CN106015131B - 一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置,包括电控手柄和PLC控制箱,所述电控手柄的信号输出端与PLC控制箱的控制信号输入端相连接;所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀、比例阀、伺服泵、液压马达和角度传感器;所述PLC控制箱的开关信号输出端与开关阀的开关信号控制端电连接,所述PLC控制箱的比例信号输出端与比例阀的比例信号控制端电连接;所述伺服泵依次通过开关阀、比例阀与液压马达的手柄的进油口油路连接,所述手柄上设置有角度传感器,所述角度传感器的信号输出端与PLC控制箱的反馈信号输入端电连接。本设计不仅控制精度高,随动性好,而且能够快速关闭拖缆机,避免液压马达手柄在中间位置发生震荡。

Description

一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种比例控制装置,尤其涉及一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置 及其控制方法,具体适用于提高控制精度。
背景技术
[0002] 海洋平台是海上油气开采的主力,但由于其不能自航,需要多种功能的平台工程 船作后勤支援,其中三用工作船(拖曳、锚作、供应)是平台后勤支援必备的辅助船舶。拖缆 机是三用工作船的关键设备,拖缆机操控性能是三用工作船海上作业时的重要性能要求。 拖缆机采用电液驱动模式,由电动机驱动主栗站提供马达动力,马达驱动高速齿轮组将动 力传递到驱动轴上的离合器,通过离合器的不同组合,分别或同时驱动上下滚筒上的低速 齿轮组,将马达动力分别或同时传递到上下滚筒。拖缆机马达操控模式为远程电液遥控,其 动力由伺服系统提供,将电控手柄的控制指令通过伺服系统比例阀开度作用于液压马达手 柄上,通过液压马达手柄位置带动马达叶片旋转,从而实现马达输出动力的改变,进而实现 拖缆机滚筒的速度改变。限于拖缆机液压马达构造,驱动液压马达手柄的伺服系统比例阀 控制一般采用开环控制,但由于液压系统特性(比如液压油油温、粘度等)变化,导致电控手 柄开环控制液压马达的比例阀效果一直不好,直接影响拖缆机的操作性能。
[0003] 中国专利申请公布号为CN101859121A,申请公布日为2010年10月13日的发明专利 公开了一种拖缆机液压马达遥控控制系统,包括依次连接的遥控手柄、PLC信号处理单元、 比例阀控制器、电磁压力比例阀与液压马达,电磁压力比例阀包括互相并联的收缆电磁压 力比例阀与放缆电磁压力比例阀,所述PLC处理器采取的信号线性化处理方法为分段线性 化处理方法,比例阀控制器的输出信号为PWM信号,电磁压力比例阀的控制电流的为140-400mA。虽然该发明能够在一定程度提高液压马达稳定性,但其仍存在以下缺陷:
[0004] 1、该发明的液压马达遥控控制采用开环控制,控制精度低。
[0005] 2、该发明存在了较多的监控信号,信号处理过程复杂度高,系统运行速度较慢。
发明内容
[0006] 本发明的目的是克服现有技术中存在的控制精度低的问题,提供一种高控制精度 的带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法。
[0007] 为实现以上目的,本发明的技术解决方案是:
[0008] —种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置,包括电控手柄和PLC控制箱,所述电控手 柄的信号输出端与PLC控制箱的控制信号输入端相连接;
[0009] 所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀、比例阀、伺服栗、液压马达和角度传感 器;
[0010] 所述PLC控制箱的开关信号输出端与开关阀的开关信号控制端电连接,所述PLC控 制箱的比例信号输出端与比例阀的比例信号控制端电连接;
[0011] 所述伺服栗依次通过开关阀、比例阀与液压马达的马达手柄的进油口油路连接, 所述马达手柄上设置有角度传感器,所述角度传感器的信号输出端与PLC控制箱的反馈信 号输入端电连接。
[0012] 所述开关阀还包括开关阀进油口和开关阀出油口,所述比例阀还包括比例阀进油 口和比例阀出油口,所述开关阀进油口与伺服栗的出油口油路连接,所述开关阀出油口与 比例阀进油口油路连接,所述比例阀出油口与液压马达的马达手柄的进油口油路连接,所 述液压马达的输出轴与拖缆机传动配合。
