CN106292761A - 一种陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法，包括以下步骤：步骤1：通过开环激励的方式，启动上模，进行排气上升；步骤2：通过速度-位移闭环控制方式，控制上模的上升距离；步骤3：计时排气停留时间，并对上模的位置值进行采样和存储；当停留计时完毕时，执行步骤4；步骤4：排气下降阀开启，分析排气上升过程位移数据的单调性及拐点，判断上升结束时刻；步骤5：对排气下降的速度拐点进行分析；步骤6：判断上模的实时速度和速度曲线情况是否符合排气下降结束的拐点特性，如是，则结束排气并结束本方法；如否，跳转步骤4。本发明还涉及一种用于实现上述控制方法的装置。

Description

一种陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别是一种陶瓷粉料液压制动压制机排气的控制方法。本发明还涉及一种用于实现上述方法的装置。

背景技术

现有的陶瓷粉料压制动作流程包括：首次压制→排气→第二次压制(可选)→排气(可选)→最终压制。其中排气是陶瓷粉料压制现阶段生产中一个非常重要且不可缺少的工序，其功用是使滞留在粉料内的气体得以逃逸，避免由于空气存在导致粉料颗粒间而不能粘合，造成坯体最终成型的分层，使坯体报废。排气分为3个步骤，分别为排气上升、排气停留和排气下降。

请参阅图1，其为现有技术的液压压砖机的结构示意图。所述液压压砖机包括主油缸1、设置在主油缸1下方的主活塞2、设置在主活塞2下方的上模4、用于检测上模位移的上模位移传感器3、设置在上模4下方的下模6和液压系统；所述液压系统包括排气上升阀系统7和排气下降阀系统8。其中，所述下模6中装有待压制的粉料5。

具体的，所述上模4与主活塞2刚性联接，当主活塞2升降时，上模4亦同时升降。执行首次压制之后，液压油经排气上升阀系统进入由主油缸1和主活塞2组成的活塞杆腔，活塞腔回油，主活塞上升一个小位移量，形成排气上升。排气上升过程中粉料内的空气得以逃逸。排气停留时活塞杆腔停止进油，活塞腔停止回油，主活塞停止在半空中，让粉料内的空气排出更充分。排气下降时活塞杆腔回油，活塞腔进油，主活塞向下运动，准备下一次加压。

在实际的排气控制中遇到如下问题：由于执行器的惯性大，液压介质传动刚度低。控制系统向排气上升阀发送输出指令，要过一个滞后时间主活塞才发生位移。且由于排气上升位移量通常都非常小，譬如2mm，而执行器的质量相对较大，譬如9t。综合滞后环节以及小位移因素，直接使用闭环控制方式会导致排气上升发生较为严重的上升运动超调和振荡。

此外，由于主油缸的活塞腔和活塞杆腔面积比悬殊过大(可达30：1)，主活塞杆腔和活塞腔无法使用一个多位阀来控制两个容腔的油液进出，目前主要使用比例阀来控制活塞杆腔的油液进出。所以当主活塞上升超调时，不能通过向控制阀输出反向指令来加强刹车特性，只能依靠重力和运动摩擦力来遏制主活塞的向上超调行程量。

在砖坯的成型方面，由于被施加在其上的压制力释放，在排气阶段砖坯会发生膨胀，导致的结果是排气阶段上模离开坯体后，砖坯与上模的接触面——亦即下一次压制的开始压制位置会向上弹起一个的高度。譬如上模排气上升了2mm，在排气上升和停留期间，砖坯膨胀回弹一个高度，假设0.5mm，那么下一次压制的开始压制位置不再是排气上升开始时刻的0mm，而是0.5mm，亦即排气下降行程是1.5mm而不是2mm。不同的粉料由于不同的压缩特性，其回弹高度也不一样，故不能按照一个定值来计算下一次的开始加压位置。

