CN109773146A - 一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法，所述控制方法包括以下步骤：A、根据油缸实际位移值，控制器判断液压缸位移曲线是否出现平顶现象，若出现，则转入步骤B，否则不作其他处理；B、当前位移曲线出现平顶，判断波形平顶出现位置，该位置作为补偿算法的边界点；C、在下一次液压缸运动至平顶出现处，根据控制器中的补偿算法，得到电机转速补偿量，电机按照指令转动，并消除平顶现象。本发明可自主判断液压缸位移曲线是否存在平顶，补偿算法得到的电机转速平滑，电机无冲击，可有效消除直驱式电液伺服曲线失真的类似工况。

Description

一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法

技术领域

本发明属于连铸结晶器振动技术领域，涉及一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法。

背景技术

结晶器振动装置作为连铸机的关键设备，其作用是连续铸钢过程中，防止铸坯的坯壳与结晶器内壁见发生粘结而被拉裂，使结晶器保护渣进入坯壳与内壁的间隙，不断润滑内壁，保证铸坯表面质量。结晶器振动发展至今，按照驱动控制形式分为机械式振动、液压伺服振动、电动缸振动。机械式结晶器振动装置通常采用直流电机和偏心轴曲柄机构来实现正弦振动，其缺点是机械磨损严重、一般采用正弦曲线振动、振幅及偏斜率等振动参数固定不变；液压伺服结晶器振动装置采用电液伺服阀控制液压缸来实现正弦和非正弦振动，可以在线调节振动曲线的振幅、频率和偏斜率，其缺点是由于采用了电液伺服阀，对油液清洁度要求高，其建造、运行、维护成本高；电动缸结晶器振动装置采用伺服电动缸直接驱动结晶器振动台实现正弦和非正弦振动，具有成本较低、设备维护方便、无污染等优点，但是其核心传动构件丝杠的抗冲击能力较差、易磨损、寿命短等缺点。

随着液压技术的发展，出现了一种新型的伺服驱动方式，即直驱式电液伺服系统；典型的直驱式电液伺服系统采用伺服电机驱动双向定量泵，通过改变伺服电机的转速和旋向来改变双向泵的输出流量和方向，通过控制伺服电机的扭矩来控制系统压力，从而实现执行机构的换向、调速、调压三大功能。

公开号为WO2015/121829 A1的专利公开了将直驱式电液伺服系统应用于结晶器振动装置，针对双出杆对称缸和单出杆非对称缸执行机构公开了两种控制回路。由于液压系统中压力和流量的滞后特性以及液压泵内部泄漏等原因，液压缸的位移曲线存在平顶现象。而在连续浇注过程中，液压缸位移曲线的不平滑，直接影响铸坯表面质量，甚至出现漏钢，同时对振动装置有较大冲击，直接影响振动装置的稳定性和使用寿命。因此，直驱式电液伺服结晶器振动的控制有必要进行曲线平顶优化控制来满足连铸结晶器振动的工艺要求以及保证装置的稳定性和使用寿命。目前已公开的专利均未提供直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法，可使直驱式电液伺服结晶器振动满足连铸结晶器振动的工艺要求，并提高装置的稳定性和延长装置的使用寿命。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法，该方法包括下列步骤：

首先根据油缸实际位移值，控制器判断液压缸位移曲线是否出现平顶现象，若出现，则转入下一步，否则不作其他处理；

然后，当前位移曲线出现平顶，判断波形平顶出现位置，该位置作为平顶补偿算法的边界点；

最后，在下一次液压缸运动至平顶区域，根据控制器中的补偿算法，得到电机转速补偿量，电机按照指令转动，实现直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制。

进一步，所述平顶现象的判断以及平顶边界点的搜索方法如下：

1)

若Pv(k)>Pv(k-1)，且Pv(k)>P0，则油缸在初始位以上向上运动；

若Pdelta(k)＝|Pv(k)-Pv(k-1)|>3*Delta；

Pdelta(k+1)＝|Pv(k+1)-Pv(k)|<Delta；

则实际位移在k时刻出现平顶现象，该时刻为波峰平顶起始点；

2)

若Pv(m+1)<Pv(m)，且Pv(m)>P0，则油缸在初始位以上向下运动；

若Pdelta(m)＝|Pv(m)-Pv(m-1)|<Delta；

Pdelta(m+1)＝|Pv(m+1)-Pv(m)|>3*Delta；

则实际位移在m时刻平顶现象消失，该时刻为波峰平顶终止点；

3)

若Pv(n)<Pv(n-1)，且Pv(n)>P0，则油缸在初始位以下向下运动；

若Pdelta(n)＝|Pv(n)-Pv(n-1)|>3*Delta；

Pdelta(n+1)＝|Pv(n+1)-Pv(n)|<Delta；

则实际位移在n时刻出现平顶现象，该时刻为波谷平顶起始点；

4)