[0013] —种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法,所述控制方法包括以下步 骤:
[00M]第一步:位置标定、数据归一化处理,首先,将电控手柄扳到中间位置,PLC控制箱 记录电控手柄的中位控制信号,并将上述中位控制信号设定为0位控制信号,液压马达在 PLC控制箱的信号作用下运动,直到液压马达停止转动后,PLC控制箱接收到的角度传感器 的信号维持定值不变,此时马达手柄位于中间位置,PLC控制箱记录角度传感器的中位反馈 信号,并将上述中位反馈信号设定为0位反馈信号;
[0015] 然后,将电控手柄扳到收缆最大位,PLC控制箱记录电控手柄的收缆最大位控制信 号,并将上述收缆最大位控制信号设定为-100%位控制信号,液压马达在PLC控制箱的信号 作用下收缆,直到液压马达停止收缆后,PLC控制箱接收到的角度传感器的信号维持定值不 变,此时马达手柄位于收缆最大位,PLC控制箱记录角度传感器的收缆最大位反馈信号,并 将上述收缆最大位反馈信号设定为-100%位反馈信号;
[0016] 最后,将电控手柄扳到放缆最大位,PLC控制箱记录电控手柄的放缆最大位控制信 号,并将上述放缆最大位控制信号设定为100%位控制信号,液压马达在PLC控制箱的信号 作用下放缆,直到液压马达停止放缆后,PLC控制箱接收到的角度传感器的信号维持定值不 变,此时马达手柄位于放缆最大位,PLC控制箱记录角度传感器的放缆最大位反馈信号,并 将上述收放最大位反馈信号设定为100%位反馈信号,位置标定完成,将电控手柄扳回到中 间位置;
[0017] 电控手柄输出的控制信号为连续变化值,PLC控制箱在接收电控手柄输出的控制 信号后将其归一化到-100%至100%之间,得到控制信号输入值w;
[0018] 角度传感器输出的反馈信号同样是连续变化值,PLC控制箱在接收角度传感器输 出的反馈信号后将其归一化到-100%至100%之间,得到反馈信号输入值X;
[0019] 第二步:开启开关阀,电控手柄的初始位置为中位,在需要拖缆机放缆或收缆时, 操纵电控手柄移动到相应的放缆或收缆位置,在操纵过程中PLC控制箱接收到的电控手柄 的控制信号发生变化,PLC控制箱的开关信号输出端24跳变到高电位,开关信号控制端得 电,控制开关阀打开,此时开关阀开启完成;
[0020] 第三步:比例控制,当电控手柄移动到相应的放缆或收缆位置后,PLC控制箱接收 到的电控手柄的控制信号为一个定值,PLC控制箱将信号归一化后得到控制信号输入值w的 值,同时PLC控制箱接收到角度传感器的反馈信号,并将其归一化后得到反馈信号输入值X 的值,然后采用PID控制算法,将上述控制信号输入值w的值、反馈信号输入值X的值带入以 下方程式,计算比例阀输出控制量y,
Figure CN106015131BD00071
[0022] 上式中kP为比例增益,kP = 1.05,Ti为积分作用时间,Ti = 10秒,Td为微分作用时间, Td = 0.02秒,a为微分延时系数,a = 0.8,b为比例作用权重系数,b = 0.9,C为微分作用权重, c = 0.1,s为拉普拉斯运算符,S卩s域;
[0023] 比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22输出至比例信 号控制端,比例阀根据接收到的信号调整比例阀的开度;
[0024] 第四步:反馈调节,比例阀的开度控制液压油的流量,从而控制马达手柄转动,角 度传感器根据马达手柄的角度变化向PLC控制箱发出新的角度反馈信号,PLC控制箱重新归 一化处理得到新的反馈信号输入值X的值,此时控制信号输入值w的值不变,然后将控制信 号输入值w的值和新的反馈信号输入值X的值带入第三步的公式进行计算得到新的计算比 例阀输出控制量y,新的比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端输 出至比例信号控制端,比例阀根据接收到的信号调整比例阀的开度;重复上述反馈调节过 程,直到PLC控制箱接收到的反馈信号归一化处理得到反馈信号输入值X与控制信号输入值 w相等时,y = 0,比例阀关闭,此时拖缆机的放缆或收缆操作完成。
