CN106424227A - 一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，首先根据控制对象的曲率要求，确定所有作用点对应液压执行器的绝对伸长量；然后通过伺服电机驱动定位装置安全准确地运行至目标值误差范围内；接着通过调节液压换向阀控制各液压执行器对控制对象进行逐步成型或复原操作，同时通过相应的安全联锁控制逻辑对各操作步骤进行约束；最后，控制对象按要求完成成型与复原。采用本发明提供的方法可适用于采用液压缸作为执行器且通过伺服电机驱动定位装置进行精确定位的固定长度特种金属柔性板弯折控制系统，通过一体化控制方法，改变了现有金属板料弯折成型控制方式，突破了传统模具构型的局限，实现了控制对象的精确成型和安全复原。

Description

一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法

技术领域

本发明涉及金属板料折弯成型技术领域，特别涉及一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法。

背景技术

机械除了主功能，多数还具备控制功能、液压功能以及信息功能、动力功能等，将微电子技术应用到这些功能中，使得电子装置和机械装置有机结合，进而形成的系统即为机电液一体化。当前，机电液系统的综合应用已成为国内外研究的热点问题之一，并在其执行器形式和系统控制方式上都有了很大发展。

机电液一体化控制方法的不同应用领域有其自身特点，对于金属板料的折弯成型而言，一般采用液压弯折机在常温下通过模具将板料弯成各种型材或构件。但对于固定长度特种金属柔性板的成型与复原，则无法通过传统液压弯折机的控制方式实现：一是传统方式的控制对象有限，不能适用于跨度较大的金属板料；二是传统方式主要通过模具对金属板料进行构型，不能适用于固定长度的特种金属柔性板料任意构型要求；三是传统方式通常为一次成形且无需恢复原状，不能适用于特种金属柔性板的工况要求。

发明内容

本发明的目的在于针对传统金属板料折弯成型控制中存在的问题，提供一种适用于固定长度特种金属柔性板折弯成型与复原的机电液一体化控制方法。本发明通过在特种金属柔性板跨度范围内合理布置多个液压执行器的同时，采用伺服电机驱动定位装置进行精确定位，根据实际工况需要，协调油源控制系统对特种金属柔性板进行逐步成型与安全回零，在保证系统可靠运行的同时，实现多执行器对固定长度特种金属柔性板的精确控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，所述方法用于采用液压缸作为执行器的固定长度特种金属柔性板弯折控制系统，

所述控制系统包括：若干个液压缸和与之对应的伺服电机、每一个液压缸的执行器外设置有一个套筒、所述套筒上设置有接近开关，与开关对应的行程路径上设置有撞块，每一个液压缸执行器对应一个绝对值编码器；

所述控制方法包括以下具体步骤：

步骤一：首先，根据特种金属柔性板不同弯折型面的曲率要求，计算各作用点对应液压执行器(A₁、A₂…A_n，n≥2)的绝对伸长量(s₁、s₂…s_n)。

步骤二：然后，通过伺服电机驱动定位装置进行操作：根据液压执行器绝对伸长量与初始伸长量计算其初始差值δ_i(i＝1、2…n)，由初始差值的符号判定各伺服电机(M₁、M₂…M_n)的运行方向，并控制伺服电机按设定转速(ω₁,ω₂…ω_n)带动定位装置开始运行，当所有定位装置的实际位置与目标位置s_i间的差值Δ_i均在目标值误差范围[-ε，ε]内时，则表示全部到位。

在运行过程中，对液压执行器的到位接近开关(K₁、K₂…K_n)状态进行实时监测，若发现任一接近开关K_i显示到位，则停止电机运行并输出M_i超力矩信息；对定位装置的实际位置进行实时监测，若发现任一超出行程设定范围[L_-，L₊]，则停止电机运行并输出M_i超行程信息；对定位装置的编码器反馈E_i进行实时监测，若发现任一E_i超出编码器理论值范围[S_-，S₊]，则停止电机运行并输出M_i编码器错误信息；对定位装置的实际位置与目标位置差值Δ_i进行实时计算，若发现任一Δ_i与δ_i的符号相反，则停止电机运行并输出M_i运行方向错误信息。

