CN108453239B - 实时闭环控制油缸压射控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时闭环控制油缸压射控制系统及方法，系统包括控制器及通过管路连接的蓄能器和压射油缸，蓄能器出口与压射油缸入口的管路上连接有入口比例节流阀，压射油缸的出口连接有出口比例节流阀；蓄能器连接有蓄能器充气压力传感器，入口比例节流阀和压射油缸入口的管路上连接有入口压力传感器，出口比例节流阀和压射油缸出口的管路上连接有出口压力传感器；蓄能器充气压力传感器、入口压力传感器、出口压力传感器分别与控制器电连接。本发明减少了压射油缸入口由于蓄能器放能瞬间的冲击，有效调和了入口比例节流阀和出口比例节流阀的配合问题；出口比例节流阀启动时的开度控制，使油缸出口能平稳建压，进入实时闭环控制。

Description

实时闭环控制油缸压射控制系统及方法

技术领域

本发明涉及油缸控制技术领域，尤其涉及一种实时闭环控制油缸压射控制系统及方法。

背景技术

压铸机压射过程中实现对速度的实时连续闭环控制，到达对任意压射速度曲线的快速平稳跟踪，会给压铸产品的生产带来众多的应用优势：1、每次压射过程尽可能接近预设的工艺参数，可以根据铸件的需要，灵活的调整工艺参数；2、能迅速有效地补偿外部干扰对整个系统的影响，使压铸生产更加可靠、稳定；3、压射系统满足复杂的工艺曲线要求，并降低熔液卷气可能，产品质量大大提高；4、压射速度可控，还可提高模具和机器寿命，降低能耗。

实时闭环控制压铸机是一套复杂的液压和电控系统，但是成本高，技术难度大。常规压铸工艺会将压射过程根据速度分为慢速-快速-刹车阶段，而程序算法控制中慢速之前还有一个建压阶段，如何控制好建压，并平稳过渡到慢速，对压射质量及程序控制都十分重要。

现有的实时闭环控制压铸机一般都配置入口和出口双比例节流阀，其中做前馈和闭环控制的主要对象为出口节流比例阀，但存在的难点在于如何实现启动到慢速的平稳、智能过渡，减少熔液卷气等问题。压射启动时，入口比例阀按一定斜率打开，打开慢了会影响蓄能器放能速度，打开快了蓄能器放能瞬间冲击较大。而出口比例阀，若打开过晚或过小，油缸背压较大，比例阀压差太大，一旦切换到慢速，速度无法平稳过渡；若打开过早或者过大，油缸前腔背压太小，影响实时算法控制，同时入口的冲击也无法避免。

发明内容

本发明提出一种实时闭环控制油缸压射控制系统及方法以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明实施例的第一方面，提供了一种实时闭环控制油缸压射控制系统，包括控制器及通过管路连接的蓄能器和压射油缸，所述蓄能器出口与压射油缸入口的管路上连接有入口比例节流阀，所述压射油缸的出口连接有出口比例节流阀；所述蓄能器连接有蓄能器充气压力传感器，所述入口比例节流阀和压射油缸入口的管路上连接有入口压力传感器，所述出口比例节流阀和压射油缸出口的管路上连接有出口压力传感器；所述蓄能器充气压力传感器、所述入口压力传感器、所述出口压力传感器分别与所述控制器电连接，控制器接收蓄能器充气压力传感器、入口压力传感器、出口压力传感器的压力检测数据并控制出口比例节流阀于入口比例节流阀启动之后延时启动。

作为优选，所述压射油缸连接有位移传感器，所述位移传感器与控制器电连接。

作为优选，所述入口比例节流阀和出口比例节流阀均为电液比例节流阀。

作为优选，所述蓄能器充气压力传感器、入口压力传感器和出口压力传感器均为隔膜压力传感器。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种实时闭环控制油缸压射控制控制方法，当压射油缸后退到底，蓄能器充液完成，压射条件满足启动压射后，包括如下步骤：

S1，分成至少两个阶段逐步开启入口比例节流阀：每个阶段具有对应的开启斜率，每个阶段按照该阶段的开启斜率使入口比例节流阀的开口到达预设开度后进入后一阶段，其中后一阶段的开启斜率大于或等于前一阶段的开启斜率；

S2，延时开启出口比例节流阀：开启入口比例节流阀的同时，延迟时间T后将出口比例节流阀的开口从死区值逐渐开启到开环经验值并保持，使压射油缸出口的实时油压压力P2增加，同时压射油缸向前移动；

S3，在入口比例节流阀和出口比例节流阀开启过程中，实时检测蓄能器充液完成后的油压压力P0和为压射油缸入口的实时油压压力P1并比较P1和K*P0的大小，其中K为预设的常数，当P1>=K*P0时，压射油缸建压过程完成，出口比例节流阀进入慢速实时闭环控制。

所述步骤S1中，分成第一阶段和第二阶段逐步开启入口比例节流阀，第一阶段开启斜率的取值范围为10%/S-50%/S，第二阶段开启斜率的取值范围为300%/S-1000%/S。