[0025] 第五步:停机归位,当电控手柄扳回到中间位置时,PLC控制箱的控制信号输入值w 的值为〇,PLC控制箱的开关信号输出端跳变到低电位,开关信号控制端失电,控制开关阀关 闭,同时比例阀输出控制量y强制归零,比例阀关闭,此时油路关闭,马达手柄快速回中间位 置。
[0026] 与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0027] 1、本发明一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置中在液压马达的马达手柄上安 装角度传感器,对马达手柄的角度进行实时反馈,PLC控制箱分析反馈信号和控制信号后输 出比例控制信号控制比例阀开度,从而实现拖缆机控制系统的闭环反馈,提高了比例阀的 控制精度和液压马达手柄的随动性。因此,本设计控制精度高,随动性好。
[0028] 2、本发明一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置中开关阀的设计能够在电控手 柄处于中间位置时强制关闭油路,使液压马达手柄快速回到中间位置,避免液压马达手柄 在中间位置发生震荡,同时让拖缆机快速停止,提高了拖缆机的安全性。因此,本设计能够 快速关闭拖缆机,避免液压马达手柄在中间位置发生震荡。
[0029] 3、本发明一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法中,利用PID控制器, 实时调整比例阀的开度,利用闭环反馈功能实现液压系统的自我校正,提高了拖缆机的可 控性。因此,本设计能够实现自我校正,可控性高。
附图说明
[0030] 图1是本发明的结构示意图。
[0031] 图2是本发明的控制流程图。
[0032] 图中:电控手柄1、PLC控制箱2、控制信号输入端21、比例信号输出端22、反馈信号 输入端23、开关信号输出端24、开关阀3、开关信号控制端31、开关阀进油口 32、开关阀出油 口 33、比例阀4、比例信号控制端41、比例阀进油口 42、比例阀出油口 43、伺服栗5、液压马达 6、马达手柄61、角度传感器7。
具体实施方式
[0033] 以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0034] 参见图1,一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置,包括电控手柄1和PLC控制箱2, 所述电控手柄1的信号输出端与PLC控制箱2的控制信号输入端21相连接;
[0035] 所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀3、比例阀4、伺服栗5、液压马达6和角度传 感器7;
[0036] 所述PLC控制箱2的开关信号输出端24与开关阀3的开关信号控制端31电连接,所 述PLC控制箱2的比例信号输出端22与比例阀4的比例信号控制端41电连接;
[0037] 所述伺服栗5依次通过开关阀3、比例阀4与液压马达6的马达手柄61的进油口油路 连接,所述马达手柄61上设置有角度传感器7,所述角度传感器7的信号输出端与PLC控制箱 2的反馈信号输入端23电连接。
[0038] 所述开关阀3还包括开关阀进油口 32和开关阀出油口 33,所述比例阀4还包括比例 阀进油口 42和比例阀出油口 43,所述开关阀进油口 32与伺服栗5的出油口油路连接,所述开 关阀出油口 33与比例阀进油口 42油路连接,所述比例阀出油口 43与液压马达6的马达手柄 61的进油口油路连接,所述液压马达6的输出轴与拖缆机8传动配合。
[0039] —种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法,所述控制方法包括以下步 骤:
[0040] 第一步:位置标定、数据归一化处理,首先,将电控手柄1扳到中间位置,PLC控制箱 2记录电控手柄1的中位控制信号,并将上述中位控制信号设定为0位控制信号,液压马达6 在PLC控制箱2的信号作用下运动,直到液压马达6停止转动后,PLC控制箱2接收到的角度传 感器7的信号维持定值不变,此时马达手柄61位于中位,PLC控制箱2记录角度传感器7的中 位反馈信号,并将上述中位反馈信号设定为〇位反馈信号;
[0041] 然后,将电控手柄1扳到收缆最大位,PLC控制箱2记录电控手柄1的收缆最大位控 制信号,并将上述收缆最大位控制信号设定为-100%位控制信号,液压马达6在PLC控制箱2 的信号作用下收缆,直到液压马达6停止收缆后,PLC控制箱2接收到的角度传感器7的信号 维持定值不变,此时马达手柄61位于收缆最大位,PLC控制箱2记录角度传感器7的收缆最大 位反馈信号,并将上述收缆最大位反馈信号设定为-100%位反馈信号;
