CN110425186A - 摆辗液压机的速度-压力复合控制方法 - Google Patents

摆辗液压机的速度-压力复合控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种摆辗液压机的速度‑压力复合控制方法，硬件系统主要包括：位移传感器，用于检测主缸活塞位移；主缸，用于提供推力从而驱动滑块与压头；第一压力传感器，用于检测主缸作用腔压力；比例控制阀，用于调节进入主缸作用腔的流量；第二压力传感器，用于检测恒压油源的压力；恒压油源，用于提供恒定压力的液压油油源；控制器，用于采集位移传感器、第一压力传感器、第二压力传感器的信号，执行控制计算，并将控制指令信号传给比例控制阀。本发明采用控制信号最小绝对值算法将摆辗液压机的速度控制与压力控制结合起来，实现了控制目标的自动规划与控制模式的平稳切换，解决了摆辗工艺中速度控制与压力控制的协调难题。

Description

摆辗液压机的速度-压力复合控制方法
技术领域
本发明涉及一种液压机的复合控制方法，特别是一种摆辗液压机的速度-压力复合控制方法。
背景技术
摆辗成型工艺中的压制开始阶段需要压头作恒进给比运动，即坯料每转一圈压头的压下量保持一致，此阶段需要对驱动压头的液压缸进行速度控制；摆辗成型工艺中的压制结束阶段需要压头保持相对恒定的压制力，从而保证坯料逐渐减速至停止的过程平稳、保持成型工件良好的表面质量。如何协调液压缸的运动控制与压力控制从而实现摆辗压头从恒进给比运动到压制力保持的平稳自动过渡是摆辗成型液压机中亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摆辗液压机的速度-压力复合控制方法，能够协调摆辗成型液压机从速度控制到压力控制的平稳自动过渡。
本发明的技术方案如下：
本发明硬件系统至少包括。
位移传感器，用于检测主缸活塞位移，位移信号为s。
主缸，用于提供推力从而驱动滑块与压头，活塞的作用面积为A。
第一压力传感器，用于检测主缸作用腔的压力，压力信号为p1。
比例控制阀，用于调节进入主缸作用腔的流量，控制指令信号为u，流量-压力映射系数为k。
第二压力传感器，用于检测恒压油源的压力，压力信号为p0。
恒压油源，用于提供恒定压力的液压油油源。
控制器，用于采集位移传感器、第一压力传感器、第二压力传感器的信号，执行控制计算，并将控制指令信号传给比例控制阀。
其中：位移传感器的检测端与主缸的活塞同属于一个装配体；主缸的作用腔与第一压力传感器油口、比例控制阀的A口连通；比例控制阀的P口与第二压力传感器油口、恒压油源油口连通；比例控制阀的T口与液压油箱连通；控制器与位移传感器、第一压力传感器、比例控制阀、第二压力传感器之间电气连接。
进一步地，本发明控制方法至少包括如下步骤：
步骤1：设定行程切换点st；位移信号s经过微分之后得到主缸活塞的速度信号v；规划主缸活塞运动速度期望为vd；规划主缸作用腔压力期望为pd。
步骤2：控制器计算的速度控制信号包含两部分：uv=uva+uvb。
uva是估计调节部分、表达式为：
uvb是反馈控制部分、表达式为：
uvb=fv(v-vd)
fv(v-vd)是任何能够让速度误差(v-vd)绝对值趋近于0的控制函数。
在主缸活塞运动至st之前，控制器仅对主缸活塞的运动速度进行控制，所以比例控制阀的控指令制信号u=uv。
步骤3：在主缸活塞运动至st之后，控制器在按步骤2所示方法计算uv的同时还计算压力控制信号up，up的表达式为
up=fp(p1-pd)
fp(p1-pd)是任何能够让压力误差(p1-pd)绝对值趋近于0的控制函数。
控制器比较速度控制信号uv与压力控制信号up的绝对值大小，将绝对值小的控制信号作为比例控制阀的控制指令信号u。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用估计加反馈的控制方法有助于提升速度控制的稳定性与精度。
2、本发明采用控制信号最小绝对值算法确保了在速度控制与压力控制之间的切换过程中控制指令信号始终是收敛的，避免了切换过程的冲击与振动。
3、本发明实现了液压缸速度控制与压力控制自动平稳转换，满足了摆辗工艺中的多控制目标需求。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
图2为本发明的控制流程图。
图3为本发明的控制效果示意图。
图1中：1-位移传感器，2-主缸，3-第一压力传感器，4-比例控制阀，5-第二压力传感器，6-恒压油源，7-控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1，本发明硬件系统至少包括。
位移传感器1，用于检测主缸2活塞位移，位移信号为s。
主缸2，用于提供推力从而驱动滑块与压头，活塞的作用面积为A。
第一压力传感器3，用于检测主缸2作用腔的压力，压力信号为p1。
比例控制阀4，用于调节进入主缸2作用腔的流量，控制指令信号为u，流量-压力映射系数为k。
第二压力传感器5，用于检测恒压油源6的压力，压力信号为p0。
恒压油源6，用于提供恒定压力的液压油油源。
控制器7，用于采集位移传感器1、第一压力传感器3、第二压力传感器5的信号，执行控制计算，并将控制指令信号传给比例控制阀4。
其中：位移传感器1的检测端与主缸2的活塞同属于一个装配体；主缸2的作用腔与第一压力传感器3油口、比例控制阀4的A口连通；比例控制阀4的P口与第二压力传感器5油口、恒压油源6油口连通；比例控制阀4的T口与液压油箱连通；控制器7与位移传感器1、第一压力传感器3、比例控制阀4、第二压力传感器5之间电气连接。
实际应用中，恒压油源6用恒压变量泵或定量泵加溢流阀等方式实现；控制器7一般采用PLC等数字控制器。
参见图2，本发明控制方法至少包括如下步骤：
步骤1：设定行程切换点st；位移信号s经过微分之后得到主缸2活塞的速度信号v；规划主缸2活塞运动速度期望为vd；规划主缸2作用腔压力期望为pd。
步骤2：控制器7计算的速度控制信号包含两部分：uv=uva+uvb。
uva是估计调节部分、表达式为：
uvb是反馈控制部分、表达式为：
uvb=fv(v-vd)
fv(v-vd)是任何能够让速度误差(v-vd)绝对值趋近于0的控制函数，实际应用中可采用PID控制方法计算。
在主缸2活塞运动至st之前，控制器7仅对主缸2活塞的运动速度进行控制，所以比例控制阀4的控制指令信号u=uv。
步骤3：在主缸2活塞运动至st之后，控制器7在按步骤2所示方法计算uv的同时还计算压力控制信号up，up的表达式为
up=fp(p1-pd)
fp(p1-pd)是任何能够让压力误差(p1-pd)绝对值趋近于0的控制函数，实际应用中可采用PID控制方法计算。
控制器7比较速度控制信号uv与压力控制信号up的绝对值大小，将绝对值小的控制信号作为比例控制阀4的控制指令信号u。
参见图3，在摆辗成型的开始阶段系统对主缸2活塞进行速度控制，比例控制阀4的控制指令信号u=uv，随着坯料受压变形程度的增加主缸2作用腔内的压力p1逐渐增大，此时主缸2驱动压头作恒速运动；当主缸2活塞行程超过st时，系统开始对主缸2进行速度-压力复合控制，然而主缸2作用腔的压力p1与期望压力pd的偏差还很大，up的绝对值大于uv，比例控制阀4的控制指令信号u=uv，所以系统对主缸2的控制模式仍然是速度控制；随着主缸2作用腔内的压力进一步增大，p1趋近于pd，并且随着压制力的增大uv的绝对值也会增大，当主缸2活塞运动到行程点sp处up的绝对值小于uv，比例控制阀4的控制指令信号u=up，系统对主缸2的控制模式切换为压力控制，当主缸2作用腔压力p1达到期望压力pd时主缸2活塞停止运动。
行程切换点st需根据工艺试验数据设定，一般而言主缸2活塞运行至st时主缸2控制腔内的压力p1开始迅速上升，同时主缸2活塞运动速度期望vd规划为减速运动。
行程点sp并非是事先设定的，系统控制模式的切换是通过比较控制信号uv与up的绝对值大小自动完成的，比例控制阀4的控制指令信号u始终取绝对值最小的控制信号，确保了切换过程的收敛性与稳定性。