步骤三：再然后，通过计算机调节液压执行器油路换向阀控制各执行器对特种金属柔性板进行逐步成型或回零操作：成型操作时，先向油源控制系统发送“次级压力请求”指令，当油源反馈压力P_o保持在次级压力波动范围[P_l-ζ，P_l+ζ]内，调节液压执行器油路换向阀至“成型”状态，直至所有液压执行器到位接近开关均显示到位，再向油源控制系统发送“工作压力请求”指令，当液压执行器反馈压力P_c保持在工作压力波动范围[P_h-ζ，P_h+ζ]内，则表示特种金属柔性板成型就绪；逐步回零操作时，先向油源控制系统发送“次级压力请求”指令，当油源反馈压力P_o保持在次级压力波动范围[P_l-ζ，P_l+ζ]内，调节液压执行器油路换向阀至“回零”状态，直至所有液压执行器到位接近开关均显示未到位且液压执行器反馈压力P_c保持在零压波动范围[0，ζ]内,则表示特种金属柔性板回零完成。

步骤四：最后，伺服电机驱动定位装置以及特种金属柔性板的逐步成型或回零均可根据实际工况需要按步骤进行操作，同时通过相应的安全连锁控制逻辑进行约束。

步骤一中所述的A₁、A₂…A_n分别代表不同液压执行器的编号，n代表执行器总数(n≥2)。

步骤一中所述的液压执行器的绝对伸长量s₁、s₂…s_n为特种金属柔性板不同弯折曲率对应各作用点的位置参数。

步骤二中所述的定位装置的初始差值δ_i(i＝1、2…n)为液压执行器的绝对伸长量与初始初始伸长量间的差值：δ_i＝s_i-s_i'。

步骤二中所述的M₁、M₂…M_n分别代表不同伺服电机的编号。

步骤二中所述的ω₁,ω₂…ω_n分别代表不同伺服电机的转速。

步骤二中所述的定位装置的实际位置(i＝1、2…n)为各定位装置运行过程中的当前位置。

步骤二中所述的定位装置的实际差值Δ_i(i＝1、2…n)为定位装置的目标位置与实际位置间的差值：

步骤二中所述的K_i(i＝1、2…n)代表不同液压执行器的到位接近开关的编号。

步骤二中所述的ε代表定位装置的实际差值所要求达到的量值，单位为mm。

步骤二中所述的L_-与L₊分别代表设定的定位装置行程下限值和上限值，单位为mm。

步骤二中所述的S_-与S₊分别代表定位装置的编码器理论下限值和上限值。

步骤三中所述的逐步成型操作与逐步回零操作分别表示对特种金属柔性板料的弯折成型和复原。

步骤三中所述的P_l与P_h分别代表“次级压力请求”和“工作压力请求”所要求的油源压力值，单位为MPa。

步骤三中所述的ζ代表油源压力所允许的波动幅值，单位为MPa。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过在金属柔性板背面横向布置多个液压执行器进行调节，改变了传统液压弯折机对金属板料的控制方式，使其能适用于大跨度特种金属柔性板在不同曲率要求下的弯折成型；

本发明基于特种金属柔性板不同弯折曲率对应作用点的位置参数，采用伺服电机驱动定位装置进行精确定位，突破了传统模具构型的局限，在保证固定长度特种金属柔性板成型精度的同时，提高了灵活性与可拓展性；

本发明通过设置一系列安全联锁控制逻辑对系统运行过程进行约束，在使特种金属柔性板具有良好成型质量的同时，也保证了特种金属柔性板的安全复原。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为与本发明相关的执行机构结构示意图；