[0042] 最后,将电控手柄1扳到放缆最大位,PLC控制箱2记录电控手柄1的放缆最大位控 制信号,并将上述放缆最大位控制信号设定为100%位控制信号,液压马达6在PLC控制箱2 的信号作用下放缆,直到液压马达6停止放缆后,PLC控制箱2接收到的角度传感器7的信号 维持定值不变,此时马达手柄61位于放缆最大位,PLC控制箱2记录角度传感器7的放缆最大 位反馈信号,并将上述收放最大位反馈信号设定为100%位反馈信号,位置标定完成,将电 控手柄1扳回到中间位置;
[0043] 电控手柄1输出的控制信号为连续变化值,PLC控制箱2在接收电控手柄1输出的控 制信号后将其归一化到-100%至100%之间,得到控制信号输入值w;
[0044] 角度传感器7输出的反馈信号同样是连续变化值,PLC控制箱2在接收角度传感器7 输出的反馈信号后将其归一化到-100%至100%之间,得到反馈信号输入值X;
[0045] 第二步:开启开关阀3,电控手柄1的初始位置为中间位置,在需要拖缆机放缆或收 缆时,操纵电控手柄1移动到相应的放缆或收缆位置,在操纵过程中PLC控制箱2接收到的电 控手柄1的控制信号发生变化,PLC控制箱2的开关信号输出端24跳变到高电位,开关信号控 制端31得电,控制开关阀3打开,此时开关阀3开启完成;
[0046] 第三步:比例控制,当电控手柄1移动到相应的放缆或收缆位置后,PLC控制箱2接 收到的电控手柄1的控制信号为一个定值,PLC控制箱2将信号归一化后得到控制信号输入 值w的值,同时PLC控制箱2接收到角度传感器7的反馈信号,并将其归一化后得到反馈信号 输入值X的值,然后采用PID控制算法,将上述控制信号输入值w的值、反馈信号输入值X的值 带入以下方程式,计算比例阀输出控制量y,
Figure CN106015131BD00091
[0048] 上式中kP为比例增益,kP = 1.05,Ti为积分作用时间,Ti = 10秒,Td为微分作用时间, Td = 0.02秒,a为微分延时系数,a = 0.8,b为比例作用权重系数,b = 0.9,C为微分作用权重, c = 0.1,s为拉普拉斯运算符,S卩s域;
[0049] 比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22输出至比例信 号控制端41,比例阀4根据接收到的信号调整比例阀4的开度;
[0050] 第四步:反馈调节,比例阀4的开度控制液压油的流量,从而控制马达手柄61转动, 角度传感器7根据马达手柄61的角度变化向PLC控制箱2发出新的角度反馈信号,PLC控制箱 2重新归一化处理得到新的反馈信号输入值X的值,此时控制信号输入值w的值不变,然后将 控制信号输入值w的值和新的反馈信号输入值X的值带入第三步的公式进行计算得到新的 计算比例阀输出控制量y,新的比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输 出端22输出至比例信号控制端41,比例阀4根据接收到的信号调整比例阀4的开度;重复上 述反馈调节过程,直到PLC控制箱2接收到的反馈信号归一化处理后得到的反馈信号输入值 X与控制信号输入值w相等时,y = 〇,比例阀4关闭,此时拖缆机8的放缆或收缆操作完成。
[0051] 第五步:停机归位,当电控手柄1扳回到中间位置时,PLC控制箱2的控制信号输入 值w的值为0,PLC控制箱2的开关信号输出端24跳变到低电位,开关信号控制端31失电,控制 开关阀3关闭,同时比例阀输出控制量y强制归零,比例阀4关闭,此时油路关闭,马达手柄61 快速回中间位置。
[0052] 本发明的原理说明如下:
[0053] 由于液压系统随着运行时间和油温变化等因素变化,会导致液压系统性能发生变 化,采用本发明通过闭环反馈的方式实现系统的自我校正,从而确保拖缆机控制精准,提高 拖缆机控制系统的可靠性。
[0054] 实施例1:
[0055] —种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置,包括电控手柄1和PLC控制箱2,所述电控 手柄1的信号输出端与PLC控制箱2的控制信号输入端21相连接;所述拖缆机比例控制装置 还包括开关阀3、比例阀4、伺服栗5、液压马达6和角度传感器7;所述PLC控制箱2的开关信号 输出端24与开关阀3的开关信号控制端31电连接,所述PLC控制箱2的比例信号输出端22与 比例阀4的比例信号控制端41电连接;所述伺服栗5依次通过开关阀3、比例阀4与液压马达6 的马达手柄61的进油口油路连接,所述马达手柄61上设置有角度传感器7,所述角度传感器 7的信号输出端与PLC控制箱2的反馈信号输入端23电连接;所述开关阀3还包括开关阀进油 口 32和开关阀出油口 33,所述比例阀4还包括比例阀进油口 42和比例阀出油口 43,所述开关 阀进油口 3 2与伺服栗5的出油口油路连接,所述开关阀出油口 3 3与比例阀进油口 42油路连 接,所述比例阀出油口43与液压马达6的马达手柄61的进油口油路连接,所述液压马达6的 输出轴与拖缆机8传动配合。
[0056] —种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法,所述控制方法包括以下步 骤:
[0057] 第一步:位置标定、数据归一化处理,首先,将电控手柄1扳到中间位置,PLC控制箱 2记录电控手柄1的中位控制信号,并将上述中位控制信号设定为0位控制信号,液压马达6 在PLC控制箱2的信号作用下运动,直到液压马达6停止转动后,PLC控制箱2接收到的角度传 感器7的信号维持定值不变,此时马达手柄61位于中位,PLC控制箱2记录角度传感器7的中 位反馈信号,并将上述中位反馈信号设定为〇位反馈信号;
[0058] 然后,将电控手柄1扳到收缆最大位,PLC控制箱2记录电控手柄1的收缆最大位控 制信号,并将上述收缆最大位控制信号设定为-100%位控制信号,液压马达6在PLC控制箱2 的信号作用下收缆,直到液压马达6停止收缆后,PLC控制箱2接收到的角度传感器7的信号 维持定值不变,此时马达手柄61位于收缆最大位,PLC控制箱2记录角度传感器7的收缆最大 位反馈信号,并将上述收缆最大位反馈信号设定为-100%位反馈信号;
[0059] 最后,将电控手柄1扳到放缆最大位,PLC控制箱2记录电控手柄1的放缆最大位控 制信号,并将上述放缆最大位控制信号设定为100%位控制信号,液压马达6在PLC控制箱2 的信号作用下放缆,直到液压马达6停止放缆后,PLC控制箱2接收到的角度传感器7的信号 维持定值不变,此时马达手柄61位于放缆最大位,PLC控制箱2记录角度传感器7的放缆最大 位反馈信号,并将上述收放最大位反馈信号设定为100%位反馈信号,位置标定完成,将电 控手柄1扳回到中间位置;
[0060] 电控手柄1输出的控制信号为连续变化值,PLC控制箱2在接收电控手柄1输出的控 制信号后将其归一化到-100%至100%之间,得到控制信号输入值w;
[0061] 角度传感器7输出的反馈信号同样是连续变化值,PLC控制箱2在接收角度传感器7 输出的反馈信号后将其归一化到-100%至100%之间,得到反馈信号输入值X;
[0062] 第二步:开启开关阀3,电控手柄1的初始位置为中间位置,在需要拖缆机放缆或收 缆时,操纵电控手柄1移动到相应的放缆或收缆位置,在操纵过程中PLC控制箱2接收到的电 控手柄1的控制信号发生变化,PLC控制箱2的开关信号输出端24跳变到高电位,开关信号控 制端31得电,控制开关阀3打开,此时开关阀3开启完成;
[0063] 第三步:比例控制,当电控手柄1移动到相应的放缆或收缆位置后,PLC控制箱2接 收到的电控手柄1的控制信号为一个定值,PLC控制箱2将信号归一化后得到控制信号输入 值w的值,同时PLC控制箱2接收到角度传感器7的反馈信号,并将其归一化后得到反馈信号 输入值X的值,然后采用PID控制算法,将上述控制信号输入值w的值、反馈信号输入值X的值 带入以下方程式,计算比例阀输出控制量y,
Figure CN106015131BD00111
[0065] 上式中kP为比例增益,kP = 1.05,Ti为积分作用时间,Ti = 10秒,Td为微分作用时间, Td = 0.02秒,a为微分延时系数,a = 0.8,b为比例作用权重系数,b = 0.9,C为微分作用权重, c = 0.1,s为拉普拉斯运算符,S卩s域;
[0066] 比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22输出至比例信 号控制端41,比例阀4根据接收到的信号调整比例阀4的开度;