现有技术提供的排气有两种控制方式，一种是位移控制方式，一种是时间控制方式。请参阅图2，其为现有技术的排气控制方法的步骤流程图。操作人员根据经验设定排气上升高度或者上升时间。和排气下降位移或排气下降时间。

其中，采用位移控制方式来控制排气上升会出现上模位移超调。采用时间控制方式来控制上模排气上升则需要依赖操作人员对设备的了解程度，譬如操作人员根据摸索和实验了解到该设备300ms的排气上升时间对应的的排气上升高度是1.5mm，200ms对应的是0.9mm等等。

排气下降时，则需要操作者了解坯体的回弹特性，设定合理的下降位移或者下降时间，当下降时间下或降位移设置过短时，会导致排气下降动作不充分而直接进入加压环节，出现活塞在半空开始加压——即上模尚未下降到与砖坯的接触位置，距离加压位置有一个位移的情况下开始加压。半空加压以高于正常的排气下降速度冲击粉料，使待压制坯体和活塞均受到损害。当下降时间或者下降位移设置过长时，则会导致排气下降动作占用过长的生产时间，影响生产率。

发明内容

本发明在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种排气上升时不超调，排气下降时既不会出现半空加压也不会出现等待的方法。

本发明是通过以下的技术方案实现的：一种陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过开环激励的方式，启动上模，进行排气上升；

步骤2：通过速度-位移闭环控制方式，控制上模的上升距离；

步骤3：计时排气停留时间，并对上模的位置值进行采样和存储；当停留计时完毕时，执行步骤4；

步骤4：排气下降阀开启，分析排气上升过程位移数据的单调性及拐点，判断上升结束时刻；

步骤5：对排气下降的速度拐点进行分析；

步骤6：判断上模的实时速度和速度曲线情况是否符合排气下降结束的拐点特性，如是，则结束排气并结束本方法；如否，跳转步骤4。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1中包括以下步骤：

步骤11：读取上模的实时位置值和设定排气上升速度；

步骤12：向控制上模升降的比例阀输出一个定开度指令；

步骤13：判断上模速度是否为零，当检测到上模速度大于零值时，结束开环激励，跳转步骤2。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2包括以下步骤：

步骤21：计算刹车开始点的位置和速度，以该位置和速度作为闭环目标量；

步骤22：判断刹车距离是否小于排气上升总行程；若是，则执行步骤3；若否，则返回步骤21，重新计算出刹车距离小于上升总行程对应的排气上升速度。

作为本发明的进一步改进，所述步骤4包括以下步骤：

步骤41：开启排气下降阀；

步骤42：判断当前位置是否比排气上升的起始点低，如是则直接结束本方法；如否，则执行步骤43；

步骤43：对存储的位置数据进行上升位移拐点分析；判断是否出现了上升位移拐点，如是，计算出排气上升结束时的实际位置与设定的排气上升目标位置的误差值H_Erro，跳转步骤5；如未出现上升位移拐点，跳转步骤42。

作为本发明的进一步改进，所述步骤5中包括以下步骤：

步骤51：位移上升数据拐点出现后，将采样到的历史位移值和实时位移值组合成一个下降位移数据组合，并将上升位移数据拐点出现以后的历史下降速度值和实时速度值组合成一个下降速度数据组合，执行步骤52；

步骤52：对位移数据组合和速度数据组合进行拐点分析；

如果速度数据呈现单调性后瞬间为零，则此时上模抵达了坯体接触面；

如果速度数据呈现单调递增后出现拐点，再单调递减至零，则上模排气下降至下一次的开始加压位置；

如果速度拐点未出现上述的两种情况，则说明上模尚未抵达下一次加压位置。

本发明还提供了一种用于实现上述方法的陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制装置，包括开环激励模块、速度-位移闭环模块、排气上升运动分析模块、排气下降运动分析模块；