作为优选，所述步骤S1中，第一阶段预设开度的取值范围为5%-20%。

作为优选，所述步骤S2中，延迟启动时间T的取值范围为30-50ms。

作为优选，所述步骤S2中，所述出口比例节流阀从死区值到经验值的开启时间为8至12ms。

作为优选，所述步骤S3中，K的取值范围为0.9~0.95。

与现有技术相比较，本发明不影响慢速及快速的供油速度的同时减少了压射油缸入口由于蓄能器放能瞬间的冲击，有效调和了入口比例节流阀和出口比例节流阀的配合问题；出口比例节流阀启动时的开度控制，使油缸出口能平稳建压，进入实时闭环控制；油缸出口建压完成的判断标志，不会受蓄能器充气压力的影响。

附图说明

图1为本发明实时闭环控制油缸压射控制系统的一种结构示意图；

图2为本发明实时闭环控制油缸压射控制方法的一实施例的压射曲线。

图中，1-蓄能器充气压力传感器，2-蓄能器，3-入口比例节流阀，4-入口压力传感器，5-压射油缸，6-位移传感器，7-出口压力传感器，8-出口比例节流阀，9-压射头。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

如图1所示，一种实时闭环控制油缸压射控制系统，应用于压铸机，包括控制器及通过管路连接的蓄能器2和具有压射头9的压射油缸5，蓄能器2出口与压射油缸5入口的管路上连接有入口比例节流阀3，压射油缸5的出口连接有出口比例节流阀8；蓄能器2连接有蓄能器充气压力传感器1，入口比例节流阀3和压射油缸5入口的管路上连接有入口压力传感器4，出口比例节流阀8和压射油缸5出口的管路上连接有出口压力传感器7，压射油缸5连接有位移传感器6；蓄能器充气压力传感器1、入口压力传感器4、出口压力传感器7、位移传感器6分别与控制器电连接，所述控制器

其中，蓄能器2可进行放能和蓄能动作，是压射油缸向前压射运动的动力源；压射油缸5，运动的执行部件，活塞杆连接；压射头9，和压射油缸5活塞杆固定连接，按一定的速度和压力将金属熔液推向模腔完成压铸。

入口比例节流阀3，可通过控制该阀的开度，调节蓄能器2放能后进入压射油缸5后腔的流量；出口比例节流阀8，是实时控制的主要控制对象，可通过调节该阀开度控制压射油缸的速度。

这里，入口比例节流阀3、出口比例节流阀8可以是电液比例节流阀，控制器的指令以模拟量输出或通讯方式控制入口比例节流阀、出口比例节流阀按照设定的变化率达到设定的开口度。

蓄能器充气压力传感器1，可检测蓄能器2的充气压力，标记蓄能器2充液完成后的油压压力为P0；入口压力传感器4，可检测压射油缸5后腔的油压压力，标记压射油缸5入口的实时油压压力为P1；出口压力传感器7，可检测压射油缸前腔的油压压力，标记压射油缸5出口的实时油压压力为P2。

蓄能器充气压力传感器1、入口压力传感器4和出口压力传感器7均为隔膜压力传感器，这三个压力传感器检测原理类似，只是压力等级和密封性有大小区别。隔膜压力传感器的内部有一个膜片，气体或流体顶到膜片产生变形并转化为电信号，控制器采集电信号对应实际的压力大小。当然，蓄能器充气压力传感器1、入口压力传感器4和出口压力传感器7也可采用其他测量原理的压力传感器，以用于管口内的压力测量。

位移传感器6，和压射油缸5的活塞杆固定连接，检测压射油缸5的位移及速度。

控制器为采集数据的控制器，可以采用模拟量输入、数字通讯等方式，与各传感器通过导线电连接或无线通讯连接，接收蓄能器充气压力传感器1、入口压力传感器4、出口压力传感器7的压力检测数据并控制出口比例节流阀8于入口比例节流阀3启动之后延时启动。

本发明实施例的第二方面，提供了一种实时闭环控制油缸压射控制控制方法，当压射油缸5后退到底，蓄能器2充液完成，压射条件满足启动压射后，包括如下步骤：

S1，分成至少两个阶段逐步开启入口比例节流阀3：每个阶段具有对应的开启斜率，每个阶段按照该阶段的开启斜率使入口比例节流3阀的开口到达预设开度后进入后一阶段，其中后一阶段的开启斜率大于或等于前一阶段的开启斜率。

斜率是指比例阀单位时间内的开口度变化量，单位为%/S。一般使用时，入口比例节流阀3按照第一阶段开启斜率k1、第二阶段开启斜率k2两段斜率变化即可，若追求更加精细再分多段，如三段、四段或更多。

本发明实施例的一种实现方式，分成第一阶段和第二阶段逐步开启入口比例节流阀3，第一阶段开启斜率比第二阶段开启斜率要小很多。具体的，第一阶段开启斜率的取值范围可以为10%/S-50%/S，第二阶段开启斜率的取值范围可以为300%/S-1000%/S；第一阶段预设开度的取值范围可以为5%-20%。

