CN108273952B - 一种多缸同步的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种多缸同步的控制方法，首先根据工艺要求，对各轴进行曲线规划，通过位置跟踪算法保证各轴良好的跟踪性能，根据实际各轴跟踪性能的优劣，实时确定最优主轴，基于最优主轴对各从轴进行同步补偿，最终实现各轴同步运行。本发明通过实时选取最优主轴，取代传统固定主轴的形式，同时利用主从轴间的偏差，不仅对从轴位置指令进行修正，同时对控制器端也进行了同步补偿。解决了主从同步控制中因主轴选择不当导致的从轴跟踪性能下降，同步性能受限，从轴滞后主轴等缺点，具有结构简单，易调试的优点，工程应用价值明显。

Description

一种多缸同步的控制方法

技术领域

本发明属于锻压制造技术领域，涉及锻压设备的同步系统，为一种多缸同步的控制方法。

背景技术

在锻压制造领域中，随着成型件精度及复杂度的提升，对锻压设备中的同步系统提出了越来越高的要求，针对多缸同步压制或多缸调平系统等，如何克服各缸自身性能差异及偏载的影响，提高控制性能，保证产品质量，延长设备寿命，一直是锻压行业中同步控制策略研究的重点难点。

四角调平是多缸同步控制技术的典型应用，广泛用于玻璃钢制品等成型设备中，同时也是重型等温锻造压机的关键技术，直接影响到航空航天设备所需大型钛合金、高温合金锻件质量。目前，国内同步技术的研究也已取得了巨大的成果，针对多轴同步系统，不仅存在传统固定增益形式的主从，均值，交叉耦合等算法，也发展出基于自适应、神经网络等的智能同步算法，且在一定工况约束下，大大提高了同步性能及系统鲁棒性。

随着多缸同步性能要求的提升，传统的主从、均值控制已逐渐无法满足要求，而交叉耦合的研究又多仅针对于双轴，基于自适应、自抗扰等的智能算法或受限于苛刻工况或需要精确的数学模型，这在复杂系统中尤其困难，或对开发、调试能力有很高的要求，难以广泛推广。

发明内容

本发明要解决的问题是：锻压制造领域中，随着成型件精度及复杂度的提升，对多缸同步性能要求不断提升，现有控制方法或难以满足精度要求，或过于复杂难以实现。

本发明的技术方案为：一种多缸同步的控制方法，用于多缸同步系统，首先根据工艺要求，对各轴进行曲线规划，采用位置跟踪算法跟踪各轴，然后根据实际各轴跟踪性能的优劣，实时确定最优主轴，基于最优主轴对各从轴进行同步补偿，最终实现各轴同步运行。

本发明实现步骤如下：

a)针对工艺要求，对各轴进行曲线规划，产生位置指令CmdPos(i)，其中i为各轴轴号；

b)设计位置跟踪算法，保证各轴自身的位置跟踪性能，位置跟踪控制器输出记为UPout(i)；

c)根据各轴跟踪误差FolErr(i)实时选取跟踪误差绝对值最小的轴m为当前主轴，其它为当前从轴，FolErr(i)＝CmdPos(i)-ActPos(i)，ActPos(i)为第i轴实际位置反馈；

d)计算当前主轴与各从轴间偏差Offset(j)＝FolErr(j)-FolErr(m)，其中j表示当前从轴轴号，对各从轴位置指令进行修正：

CmdPos_修(j)＝CmdPos(j)+f(Offset(j))

CmdPos_修(j)将作为各从轴新的位置指令输入，用于更新位置跟踪控制器输出，同时，将Offset(j)用于对从轴控制器输出端的补偿：USout(j)＝g(Offset(j))，

其中f()函数表示从轴位置指令同步修正控制器，g()函数表示从轴同步补偿控制器；

e)得到主轴控制总输出为Uout(m)＝UPout(m)；各从轴控制总输出由位置跟踪控制器输出与同步补偿控制器输出合成所得Uout(j)＝UPout(j)+USout(j)。