所述开环激励模块用于使上模从静止状态向临界运动状态过渡；

所述速度-位移闭环模块用于控制上模执行器按照指定的速度和位移排气上升，并且实时计算出刹车距离；

所述排气上升运动分析模块用于判断上模执行器是否上升到最高点，并计算出位移误差；

所述排气下降运动分析模块用于判断排气下降是否结束，根据运动位移和速度数据组合的单调性和拐点，自动关闭排气下降阀。

相比于现有技术，本发明可以避免大惯性执行器、低刚度传动系统的运动超调，使设备的排气动作运行更精确；

进一步，在准确控制排气下降耗时，可以避免排气下降时间不足而出现的半空加压导致的设备、坯体冲击，也避免排气时间过长而导致的生产率下降，从而降低设备对操作人员主观能动性的依赖。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是现有技术的陶瓷粉料液压压砖机的结构示意图。

图2是现有技术的排气控制方法的步骤流程图。

图3是本发明的陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明的陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法的步骤流程图。本发明的陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过开环激励的方式，启动上模，进行排气上升。

具体的，所述步骤1中包括以下步骤：

步骤11：读取上模的实时位置值和设定排气上升速度；在本实施例中，控制系统通过模数转换元件读取上模的实时位置值，通过人机交互界面读取操作人员设定的排气上升速度。

步骤12：向控制上模升降的比例阀输出一个定开度指令；通过输入指令，使上模传动系统从初始状态向运动状态转换。由于上模的初始状态是静止，速度为0，输出一个定开度指令是开环激励。目的是避免在在静止状态下直接使用闭环控制低刚度大惯性系统而出现的输出指令大幅调整现象和随后的指令振荡现象。

步骤13：判断上模速度是否为零，当检测到上模速度大于零值时，结束开环激励，跳转步骤2。如果速度依然为零，说明液压传动系统仍然处于开阀、压缩油液以及克服执行器惯性的滞后环节。

步骤2：通过速度-位移闭环控制方式，控制上模的上升距离；

具体的，所述步骤2包括以下步骤：

步骤21：计算刹车开始点的位置和速度，以该位置和速度作为闭环目标量；

步骤22：判断刹车距离是否小于排气上升总行程；若是，则执行步骤3；若否，则返回步骤21，重新计算出刹车距离小于上升总行程对应的排气上升速度。

具体的，在本实施例中，通过读取上模的实时位移，并通过微分方式计算获得上模的实时速度。根据能量守恒定律，计算出实时速度对应的刹车距离H_Theory。当实时速度变化，其对应的理论刹车距离H_Theory也发生变化。算出当前位置与排气上升目标位置的差值——排气上升剩余距离H_Remian＝Pos_Target-Pos_Real。判断理论刹车距离H_Theory与排气上升剩余距离H_Remian的关系。如果H_Theory>＝H_Remian+H_Erro，则关闭排气上升阀，跳转步骤3，否则继续开启排气上升阀，执行步骤21。

本步骤中，因为上模排气上升阀关闭以后，只能依靠自重和摩擦力使上模停止。故在关闭上升阀以后，重力和摩擦力是使上模停下来的力，根据能量守恒定律：

可知，刹车距离 $h=\frac{{\mathrm{mv}}^2}{2(\mathrm{mg}+f)}$

式中

m-上模质量，已知量；

v-上模实时速度，有控制系统通过对当前位移的微分计算获取。

g-重力加速度，已知量；

f-摩擦力，可通过实验获取，属于已知量；

h-理论刹车距离，即上述的H_Theory。

此外，H_Erro是排气上升结束后的实际位置与设定的排气上升目标位置的误差值，其初始值为0。当多次排气后出现实际位置和设定位置的误差，H_Erro由零值变为非零值。

本步骤的目的在于利用能量守恒定律，判计算出排气上升运动的理论刹车距离H_Theory，一旦上模的事实位置距离目标位置的剩余距离H_Remian小于等于理论刹车距离H_Theory，即排气上升阀关闭，进入上模自重和摩擦力刹车阶段的排气上升。