图2为本发明的机电液一体化控制方法流程图。

具体实施方式

图1为与本发明相关的执行机构结构示意图，如图1所示，该执行机构由定位装置部分和液压执行器部分组成。定位装置部分的伺服电机通过蜗轮蜗杆带动丝杠转动，进而推动与之连接的螺母沿轴向上下运动，螺母外接一撞块，丝杠顶端通过连接轴与一绝对编码器相连；液压执行器部分的液压油缸带动套筒同步运动，底端与特种金属板料相连，套筒下端外连一接近开关，当其与撞块接触时连通，表示液压执行器运行到位。

图2为本发明的机电液一体化控制方法流程图，如图2所示，步骤101为初始动作。步骤102根据特种金属柔性板不同弯折型面的曲率要求，确定所有液压执行器(A₁、A₂…A_n，n≥2)对应定位装置的绝对伸长量(s₁、s₂…s_n)。

然后转入伺服电机驱动定位装置操作，先通过步骤103计算各定位装置绝对伸长量置s_i与初始伸长量s_i'间的初始差值δ₁、δ₂…δ_n(δ_i＝s_i-s_i'，i＝1、2…n)，并由差值符号在步骤104中对伺服电机(M₁、M₂…M_n)的运行方向进行判定，接着通过步骤105和步骤106控制伺服电机按设定转速ω₁,ω₂…ω_n开始运行。在步骤107中，对所有液压执行器接近开关K_i的状态进行判断，若接通，则在步骤A01中停止相应电机运行并输出M_i超力矩信息；若断开，则转入下一步。在步骤108中，对所有定位装置的实际位置进行判断，若超出设定行程范围[L_-，L₊]，则在步骤A02中停止相应电机运行并输出M_i超行程信息；若正常，则转入下一步。在步骤109中，对所有位装置的编码器反馈E_i进行判断，若超出编码器理论值范围[S_-，S₊]，则在步骤A03中停止相应电机运行并输出M_i编码器错误信息；若正常，则转入下一步。在步骤110中，计算所有定位装置的实际位置与目标位置差值Δ_i，并在步骤111中对Δ_i与δ_i的符号进行判断，若不同，则在步骤A04中停止相应电机运行，并输出输出M_i运行方向错误信息；若相同，则转入下一步。在步骤112中对所有定位装置位置差值Δ_i是否处于目标值误差范围[-ε，ε]内进行判断，若为否，则回至步骤106；若为是，则转入步骤113，输出相应的M_i到位指示信息。在步骤114中对所有定位装置是否均到位进行判断，若为否，则回至步骤106；若为是，则转入下一步。

如需进行液压执行器成型操作，则在步骤201中向油源控制系统发送“次级压力请求”指令，然后通过步骤202对油源反馈压力P_o是否保持在次级压力波动范围[P_l-ζ，P_l+ζ]内进行判断，若为否，则回至步骤201；若为是，则转入下一步。在步骤203中调节液压执行器油路换向阀至“成型”状态，然后当任一液压执行器到位接近开关接通时，就会在步骤204中输出相应的到位指示信息。在步骤205中对所有液压执行器是否均到位进行判断，若为否，则回至步骤203；若为是，则转至下一步。在步骤206中向油源控制系统发送“工作压力请求”指令，然后通过步骤207对油源反馈压力P_o是否保持在工作压力波动范围[P_h-ζ，P_h+ζ]内进行判断，若为否，则回至步骤206；若为是，则转至下一步。在步骤209中，对液压执行器反馈压力P_c是否保持在工作压力波动范围[P_h-ζ，P_h+ζ]内进行判断，若为否，则回至步骤208；若为是，则在步骤210中输出柔性板成型就绪信息。步骤115为停止阶段，系统停止运行。