[0067] 第四步:反馈调节,比例阀4的开度控制液压油的流量,从而控制马达手柄61转动, 角度传感器7根据马达手柄61的角度变化向PLC控制箱2发出新的角度反馈信号,PLC控制箱 2重新归一化处理得到新的反馈信号输入值X的值,此时控制信号输入值w的值不变,然后将 控制信号输入值w的值和新的反馈信号输入值X的值带入第三步的公式进行计算得到新的 计算比例阀输出控制量y,新的比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输 出端22输出至比例信号控制端41,比例阀4根据接收到的信号调整比例阀4的开度;重复上 述反馈调节过程,直到PLC控制箱2接收到的反馈信号归一化处理后得到的反馈信号输入值 X与控制信号输入值w相等时,y = 〇,比例阀4关闭,此时拖缆机8的放缆或收缆操作完成。
[0068] 实施例2:
[0069] 实施例2与实施例1基本相同其不同之处在于:
[0070] 所述控制方法还包括:
[0071] 第五步:停机归位,当电控手柄1扳回到中间位置时,PLC控制箱2的控制信号输入 值w的值为0,PLC控制箱2的开关信号输出端24跳变到低电位,开关信号控制端31失电,控制 开关阀3关闭,同时比例阀输出控制量y强制归零,比例阀4关闭,此时油路关闭,马达手柄61 快速回中间位置。

Claims (4)

1. 一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置,包括电控手柄(1)和PLC控制箱(2),所述电 控手柄⑴的信号输出端与PLC控制箱(2)的控制信号输入端(21)相连接,其特征在于: 所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀(3)、比例阀(4)、伺服栗(5)、液压马达(6)和角 度传感器⑵; 所述PLC控制箱(2)的开关信号输出端(24)与开关阀(3)的开关信号控制端(31)电连 接,所述PLC控制箱(2)的比例信号输出端(22)与比例阀(4)的比例信号控制端(41)电连接; 所述伺服栗(5)依次通过开关阀(3)、比例阀(4)与液压马达(6)的马达手柄(61)的进油 口油路连接,所述马达手柄(61)上设置有角度传感器(7),所述角度传感器(7)的信号输出 端与PLC控制箱(2)的反馈信号输入端(23)电连接; 所述电控手柄⑴向PLC控制箱(2)发出开度指令,所述PLC控制箱(2)通过的开关信号 输出端(24)向开关阀⑶的开关信号控制端(31)发出开关阀开闭控制信号,所述PLC控制箱 (2)通过比例信号输出端(22)向比例阀⑷的比例信号控制端(41)发出比例阀开度控制信 号,当开关阀⑶开启时伺服栗⑶内的液压油依次通过开关阀⑶和比例阀⑷进入马达手 柄(61),PLC控制箱(2)通过控制比例阀(4)的开度变化来控制马达手柄(61)的位置,从而控 制液压马达(6)的流量,角度传感器(7)采集马达手柄(61)的位置信号反馈给PLC控制箱 (2),PLC控制箱(2)对比反馈信号与开度指令调节比例阀⑷的开度控制信号,从而使马达 手柄(61)与电控手柄(1)的开度保持一致。
2. 根据权利要求1所述的一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置,其特征在于: 所述开关阀⑶还包括开关阀进油口(32)和开关阀出油口(33),所述比例阀⑷还包括 比例阀进油口(42)和比例阀出油口(43),所述开关阀进油口(32)与伺服栗⑶的出油口油 路连接,所述开关阀出油口(33)与比例阀进油口(42)油路连接,所述比例阀出油口(43)与 液压马达(6)的马达手柄(61)的进油口油路连接,所述液压马达(6)的输出轴与拖缆机(8) 传动配合。
3. —种权利要求1或2所述的带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法,其特征在 于: 所述控制方法包括以下步骤: 第一步:位置标定、数据归一化处理,首先,将电控手柄(1)扳到中间位置,PLC控制箱 (2)记录电控手柄(1)的中位控制信号,并将上述中位控制信号设定为O位控制信号,液压马 达(6)在PLC控制箱⑵的信号作用下运动,直到液压马达(6)停止转动后,PLC控制箱⑵接 收到的角度传感器⑵的信号维持定值不变,此时马达手柄(61)位于中间位置,PLC控制箱 (2)记录角度传感器⑵的中位反馈信号,并将上述中位反馈信号设定为O位反馈信号; 