括：

使能控制信号确定模块，用于在位置控制模式下且位置测量设备没有出现故障，则设置位置使能控制信号有效，否则设置位置使能控制信号无效；以及用于在轧制力控制模式下且轧制力测量设备没有出现故障，则设置轧制力使能控制信号有效，否则设置轧制力使能控制信号无效；

积分重置信号确定模块，用于当位置使能控制信号和轧制力使能控制信号均无效时，设置积分重置信号有效，当其中任一使能控制信号有效时，设置积分重置信号无效。

作为一种优选实施方式，所述积分限幅输出单元53包括：

积分控制模块，用于当积分重置信号有效时，输出值清零；当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号；当积分重置信号和积分使能信号均无效时，停止积分伺服阀控制信号；

限幅输出模块，用于将积分输出值限制在预设范围内并输出。

进一步优选的，所述积分限幅输出单元53还包括故障输出模块，用于当限幅后积分输出值超过预设范围时，输出伺服阀故障信号。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轧机液压伺服阀零漂补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

根据液压压下模式以及对应斜坡发生器的输出信号，并结合伺服阀控制信号是否超限确定积分使能信号，所述液压压下模式包括位置控制模式和轧制力控制模式；

根据液压压下模式以及测量设备是否故障确定积分重置信号；

当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号并限幅输出；

将积分后的限幅输出值叠加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀；

其中所述根据液压压下模式以及对应斜坡发生器的输出信号，并结合伺服阀控制信号是否超限确定积分使能信号步骤，具体包括：

在位置控制模式下，当位置斜坡发生器的输出信号等于输入设定值时，设置位置设定到位信号有效，否则设置位置设定到位信号无效；

在轧制力控制模式下，当轧制力斜坡发生器的输出信号等于输入设定值时，设置轧制力设定到位信号有效，否则设置轧制力设定到位信号无效；

判断伺服阀控制信号是否在限制范围内，若超出预设范围，则设置超限信号为有效，否则设置超限信号为无效；

在位置控制模式下，若位置设定到位信号有效，且超限信号无效，则设置积分使能信号有效，否则设置积分使能信号无效；

在轧制力控制模式下，若轧制力设定到位信号有效，且超限信号无效，则设置积分使能信号有效，否则设置积分使能信号无效。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据液压压下模式以及测量设备是否故障确定积分重置信号步骤，具体包括：

在位置控制模式下且位置测量设备没有出现故障，则设置位置使能控制信号有效，否则设置位置使能控制信号无效；

在轧制力控制模式下且轧制力测量设备没有出现故障，则设置轧制力使能控制信号有效，否则设置轧制力使能控制信号无效；

当位置使能控制信号和轧制力使能控制信号均无效时，设置积分重置信号有效，当其中任一使能控制信号有效时，设置积分重置信号无效。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号并限幅输出步骤，具体包括：

当积分重置信号有效时，输出值清零；当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号；当积分重置信号和积分使能信号均无效时，停止积分伺服阀控制信号；

将积分输出值限制在预设范围内并输出。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，当限幅后积分输出值超过预设范围时，输出伺服阀故障信号。

5.一种轧机液压伺服阀零漂补偿装置，其特征在于，所述装置包括：

积分使能信号确定单元，用于根据液压压下模式以及对应斜坡发生器的输出信号，并结合伺服阀控制信号是否超限确定积分使能信号，所述液压压下模式包括位置控制模式和轧制力控制模式；

积分重置信号获取单元，用于根据液压压下模式以及测量设备是否故障确定积分重置信号；

积分限幅输出单元，用于当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号并限幅输出；

控制信号输出单元，用于将积分后的限幅输出值叠加到伺服阀控制信号上并输出至伺服阀；

其中所述积分使能信号确定单元包括：

设定到位信号确定模块，用于在位置控制模式下，当位置斜坡发生器的输出信号等于输入设定值时，设置位置设定到位信号有效，否则设置位置设定到位信号无效；以及用于在轧制力控制模式下，当轧制力斜坡发生器的输出信号等于输入设定值时，设置轧制力设定到位信号有效，否则设置轧制力设定到位信号无效；

超限信号确定模块，用于判断伺服阀控制信号是否在限制范围内，若超出预设范围，则设置超限信号为有效，否则设置超限信号为无效；

积分使能信号确定模块，用于在位置控制模式下，若位置设定到位信号有效，且超限信号无效，则设置积分使能信号有效，否则设置积分使能信号无效；以及用于在轧制力控制模式下，若轧制力设定到位信号有效，且超限信号无效，则设置积分使能信号有效，否则设置积分使能信号无效。

6.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述积分重置信号获取单元包括：

使能控制信号确定模块，用于在位置控制模式下且位置测量设备没有出现故障，则设置位置使能控制信号有效，否则设置位置使能控制信号无效；以及用于在轧制力控制模式下且轧制力测量设备没有出现故障，则设置轧制力使能控制信号有效，否则设置轧制力使能控制信号无效；

积分重置信号确定模块，用于当位置使能控制信号和轧制力使能控制信号均无效时，设置积分重置信号有效，当其中任一使能控制信号有效时，设置积分重置信号无效。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述积分限幅输出单元包括：

积分控制模块，用于当积分重置信号有效时，输出值清零；当积分重置信号无效且积分使能信号有效时，积分伺服阀控制信号；当积分重置信号和积分使能信号均无效时，停止积分伺服阀控制信号；

限幅输出模块，用于将积分输出值限制在预设范围内并输出。

8.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述积分限幅输出单元还包括：

故障输出模块，用于当限幅后积分输出值超过预设范围时，输出伺服阀故障信号。