Claims (2)

1.一种摆辗液压机的速度-压力复合控制方法，其特征是：
硬件系统至少包括；
位移传感器（1），用于检测主缸（2）活塞位移，位移信号为s；
主缸（2），用于提供推力从而驱动滑块与压头，活塞的作用面积为A；
第一压力传感器（3），用于检测主缸（2）作用腔的压力，压力信号为p1；
比例控制阀（4），用于调节进入主缸（2）作用腔的流量，控制指令信号为u，流量-压力映射系数为k；
第二压力传感器（5），用于检测恒压油源（6）的压力，压力信号为p0；
恒压油源（6），用于提供恒定压力的液压油油源；
控制器（7），用于采集位移传感器（1）、第一压力传感器（3）、第二压力传感器（5）的信号，执行控制计算，并将控制指令信号传给比例控制阀（4）；
其中：位移传感器（1）的检测端与主缸（2）的活塞同属于一个装配体；主缸（2）的作用腔与第一压力传感器（3）油口、比例控制阀（4）的A口连通；比例控制阀（4）的P口与第二压力传感器（5）油口、恒压油源（6）油口连通；比例控制阀（4）的T口与液压油箱连通；控制器（7）与位移传感器（1）、第一压力传感器（3）、比例控制阀（4）、第二压力传感器（5）之间电气连接。
2.一种摆辗液压机的速度-压力复合控制方法，其特征在于：
至少包括如下步骤：
步骤1：设定行程切换点st；位移信号s经过微分之后得到主缸（2）活塞的速度信号v；规划主缸（2）活塞运动速度期望为vd；规划主缸（2）作用腔压力期望为pd;
步骤2：控制器（7）计算的速度控制信号包含两部分：uv=uva+uvb;
uva是估计调节部分、表达式为：
uvb是反馈控制部分、表达式为：
uvb=fv(v-vd)
fv(v-vd)是任何能够让速度误差(v-vd)绝对值趋近于0的控制函数；
在主缸（2）活塞运动至st之前，控制器（7）仅对主缸（2）活塞的运动速度进行控制，所以比例控制阀（4）的控制指令信号u=uv；
步骤3：在主缸（2）活塞运动至st之后，控制器（7）在按步骤2所示方法计算uv的同时还计算压力控制信号up，up的表达式为
up=fp(p1-pd)
fp(p1-pd)是任何能够让压力误差(p1-pd)绝对值趋近于0的控制函数；
控制器（7）比较速度控制信号uv与压力控制信号up的绝对值大小，将绝对值小的控制信号作为比例控制阀（4）的控制指令信号u。
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