若Pv(h+1)>Pv(h)，且Pv(h)>P0，则油缸在初始位以下向上运动；

若Pdelta(h)＝|Pv(h)-Pv(h-1)|<Delta；

Pdelta(h+1)＝|Pv(h+1)-Pv(h)|>3*Delta；

则实际位移在h时刻平顶现象消失，该时刻为波谷平顶终止点；

其中：

Ps＝A*Sin(2*π*f*t)为油缸给定位移曲线；

Pv为油缸实际位移曲线；

Pv(k)为k时刻实际位移；

Pdelta(k)为k时刻实际位移与k-1时刻位移之差的绝对值；

Delta为判断平顶的阈值，该值取一个接近于零的值；

Vs(k)为电机给定速度值。

进一步，所述平顶补偿算法基于现有电机速度指令的前提下，在每一处平顶区域，将速度指令切换为两条抛物线指令，实现直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制。

进一步，所述两条抛物线基于以下方法获取：

在平顶位置的补偿曲线为两条抛物线：y1＝a1*(Vs(t)-b1)2+c1；y2＝a2*(Vs(t)-b2)2+c2；

所述1)和2)的波峰平顶位置，上升补偿段，电机速度给定Vs切换为上升补偿抛物线给定值，即k时刻为上升补偿抛物线的最高点，(k+m)/2时刻，上升补偿抛物线与横坐标相交；下降补偿段，电机速度给定Vs切换为下降补偿抛物线给定值，即(k+m)/2时刻，下降补偿抛物线与横坐标相交，m时刻为下降补偿抛物线的最低点；

为确定抛物线，必须知道a，b，c三个值，在上升补偿曲线中，平顶起始时刻，抛物线的最大值为已知，故b，c为已知，而与横坐标的交点，求解a；

所述3)和4)的波谷平顶位置的抛物线确定办法与所述1)和2)的波峰平顶位置处的确定办法一致。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可自动识别曲线的平顶现象，无需人为介入判断平顶现象，易于补偿优化的实现；

2、本发明可自动检测平顶位置，区别平顶的起始点，搜索平顶区域，易于补偿优化算法的无缝切入；

3、本发明可自动补偿曲线的平顶现象。在已知平顶区域后，补偿算法无缝切入，实现直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制；

4、本发明减小装置冲击，使装置振动效果好，可应用于直驱式电液伺服系统的类似工况。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的控制流程图；

图2为本发明的实施示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

液压缸带有一个位移传感器，用于检测油缸活塞杆实际位置。优化控制的流程图如图1所示：控制器接收到运动曲线指令，发送电机转速给电机，控制器在实时检测油缸位移，判断是否存在平顶现象，若没有，则不作优化处理，若存在，则进行优化补偿，实施平顶优化控制。而实施平顶优化控制的过程为：首先判断平顶边界，用于界定平顶优化控制实施的零界点以及确定补偿曲线的参数；其实将电机速度指令切换为补偿曲线下达给电机，使油缸按照指定曲线运动，以此消除平顶现象。

而判断平顶现象以及搜索平顶零界点则需要通过以下4步才能完成一个完整波形的边界界定：

油缸给定位移曲线为Ps＝A*Sin(2*π*f*t)；

油缸实际位移曲线为Pv；

1)

若Pv(k)>Pv(k-1)，且Pv(k)>P0，则油缸在初始位以上向上运动；

若Pdelta(k)＝|Pv(k)-Pv(k-1)|>3*Delta；

Pdelta(k+1)＝|Pv(k+1)-Pv(k)|<Delta；

则实际位移在k时刻出现平顶现象，该时刻为波峰平顶起始点；

2)

若Pv(m+1)<Pv(m)，且Pv(m)>P0，则油缸在初始位以上向下运动；

若Pdelta(m)＝|Pv(m)-Pv(m-1)|<Delta；

Pdelta(m+1)＝|Pv(m+1)-Pv(m)|>3*Delta；

则实际位移在m时刻平顶现象消失，该时刻为波峰平顶终止点；

3)

若Pv(n)<Pv(n-1)，且Pv(n)>P0，则油缸在初始位以下向下运动；

若Pdelta(n)＝|Pv(n)-Pv(n-1)|>3*Delta；

Pdelta(n+1)＝|Pv(n+1)-Pv(n)|<Delta；

则实际位移在n时刻出现平顶现象，该时刻为波谷平顶起始点；

4)

若Pv(h+1)>Pv(h)，且Pv(h)>P0，则油缸在初始位以下向上运动；

若Pdelta(h)＝|Pv(h)-Pv(h-1)|<Delta；

Pdelta(h+1)＝|Pv(h+1)-Pv(h)|>3*Delta；

则实际位移在h时刻平顶现象消失，该时刻为波谷平顶终止点；

在完成边界界定后，需要根据边界点的信息，确定补偿曲线的参数，确定方法如下：

在平顶位置的补偿曲线为两条抛物线：y1＝a1*(Vs(t)-b1)2+c1；y2＝a2*(Vs(t)-b2)2+c2；

上述1)和2)的波峰平顶位置，上升补偿段，电机速度给定Vs切换为上升补偿抛物线给定值，即k时刻(如图2曲线a点)为上升补偿抛物线的最高点，(k+m)/2时刻(如图2曲线b点)，上升补偿抛物线与横坐标相交；下降补偿段，电机速度给定Vs切换为下降补偿抛物线给定值，即(k+m)/2时刻，下降补偿抛物线与横坐标相交，m时刻为下降补偿抛物线的最低点。