步骤3：计时排气停留时间，并对上模的位置值进行采样和存储；当停留计时完毕时，执行步骤4。

在本步骤中，对上模位移进行采样和存储是为了后续进行位置拐点分析和速度拐点分析提供历史数据。

步骤4：排气下降阀开启，分析排气上升过程位移数据的单调性及拐点，判断上升结束时刻。

具体的，所述步骤4包括以下步骤：

步骤41：开启排气下降阀；

步骤42：判断当前位置是否比排气上升的起始点低，如是则直接结束本方法；如否，则执行步骤43；

步骤43：对存储的位置数据进行上升位移拐点分析；判断是否出现了上升位移拐点，如是，说明上模已经上升到最高点，计算出排气上升结束时的实际位置与设定的排气上升目标位置的误差值H_Erro，跳转步骤5；如未出现上升位移拐点，说明上模还在上升阶段，跳转步骤42。

在本步骤中，上升位移拐点分析，是指将采样到的历史位移值和实时位移值组合成一个位移数据组合，对这位移数据组合进行拐点分析。在上升阶段，位移值随时间的递增呈现单调递增性，上模上升至最高点时，位移值随时间的单调递增性消失，消失时刻即为位移上升的数据拐点。

计算出排气上升的运动位置误差H_Erro用于补偿到下一次排气上升的关阀时刻位置点中去。

此步骤的目的在于虽然在步骤22中的上升阀指令已经停止输出，但由于大惯性缘故，上模依然保持上升的速度。对上模的位移做位置拐点分析以便于判断上模是否抵达排气上升最高点。

步骤5：对排气下降的速度拐点进行分析；

具体的，所述步骤5中包括以下步骤：

步骤51：位移上升数据拐点出现后，将采样到的历史位移值和实时位移值组合成一个下降位移数据组合，并将上升位移数据拐点出现以后的历史下降速度值和实时速度值组合成一个下降速度数据组合，执行步骤52；

步骤52：对位移数据组合和速度数据组合进行拐点分析；

如果速度数据呈现单调性后瞬间为零，则此时上模抵达了坯体接触面；

如果速度数据呈现单调递增后出现拐点，再单调递减至零，则上模排气下降至下一次的开始加压位置；

如果速度拐点未出现上述的两种情况，则说明上模尚未抵达下一次加压位置。

在本步骤中，当速度数据呈现单调性后瞬间为零，说明下降突然停止，由一个非零值瞬间变为零值，说明上模已经抵达了坯体接触面，被坯体支撑而速度为零。或者如果速度数据呈现单调递增后出现拐点，再单调递减至零。则说明上模排气下降至下一次的开始加压位置。上述两种情况均表明上模下降到了加压位置。

如果速度拐点未出现上述的两种情况，则说明上模尚未抵达下一次加压位置。

此步骤中，利用速度数据拐点进行排气下降终止判断条件而不是瞬时速度为零作为排气下降的判断条件，是由于上模惯性大。实际上的上模排气上升终止可能出现在排气停留阶段，也可能出现在排气下降阀开启阶段，其具有不确定性。在设定的停留时间段或下降阀开启阶段内上模由上升运动转换为下降运动的时刻，其速度为零。而下降结束时刻速度也为零，如用瞬时速度为零进行判断，无法甄别两者。但其速度数据呈现单调性。故当上升数据拐点出现且速度数据呈现单调性时，表明此刻上模由上升运动转换为下降运动。

步骤6：判断上模的实时速度和速度曲线情况是否符合排气下降结束的拐点特性，如是，则结束排气并结束本方法；如否，跳转步骤4。

本发明还涉及一种用于实现上述方法的装置，其包括：开环激励模块、速度-位移闭环模块、排气上升运动分析模块、排气下降运动分析模块。

其中，所述开环激励模块用于克服上模执行器的惯性，压缩液压传动油液，使系统从静止状态向临界运动状态过渡；

所述速度-位移闭环模块用于控制上模执行器按照指定的速度和位移排气上升，并且实时计算出刹车距离，当上模执行器抵达刹车点时指令激励结束，剩余刹车距离内依靠执行器自重、摩擦力等外力来停车；