本发明中所述的曲线规划，不局限于某单一方法，可包括S曲线，高阶曲线，样条曲线，可包括了由外部设备直接提供指令信号的形式等；位置跟踪算法一般采用传统PID反馈+速度加速度前馈+摩擦死区等补偿的形式，也可采用模糊控制、迭代学习等智能控制的方法；主从同步控制包括主轴对各从轴指令信号的修正，也包括了对从轴控制器输出端的同步补偿。

本发明所提出的一种多缸同步的控制方法，是对传统主从同步控制的一种优化，对主轴轴号进行实时判断与选择，不仅会对控制器输出端进行同步补偿，同时对指令输入端进行了可调修正，避免因主轴轴号选择不当，或运行过程中工况环境的变化，导致因同步调节使得从轴自身跟踪性能的下降，进而限制同步性能的进一步提升。

同时，该方法避免了当今流行的智能算法所带来的弊端，如苛刻的工况环境，或精确的数学模型，或较高的开发调试能力等，本发明具有控制结构简单，易于调试，不仅可实现良好的跟踪能力，同时保证了各轴间的高同步性。

本发明提出的一种多缸同步的控制方法，易于工程实现，具有明显的实际应用价值。

附图说明

图1为现有技术四角调平系统示意图。

图2为从轴位置曲线规划示意图。

图3为本发明主轴自调整主从同步控制框图。

图4为本发明主轴自调整主从同步控制执行流程图。

具体实施方式

本发明提出一种主轴自调整的主从同步控制方法，用于多缸同步系统，这里轴就是液压缸，本发明对传统主从同步控制进行了优化，避免了从轴滞后主轴的弊端，同时实时选择最优跟踪轴为当前主轴，通过主轴对各从轴的同步调节作用，实现在不影响各轴跟踪性能的同时，保证出色的同步性能。该发明控制结构简单，易于调试，具有明显的工程应用价值。

本发明具体实现步骤如下：

a)针对工艺要求，对各轴进行曲线规划，产生位置指令CmdPos(i)，其中i为各轴轴号；

b)设计位置跟踪算法，保证各轴自身的位置跟踪性能，位置跟踪控制器输出记为UPout(i)；

c)根据各轴跟踪误差FolErr(i)实时选取跟踪误差绝对值最小的轴m为当前主轴，其它为当前从轴，FolErr(i)＝CmdPos(i)-ActPos(i)，ActPos(i)为第i轴实际位置反馈；

d)计算当前主轴与各从轴间偏差Offset(j)＝FolErr(j)-FolErr(m)，其中j表示当前从轴轴号，对各从轴位置指令进行修正：

CmdPos_修(j)＝CmdPos(j)+f(Offset(j))

CmdPos_修(j)将作为各从轴新的位置指令输入，用于更新位置跟踪控制器输出，同时，将Offset(j)用于对从轴控制器输出端的补偿：USout(j)＝g(Offset(j))，

其中f()函数表示从轴位置指令同步修正控制器，g()函数表示从轴同步补偿控制器；

e)得到主轴控制总输出为Uout(m)＝UPout(m)；各从轴控制总输出由位置跟踪控制器输出与同步补偿控制器输出合成所得Uout(j)＝UPout(j)+USout(j)。

上述步骤(b)中位置跟踪算法为现有技术，因此未进行详述，一般采用IP反馈+前馈的形式，步骤(d)中同步控制器f()，g()一般采用传统PID的形式，在具体实施例中对其具体结构形式进行了描述。

本发明可用于多缸同步系统，以四角调平系统为例，参照附图，对本发明进一步描述。

图1为四角调平系统结构示意图，四个液压缸共同驱动一大工作台面，实现压制成型设备中液压缓冲垫的作用，即工件压制成型过程中，根据压机运行情况，对成型工件进行压制缓冲，通过四角调平，克服偏载等影响，起到提高产品质量，延长模具寿命的作用。

图2为主轴部分实际运行曲线示意图，要求各从轴以该位置指令曲线作为指令输入，记CmdPos。

图3为主轴自调整主从同步控制控制框图，实施例当前时刻主轴为第0号轴。

图4位主轴自调整主从同步控制算法执行流程图。

根据图4所示流程图，结合图3控制结构框图，对本发明进行具体描述。

实施例中各轴采用同一位置指令，即CmdPos(i)＝CmdPos，i＝0...3表示各轴标号，运行时间1S,目标位置为-1000cts，其中cts为脉冲单位。CmdPos实时数值由主压机设备提供，通过差分形式，获取指令速度CmdVel＝CmdPos-prevCmdPos，其中prevCmdPos为上一循环周期的指令位置值。

