CN105156733A - 一种自动定位控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动定位控制方法，所述方法利用误差开关控制器控制三位四通电磁阀实现设备的定位控制，控制过程分为两个阶段，其中：当位置误差值在门槛外时为第一阶段，该阶段系统按照误差开关控制器动作，即：电磁阀得电控制设备向目标点移动，所述电磁阀为控制设备向目标点方向移动的电磁阀；当位置误差值在门槛内且在死区外时，系统按照时控控制器动作，即：所述电磁阀断电第一时间t₀后，得电第二时间t₁，然后再断电第一时间t₀后，再得电第二时间t₁，这个过程周期进行；且在t₀时间内实时比较位置误差值与死区门限值，当位置误差值小于死区门限值时，所述电磁阀断电，设备停止移动。该方法能够解决定位振荡和定位精度不高的问题。

Description

一种自动定位控制方法

技术领域

本发明属于控制技术领域，更具体地，涉及一种自动定位控制方法。

背景技术

位置控制或者说定位控制在生产过程中被广泛的应用。而快速、准确的位置控制往往是基于反馈的概念，反馈理论的核心包括四个部分，给定、反馈测量、比较和执行。标准的控制流程图如图1所示，其控制过程为：根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统测量值与给定值之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将给定值与测量值相减，给出偏差信号。偏差信号经过调节器进行运算，运算结果由执行器驱动相应的被控元件。被控元件动作影响被控对象，经过采集被控对象的数据由变送器产生相应的测量信号反馈至系统完成整个闭环过程。

在工业领域，利用三位四通电磁阀作为执行器对使用液压驱动的设备进行定位控制是一种快速、准确、经济的手段。三位四通电磁阀是一种用于与油缸配合，控制油缸活塞杆位置的电磁阀。它有四个油口，分别是进油口P，回油口T，输出A口，输出B口。有三个工作位状态，分别为正向工作位、锁定位和负向工作位。它有两个电磁阀，当A电磁阀得电，控制阀为正向工作位，此时P口与A口接通，T口与B口接通,推动油缸的活塞杆向一个方向移动；当B电磁阀得电，控制阀为负向工作位，此时P口与B口接通，T口与A口接通，推动油缸的活塞杆向相反方向移动；当A、B电磁阀都断电，控制阀为锁定位，四个口都不通，油缸的活塞杆停止移动。

误差开关控制器控制三位四通电磁阀是定位控制的重要手段之一。误差开关控制器在靠近给定值附近形成一个调节死区，设定一个正偏移值作为死区上限值，负偏移值作为死区下限值。位置误差在上限和下限值之间时定义为死区内，否则定义为死区外。当误差大于死区上限值时，输出为+1；当误差小于死区下限值时，输出为-1；当误差在死区内时，输出为0。因输出的状态可由误差来控制，所以称作误差开关控制器。误差开关控制器的控制框图如图2所示，其数据模型如下： $E\left(k\right)=\left\{\begin{array}{c}+1,e\left(k\right)>e_0\\ 0,\left|e\left(k\right)\right|\&le;e_0\\ -1,e\left(k\right)<-e_0\end{array}\right.,$

式中，输出为E(k)，位置偏差为e(k)，死区上限值e0可调。当E(k)＝+1时，A电磁阀得电，当E(k)＝-1时，B电磁阀得电，当E(k)＝0时，A、B电磁阀都断电。

比如一个定位设备系统，当前位置S(如图2粗线表示运动曲线)在定位点的下侧，距离定位点为100mm，死区值e₀为1mm。规定设备向上方向移动为正向(A电磁阀得电)，向下方向移动为负向(B电磁阀得电)，定位点坐标为0，下侧为负，此时位置S为-100。要求设备移动到定位点。

系统这样工作，位置误差e(k)＝0-(-100)＝100>1，误差控制器输出为+1，A电磁阀得电，设备向上方向移动，位移传感器实时测量位置值S，当位置误差|e(k)|<1，A电磁阀断电，设备停止移动，定位完成。