然后,将电控手柄(1)扳到收缆最大位,PLC控制箱(2)记录电控手柄(1)的收缆最大位 控制信号,并将上述收缆最大位控制信号设定为-100%位控制信号,液压马达(6)在PLC控 制箱⑵的信号作用下收缆,直到液压马达(6)停止收缆后,PLC控制箱(2)接收到的角度传 感器⑴的信号维持定值不变,此时马达手柄(61)位于收缆最大位,PLC控制箱(2)记录角度 传感器(7)的收缆最大位反馈信号,并将上述收缆最大位反馈信号设定为-100%位反馈信 号; 最后,将电控手柄(1)扳到放缆最大位,PLC控制箱(2)记录电控手柄(1)的放缆最大位 控制信号,并将上述放缆最大位控制信号设定为100%位控制信号,液压马达(6)在PLC控制 箱⑵的信号作用下放缆,直到液压马达(6)停止放缆后,PLC控制箱⑵接收到的角度传感 器⑵的信号维持定值不变,此时马达手柄(61)位于放缆最大位,PLC控制箱(2)记录角度传 感器⑵的放缆最大位反馈信号,并将上述收放最大位反馈信号设定为100%位反馈信号, 位置标定完成,将电控手柄(1)扳回到中间位置; 电控手柄⑴输出的控制信号为连续变化值,PLC控制箱(2)在接收电控手柄⑴输出的 控制信号后将其归一化到-100%至100%之间,得到控制信号输入值w; 角度传感器(7)输出的反馈信号同样是连续变化值,PLC控制箱(2)在接收角度传感器 (7)输出的反馈信号后将其归一化到-100%至100%之间,得到反馈信号输入值X; 第二步:开启开关阀(3),电控手柄(1)的初始位置为中间位置,在需要拖缆机放缆或收 缆时,操纵电控手柄⑴移动到相应的放缆或收缆位置,在操纵过程中PLC控制箱(2)接收到 的电控手柄⑴的控制信号发生变化,PLC控制箱(2)的开关信号输出端(24)跳变到高电位, 开关信号控制端(31)得电,控制开关阀⑶打开,此时开关阀⑶开启完成; 第三步:比例控制,当电控手柄(1)移动到相应的放缆或收缆位置后,PLC控制箱(2)接 收到的电控手柄(1)的控制信号为一个定值,PLC控制箱(2)将信号归一化后得到控制信号 输入值w的值,同时PLC控制箱(2)接收到角度传感器(7)的反馈信号,并将其归一化后得到 反馈信号输入值X的值,然后采用PID控制算法,将上述控制信号输入值w的值、反馈信号输 入值X的值带入以下方程式,计算比例阀输出控制量y,
Figure CN106015131BC00031
上式中kP为比例增益,kP = 1.05,Ti为积分作用时间,Ti = 10秒,Td为微分作用时间,Td =
0.02秒,a为微分延时系数,a = 0.8,b为比例作用权重系数,b = 0.9,c为微分作用权重,c = 〇. 1,s为拉普拉斯运算符,即s域; 比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端(22)输出至比例信号 控制端(41),比例阀⑷根据接收到的信号调整比例阀⑷的开度; 第四步:反馈调节,比例阀⑷的开度控制液压油的流量,从而控制马达手柄(61)转动, 角度传感器⑵根据马达手柄(61)的角度变化向PLC控制箱(2)发出新的角度反馈信号,PLC 控制箱(2)重新归一化处理得到新的反馈信号输入值X的值,此时控制信号输入值w的值不 变,然后将控制信号输入值w的值和新的反馈信号输入值X的值带入第三步的公式进行计算 得到新的计算比例阀输出控制量y,新的比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比 例信号输出端(22)输出至比例信号控制端(41),比例阀⑷根据接收到的信号调整比例阀 ⑷的开度;重复上述反馈调节过程,直到PLC控制箱(2)接收到的反馈信号归一化处理后得 至IJ的反馈信号输入值X与控制信号输入值w相等时,y = 0,比例阀⑷关闭,此时拖缆机⑶的 放缆或收缆操作完成。
4.根据权利要求3所述的一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法,其特征 在于: 所述控制方法还包括: 第五步:停机归位,当电控手柄(1)扳回到中间位置时,PLC控制箱(2)的控制信号输入 值w的值为0,PLC控制箱(2)的开关信号输出端(24)跳变到低电位,开关信号控制端(31)失 电,控制开关阀(3)关闭,同时比例阀输出控制量y强制归零,比例阀(4)关闭,此时油路关 闭,马达手柄(61)快速回中间位置。
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