位置跟踪算法采用IP反馈+速度前馈的形式，图1所示4个液压缸实际位置标记为ActPos(i)，i＝0...3，相对应跟踪误差可表示为FolErr(i)＝CmdPos(i)-ActPos(i)，跟踪误差积分量为FolErrI'(i)＝FolErrI(i)+FolErr(i)，未引入同步修正时各缸位置指令信号为CmdPos(i)＝CmdPos，引入同步修正后会对该值进行更新，位置跟踪控制器输出为：

UPout(i)＝FolErr(i)*Kp(i)+FolErrI(i)*Ki(i)+CmdVel*Kvff(i)

其中Kp、Ki、Kvff分别为比例增益，积分增益和速度前馈增益。

计算FolErr(i)绝对值，取绝对值最小轴号m作为当前主轴，计算主轴同各从轴间偏差Offset(j)＝FolErr(j)-FolErr(m)，j表示从轴轴号，从轴位置指令修正控制器采用比例控制器，比例增益为Ksp1，更新各从轴指令位置：

CmdPos_修(j)＝CmdPos(j)+Offset(j)*Ksp1。

同步补偿控制器采用IP控制器，比例增益为Ksp2，积分增益为Ksi2，偏差积分量记OffsetI'(j)＝OffsetI(j)+Offset(j)，同步补偿控制器输出：

USout(j)＝Offset(j)*Ksp2(j)+OffsetI(j)*Ksi2(j)

得到主轴控制总输出为Uout(m)＝UPout(m)；各从轴控制总输出由位置跟踪控制器输出与同步补偿控制器输出合成所得Uout(j)＝UPout(j)+USout(j)。

综上所述，本发明所提出的一种主轴自调整的主从同步控制方法，通过UPout保证各轴的自身位置跟踪性能，通过USout保证各轴间的同步性能，最终保证系统良好跟踪性能的同时，提升系统同步纠偏能力。

Claims (2)

1.一种多缸同步的控制方法，用于多缸同步系统，其特征是首先根据工艺要求，对各轴进行曲线规划，采用位置跟踪算法跟踪各轴，然后根据实际各轴跟踪性能的优劣，实时确定最优主轴，基于最优主轴对各从轴进行同步补偿，最终实现各轴同步运行；

实现步骤如下：

a)针对工艺要求，对各轴进行曲线规划，产生位置指令CmdPos(i)，其中i为各轴轴号；

b)设计位置跟踪算法，保证各轴自身的位置跟踪性能，位置跟踪控制器输出记为UPout(i)；

c)根据各轴跟踪误差FolErr(i)实时选取跟踪误差绝对值最小的轴m为当前主轴，其它为当前从轴，FolErr(i)＝CmdPos(i)-ActPos(i)，ActPos(i)为第i轴实际位置反馈；

d)计算当前主轴与各从轴间偏差Offset(j)＝FolErr(j)-FolErr(m)，其中j表示当前从轴轴号，对各从轴位置指令进行修正：

CmdPos_修(j)＝CmdPos(j)+f(Offset(j))

CmdPos_修(j)将作为各从轴新的位置指令输入，用于更新位置跟踪控制器输出，同时，将Offset(j)用于对从轴控制器输出端的补偿：USout(j)＝g(Offset(j))，

其中f()函数表示从轴位置指令同步修正控制器，g()函数表示从轴同步补偿控制器；

e)得到主轴控制总输出为Uout(m)＝UPout(m)；各从轴控制总输出由位置跟踪控制器输出与同步补偿控制器输出合成所得Uout(j)＝UPout(j)+USout(j)。

2.根据权利要求1所述的一种多缸同步的控制方法，其特征是位置跟踪算法采用传统PID反馈+速度加速度前馈+摩擦死区进行补偿的形式，或采用模糊控制、迭代学习的智能控制方法。