仔细分析上述控制策略，当位置误差|e(k)|<1，A电磁阀断电，但A口关断有一定的延时，设备会有一个惯性停止距离e₁(图2粗虚线表示)，如e₁为2.2mm，那么当位置误差大于-1时，即e(k)＝1-(2.2)＝-1.1<-1，误差开关控制器输出为-1，B电磁阀得电，设备向下方向移动，当位置误差|e(k)|<1，B电磁阀断电，但它也同样存在惯性问题，这样设备来回移动，造成设备在定位点附近振荡，极容易损坏设备。为了防止这种振荡产生，不得不人为调大e₀到1.2，让定位系统恢复正常工作。但可以看出，它是通过降低定位精度来实现的。e₀往往是通过多次的现场调试获得，但e₀与液压系统和机械设备的工况有着很大的关系，一次检修或者长期的运行会使得液压系统和机械设备的工况发生变化从而原来合适的e₀变得不再可用。此时振荡又不可避免的发生了，只有再降低定位精度。这种振荡在实际应用中会经常发生，造成定位精度不断降低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自动定位控制方法，其目的在于利用误差开关控制器控制三位四通电磁阀实现设备的定位控制，由此解决定位振荡和定位精度不高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自动定位控制方法，所述方法利用误差开关控制器控制三位四通电磁阀实现设备的定位控制，控制过程分为两个阶段，其中：

当位置误差值在门槛外时为第一阶段，该阶段系统按照误差开关控制器动作，即：电磁阀得电控制设备向目标点移动，所述电磁阀为控制设备向目标点方向移动的电磁阀；

当位置误差值在门槛内且在死区外时，系统按照时控控制器动作，即：所述电磁阀断电第一时间t₀后，得电第二时间t₁，然后再断电第一时间t₀后，再得电第二时间t₁，这个过程周期进行；且在t₀时间内实时比较位置误差值与死区门限值，当位置误差值小于死区门限值时，所述电磁阀断电，设备停止移动。

在本发明的一个实施例中，在所述第二阶段使所述三位四通电磁阀在半流量状态工作。

在本发明的一个实施例中，所述第二时间t₁小于t_On，所述t_On为电磁阀开通时从0流量到最大流量的时间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、通过本发明方法，当位置误差值在门槛内且在死区外时，通过间断性对电磁阀得电与断电的控制，使得设备以步进的方式向目标点靠近；当进入死区后，电磁阀断电，从而使设备稳定向目标点靠近，避免了现有技术中由于惯性移动距离使得设备在死区内不断振荡的问题，并且提高了定位精度；

2、进一步的，当位置误差值在门槛内且在死区外时，所述三位四通电磁阀在半流量状态工作，使得设备在移动时的惯性移动距离较小，从而避免了因惯性造成的震荡问题，并且提高了定位精度。

附图说明

图1是反馈控制流程示意图；

图2是误差开关控制器的控制示意图；

图3所示为本发明定位控制方法示意图；

图4所示为本发明方法中第一阶段阀流量V、位置S与时间t的关系；

图5所示为本发明方法中第二阶段阀流量V、位置S与时间t的关系。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图3所示，本发明自动定位控制方法将定位控制分为两个阶段，第一阶段，当误差值在门槛外时，系统按照误差控制器动作。第二阶段，当误差值在门槛内，死区外时，系统按照时控控制器动作。以上例说明，设门槛值e₁为5mm，位置误差e(k)＝0-(-100)＝100>5，控制器输出为+1，A电磁阀得电，设备向上方向移动，位移传感器实时测量位置值，当位置误差e(k)<5，A电磁阀断电t₀时间后，得电t₁时间，然后再断电t₀时间后，再得电t₁时间，这个过程周期进行，在t₀时间内实时比较位置误差值，当e(k)<e₀＝1时，A电磁阀断电，设备停止移动，定位完成。