为了确定抛物线，必须知道a，b，c三个值，在上升补偿曲线中，平顶起始时刻(如图2曲线a点)，抛物线的最大值为已知，故b，c为已知，而与横坐标的交点(如图2曲线b点)，可以求解a。

Pv(k)为k时刻实际位移；

Pdelta(k)为k时刻实际位移与k-1时刻位移之差的绝对值；

Delta为判断平顶的阈值，该值取一个接近于零的值；

Vs(k)为电机给定速度值；

上述3)和4)的波谷平顶位置的抛物线确定办法与所述1)和2)的波峰平顶位置处的确定办法一致，在此不再累述。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

首先根据油缸实际位移值，控制器判断液压缸位移曲线是否出现平顶现象，若出现，则转入下一步，否则不作其他处理；

然后，当前位移曲线出现平顶，判断波形平顶出现位置，该位置作为平顶补偿算法的边界点；

最后，在下一次液压缸运动至平顶区域，根据控制器中的补偿算法，得到电机转速补偿量，电机按照指令转动，实现直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制。

2.根据权利要求1所述的一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法，其特征在于：所述平顶现象的判断以及平顶边界点的搜索方法如下：

1)

若Pv(k)>Pv(k-1)，且Pv(k)>P0，则油缸在初始位以上向上运动；

若Pdelta(k)＝|Pv(k)-Pv(k-1)|>3*Delta；

Pdelta(k+1)＝|Pv(k+1)-Pv(k)|<Delta；

则实际位移在k时刻出现平顶现象，该时刻为波峰平顶起始点；

2)

若Pv(m+1)<Pv(m)，且Pv(m)>P0，则油缸在初始位以上向下运动；

若Pdelta(m)＝|Pv(m)-Pv(m-1)|<Delta；

Pdelta(m+1)＝|Pv(m+1)-Pv(m)|>3*Delta；

则实际位移在m时刻平顶现象消失，该时刻为波峰平顶终止点；

3)

若Pv(n)<Pv(n-1)，且Pv(n)>P0，则油缸在初始位以下向下运动；

若Pdelta(n)＝|Pv(n)-Pv(n-1)|>3*Delta；

Pdelta(n+1)＝|Pv(n+1)-Pv(n)|<Delta；

则实际位移在n时刻出现平顶现象，该时刻为波谷平顶起始点；

4)

若Pv(h+1)>Pv(h)，且Pv(h)>P0，则油缸在初始位以下向上运动；

若Pdelta(h)＝|Pv(h)-Pv(h-1)|<Delta；

Pdelta(h+1)＝|Pv(h+1)-Pv(h)|>3*Delta；

则实际位移在h时刻平顶现象消失，该时刻为波谷平顶终止点；

其中：

Ps＝A*Sin(2*π*f*t)为油缸给定位移曲线；

Pv为油缸实际位移曲线；

Pv(k)为k时刻实际位移；

Pdelta(k)为k时刻实际位移与k-1时刻位移之差的绝对值；

Delta为判断平顶的阈值，该值取一个接近于零的值；

Vs(k)为电机给定速度值。

3.根据权利要求2所述的一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法，其特征在于：所述平顶补偿算法基于现有电机速度指令的前提下，在每一处平顶区域，将速度指令切换为两条抛物线指令，实现直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制。

4.根据权利要求3所述的一种直驱式电液伺服结晶器振动曲线平顶优化控制方法，其特征在于：所述两条抛物线基于以下方法获取：

在平顶位置的补偿曲线为两条抛物线：y1＝a1*(Vs(t)-b1)2+c1；y2＝a2*(Vs(t)-b2)2+c2；

所述1)和2)的波峰平顶位置，上升补偿段，电机速度给定Vs切换为上升补偿抛物线给定值，即k时刻为上升补偿抛物线的最高点，(k+m)/2时刻，上升补偿抛物线与横坐标相交；下降补偿段，电机速度给定Vs切换为下降补偿抛物线给定值，即(k+m)/2时刻，下降补偿抛物线与横坐标相交，m时刻为下降补偿抛物线的最低点；

为确定抛物线，必须知道a，b，c三个值，在上升补偿曲线中，平顶起始时刻，抛物线的最大值为已知，故b，c为已知，而与横坐标的交点，求解a；

所述3)和4)的波谷平顶位置的抛物线确定办法与所述1)和2)的波峰平顶位置处的确定办法一致。