所述排气上升运动分析模块用于判断上模执行器是否上升到最高点，并计算出位移误差，该误差用于下一次排气上升补偿。

所述排气下降运动分析模块用于判断排气下降是否结束，根据运动位移和速度数据组合的单调性和拐点，自动关闭排气下降阀。

相比于现有技术，本发明可以避免大惯性执行器、低刚度传动系统的运动超调，使设备的排气动作运行更精确；

进一步，在准确控制排气下降耗时，可以避免排气下降时间不足而出现的半空加压导致的设备、坯体冲击，也避免排气时间过长而导致的生产率下降，从而降低设备对操作人员主观能动性的依赖。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (6)

1.一种陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过开环激励的方式，启动上模，进行排气上升；

步骤2：通过速度-位移闭环控制方式，控制上模的上升距离；

步骤3：计时排气停留时间，并对上模的位置值进行采样和存储；当停留计时完毕时，执行步骤4；

步骤4：排气下降阀开启，分析排气上升过程位移数据的单调性及拐点，判断上升结束时刻；

步骤5：对排气下降的速度拐点进行分析；

步骤6：判断上模的实时速度和速度曲线情况是否符合排气下降结束的拐点特性，如是，则结束排气并结束本方法；如否，跳转步骤4。

2.根据权利要求1所述陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法，其特征在于：所述步骤1中包括以下步骤：

步骤11：读取上模的实时位置值和设定排气上升速度；

步骤12：向控制上模升降的比例阀输出一个定开度指令；

步骤13：判断上模速度是否为零，当检测到上模速度大于零值时，结束开环激励，跳转步骤2。

3.根据权利要求2所述陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：

步骤21：计算刹车开始点的位置和速度，以该位置和速度作为闭环目标量；

步骤22：判断刹车距离是否小于排气上升总行程；若是，则执行步骤3；若否，则返回步骤21，重新计算出刹车距离小于上升总行程对应的排气上升速度。

4.根据权利要求3所述陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：

步骤41：开启排气下降阀；

步骤42：判断当前位置是否比排气上升的起始点低，如是则直接结束本方法；如否，则执行步骤43；

步骤43：对存储的位置数据进行上升位移拐点分析；判断是否出现了上升位移拐点，如是，计算出排气上升结束时的实际位置与设定的排气上升目标位置的误差值H_Erro，跳转步骤5；如未出现上升位移拐点，跳转步骤42。

5.根据权利要求4所述陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制方法，其特征在于：所述步骤5中包括以下步骤：

步骤51：位移上升数据拐点出现后，将采样到的历史位移值和实时位移值组合成一个下降位移数据组合，并将上升位移数据拐点出现以后的历史下降速度值和实时速度值组合成一个下降速度数据组合，执行步骤52；

步骤52：对位移数据组合和速度数据组合进行拐点分析；

如果速度数据呈现单调性后瞬间为零，则此时上模抵达了坯体接触面；

如果速度数据呈现单调递增后出现拐点，再单调递减至零，则上模排气下降至下一次的开始加压位置；

如果速度拐点未出现上述的两种情况，则说明上模尚未抵达下一次加压位置。

6.一种陶瓷粉料液压自动压制机排气的控制装置，其特征在于：包括开环激励模块、速度-位移闭环模块、排气上升运动分析模块、排气下降运动分析模块；

所述开环激励模块用于使上模从静止状态向临界运动状态过渡；

所述速度-位移闭环模块用于控制上模执行器按照指定的速度和位移排气上升，并且实时计算出刹车距离；

所述排气上升运动分析模块用于判断上模执行器是否上升到最高点，并计算出位移误差；

所述排气下降运动分析模块用于判断排气下降是否结束，根据运动位移和速度数据组合的单调性和拐点，自动关闭排气下降阀。