图4表示了时间t与阀流量V、位置S的关系，粗线表示位置S曲线，细线表示阀得电、断电时通过的流量V曲线。阀开通时从0流量到最大流量的时间定义为t_On，关断时从最大流量到0流量的时间定义为t_Off。在第一阶段，由于A线圈得电时间很长，t_On和t_Off时间可以忽略不计。从图4中，可以分析出t_On和t_Off段位置S变化比全流量时要平缓些，也就是说相同时间内位置变化要小些。

在第二阶段如图5，时间t1的整定利用了三位四通电磁阀开通和关断时通过阀口的液压流量不可能突变的性质。当A线圈得电t1时间后断电，再等待t0时间后，A线圈再次得电t1，图5中位置S以步进方式移动，逐步接近定位点。正向靠近方式，当e(k)<e₀＝1时，A电磁阀断电，设备停止移动，控制器输出为0，正向靠近方式定位完成；负向靠近方式，当e(k)>-e₀＝-1时，B电磁阀断电，设备停止移动，控制器输出为0，负向靠近方定位完成。

本发明第一个关键点是在第二阶段以时控控制方式运行。保护点正向靠近方式，当e(k)<e₀时，控制器输出为0，正向靠近方式定位完成，后续因为惯性作用无论误差是否在死区内，控制器输出都为0，即设备不再移动，避免了定位振荡；负向靠近方式，当e(k)>-e₀时，无论误差是否在死区内，控制器输出为0，负向靠近方定位完成。

第二个关键点是在时控阶段，让阀在半流量状态工作。保护点是整定时间t₁小于t_On。

本发明与原方案比较，死区控制不同。原方案在死区附近控制时，A、B线圈得电和断电受位置误差实时值的控制，由于设备不断变化移动，实时误差值滞后于控制。本发明A、B线圈得电和断电受时间控制，当线圈断电，经过一个短暂时间t_Off设备也停止了移动，误差实时值在t₀时间内不变化，此时控制和实时误差值是同步的，不存在滞后性。

原方案由于A、B线圈得电和断电受位置误差实时值的控制，阀基本上是全开通状态，此时设备为全流量移动，那么惯性移动距离就长，要求的死区就大，控制精度就低。本发明考虑了三位四通电磁阀开通和关断时通过阀口的液压流量不可能突变的性质，在时控控制时，阀控制在半开通状态，此时设备为小流量移动，惯性移动距离就小，可以大幅缩小死区范围，提高定位精度。

本发明以正向靠近方式工作，当e(k)<e₀时，控制器输出为0，即使由于阀特性变坏，造成e(k)<-e₀，控制输出仍保持为0。死区范围不用调整，一旦阀特性恢复后，不影响定位精度。原方案中，此时负向线圈得电，设备反向移动，由于阀特性变坏，死区整定值不适应当前工况，极易造成系统振荡，此时需要现场维护人员调整死区整定值，一旦阀特性恢复后，为了不影响定位精度，又需要现场维护人员重新整定死区整定值，比较麻烦。如果不重新整定死区，那么定位精度就降低了。

需要说明的是，实际应用中时间t₁整定超过t_On，系统仍旧可以正常工作，只是定位精度有所下降。

本领域的技术人员容易理解，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 (3)

1.一种自动定位控制方法，其特征在于，所述方法利用误差开关控制器控制三位四通电磁阀实现设备的定位控制，控制过程分为两个阶段，其中：

当位置误差值在门槛外时为第一阶段，该阶段系统按照误差开关控制器动作，即：电磁阀得电控制设备向目标点移动，所述电磁阀为控制设备向目标点方向移动的电磁阀；

当位置误差值在门槛内且在死区外时，系统按照时控控制器动作，即：所述电磁阀断电第一时间t₀后，得电第二时间t₁，然后再断电第一时间t₀后，再得电第二时间t₁，这个过程周期进行；且在t₀时间内实时比较位置误差值与死区门限值，当位置误差值小于死区门限值时，所述电磁阀断电，设备停止移动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二阶段使三位四通电磁阀在半流量状态工作。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二时间t₁小于t_On，所述t_On为电磁阀开通时从0流量到最大流量的时间。