第一阶段开启斜率k1的作用为减少蓄能器2放能瞬间的冲击，压射油缸5入口压力P1逐渐增加；第二阶段开启斜率k2的作用为在蓄能器2平稳开启后，实现快速放能。第一阶段开启斜率k1、第一阶段预设开度、第二阶段开启斜率k2的设定根据实际油缸的运动效果调整：若发现启动冲击较大可减小第一阶段开启斜率k1，增大第一阶段预设开度；在启动冲击可接受的范围内，尽量调大第一阶段开启斜率k1，设小第一阶段预设开度。

S2，延时开启出口比例节流阀8：开启入口比例节流阀的同时，延迟时间T后将出口比例节流阀8的开口从死区值逐渐开启到开环经验值并保持，使压射油缸5出口的实时油压压力P2增加，同时压射油缸5向前移动。

从成本考虑，一般出口比例节流阀8比入口比例节流阀3要贵，响应也要快。故在入口比例节流阀3开启的同时，由于一般出口比例节流阀8的响应较快，控制信号需要略微延迟后输出，以避免出口比例节流阀8过早打开泄油，影响建压效果。其中，延迟时间T的取值范围可以设定为30-50ms，延时几十毫秒后，再开启出口比例节流阀8。若出口比例节流阀8打开过晚或过小，油缸背压较大，比例阀压差太大，一旦切换到慢速，速度无法平稳过渡；若打开过早或者过大，油缸前腔背压太小，影响实时算法控制，同时入口的冲击也无法避免。

死区值指的是比例阀阀芯的遮盖行程，常用的出口比例节流阀死区值在3%左右。从死区值缓慢开启到经验值大约在10ms左右，如8至12ms。经验值根据油缸建压的快慢相应调整，油缸建压慢则调小经验值，反之调大。

S3，在入口比例节流阀3和出口比例节流阀8开启过程中，实时检测蓄能器2充液完成后的油压压力P0和为压射油缸5入口的实时油压压力P1并比较P1和K*P0的大小，其中K为预设的常数，当P1>=K*P0时，压射油缸5建压过程完成，出口比例节流阀8进入慢速实时闭环控制。此时，开度不再固定在开环经验值，控制器可根据设定的速度曲线进行PID控制。

其中，K的取值范围可以为0.9~0.95。通过观察油缸运动曲线中建压转慢速的过程，在满足实际速度切换平滑的前提下，尽量调小K值，K值越小建压耗时约小，周期越短，熔液不宜冷却。

建压完成的不以设定压力值做判断，而以实际的充液压力做比较，当蓄能器2充气压力有变化时，不需要改变任何设定，判断的方法同样适用。出口压力在油缸建压阶段不做控制，建压完成时，出口压力与入口压力的比例接近于油缸前腔和后腔的面积之比。

通常完成建压时，压射油缸5移动了5~10mm左右，用时为0.1~0.2S左右，对压射动作并无影响，且压射速度没有突变，能比较平稳的过渡到慢压射阶段，实际压射曲线如图2所示。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种实时闭环控制油缸压射控制方法，其特征在于，基于一种实时闭环控制油缸压射控制系统，所述控制系统包括控制器及通过管路连接的蓄能器和压射油缸，所述蓄能器出口与压射油缸入口的管路上连接有入口比例节流阀，所述压射油缸的出口连接有出口比例节流阀；所述蓄能器连接有蓄能器充气压力传感器，所述入口比例节流阀和压射油缸入口的管路上连接有入口压力传感器，所述出口比例节流阀和压射油缸出口的管路上连接有出口压力传感器；所述蓄能器充气压力传感器、所述入口压力传感器、所述出口压力传感器分别与所述控制器电连接，控制器接收蓄能器充气压力传感器、入口压力传感器、出口压力传感器的压力检测数据并控制出口比例节流阀于入口比例节流阀启动之后延时启动；当压射油缸后退到底，蓄能器充液完成，压射条件满足启动压射后，包括如下步骤：

S1，分成至少两个阶段逐步开启入口比例节流阀：每个阶段具有对应的开启斜率，每个阶段按照该阶段的开启斜率使入口比例节流阀的开口到达预设开度后进入后一阶段，其中后一阶段的开启斜率大于或等于前一阶段的开启斜率；

S2，延时开启出口比例节流阀：开启入口比例节流阀的同时，延迟时间T后将出口比例节流阀的开口从死区值逐渐开启到开环经验值并保持，使压射油缸出口的实时油压压力P2增加，同时压射油缸向前移动；

S3，在入口比例节流阀和出口比例节流阀开启过程中，实时检测蓄能器充液完成后的油压压力P0和为压射油缸入口的实时油压压力P1并比较P1和K*P0的大小，其中K为预设的常数，当P1>=K*P0时，压射油缸建压过程完成，出口比例节流阀进入慢速实时闭环控制；

所述步骤S2中，延迟时间T的取值范围为30-50ms。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，分成第一阶段和第二阶段逐步开启入口比例节流阀，第一阶段开启斜率的取值范围为10%/S-50%/S，第二阶段开启斜率的取值范围为300%/S-1000%/S。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，第一阶段预设开度的取值范围为5%-20%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述出口比例节流阀从死区值到经验值的开启时间为8至12ms。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，K的取值范围为0.9~0.95。