如需进行液压执行器回零操作，则在步骤301中向油源控制系统发送“次级压力请求”指令，然后通过步骤302对油源反馈压力P_o是否保持在次级压力波动范围[P_l-ζ，P_l+ζ]内进行判断，若为否，则回至步骤301；若为是，则转入下一步。在步骤303中调节液压执行器油路换向阀至“回零”状态，然后当任一液压执行器到位接近开关断开时，就会在步骤304中输出相应的未到位指示信息。在步骤205中对所有液压执行器是否均未到位进行判断，若为否，则回至步骤303；若为是，则转至下一步。在步骤307中，对液压执行器反馈压力P_c是否保持在零压波动范围[0，ζ]内进行判断，若为否，则回至步骤306；若为是，则在步骤308中输出柔性板回零就绪信息。步骤115为停止阶段，系统停止运行。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，其特征在于所述方法用于采用液压缸作为执行器的固定长度特种金属柔性板弯折控制系统，

所述控制系统包括：若干个液压缸和与之对应的伺服电机、每一个液压缸的执行器外设置有一个套筒、所述套筒上设置有接近开关，与开关对应的行程路径上设置有撞块，每一个液压缸执行器对应一个绝对值编码器；

所述控制方法包括以下具体步骤：

步骤一：首先，根据特种金属柔性板不同弯折型面的曲率要求，计算各作用点对应液压执行器的绝对伸长量；

步骤二：然后，通过伺服电机驱动定位装置进行操作：根据液压执行器绝对伸长量与初始伸长量计算其初始差值，由差值符号判定各伺服电机的运行方向，并控制伺服电机按设定转速带动定位装置开始运行，当所有定位装置的实际位置与目标位置的差值均在目标值误差范围内时，则表示全部到位；

步骤三：通过计算机调节液压执行器油路换向阀控制各执行器对金属柔性板进行逐步成型或回零操作；

步骤四：最后，伺服电机驱动定位装置以及金属柔性板的逐步成型或回零均可根据实际工况需要按步骤进行操作，同时通过相应的安全连锁控制逻辑进行约束。

2.根据权利要求1所述的一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，其特征在于：在步骤二的运行过程中，对液压执行器的到位接近开关进行实时监测，若发现任一接近开关显示到位，则停止电机运行并输出超力矩信息；对定位装置的实际位置进行实时监测，若发现任一实际位置超出行程设定范围，则停止电机运行并输出超行程信息；对定位装置的编码器反馈进行实时监测，若发现任一编码器反馈超出编码器理论值范围，则停止电机运行并输出编码器错误信息；对定位装置的实际位置与目标位置差值进行实时计算，若发现任一目标位置差值与初始差值的符号相反，则停止电机运行并输出运行方向错误信息。

3.根据权利要求2所述的一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，其特征在于：所述的定位装置均由伺服电机驱动，并根据液压执行器绝对伸长量与初始伸长量对其方向与转速进行调节。

4.根据权利要求2所述的一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，其特征在于：运行过程中液压执行器到位接近开关监测、定位装置行程限制、编码器反馈错误判定、差值符号实时比对安全联锁控制逻辑。

5.根据权利要求1所述的一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，其特征在于：在步骤三中的逐步成型操作时，先自动向控制系统发送“次级压力请求”指令，当液压反馈压力保持在次级压力波动范围内，自动调节液压执行器油路换向阀至“成型”状态，直至所有液压执行器到位接近开关均显示到位，再自动向控制系统发送“工作压力请求”指令，当液压执行器反馈压力保持在工作压力波动范围内，则表示特种金属柔性板成型就绪。

6.根据权利要求1所述的一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，其特征在于：在步骤三中逐步回零操作时，先自动向控制系统发送“次级压力请求”指令，当液压反馈压力保持在次级压力波动范围内，自动调节液压执行器油路换向阀至“回零”状态，直至所有液压执行器到位接近开关均显示未到位且液压执行器反馈压力保持在零压波动范围内,则表示特种金属柔性板回零完成。

7.根据权利要求5或6所述的一种针对多执行器系统的机电液一体化控制方法，其特征在于：在逐步成型操作或逐步回零操作过程中与控制系统的信息交互，以及对特种金属柔性板成型就绪与回零就绪的判定。