CN111412187A - 一种多油缸同步运动的自动控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多油缸同步运动的自动控制方法及其控制系统，属于自动化控制的技术领域，该方法包括：输入给定位置值至中央控制系统，中央控制系统将给定位置值转换为模拟量并输出模拟量以对多个油缸执行机构启动运行；各个油缸执行机构在运行中将其位置信息实时反馈至中央控制系统，中央控制系统将位置信息换算成油缸位置值；中央控制系统通过给定位置值减油缸位置值得到位置误差值，并将位置误差值转换成模拟量以对油缸执行机构进行闭环控制，以达到通过采用混合模式控制方法，能够自动调节各油缸同步运动的目的。

Description

一种多油缸同步运动的自动控制方法及其控制系统

技术领域

本发明属于自动化控制的技术领域，具体而言，涉及一种多油缸同步运动的自动控制方法及其控制系统。

背景技术

在核电转子运输中，其运输工具是运输平车。运输平车是由主动车、从动车及之间的连接杆组成，此运输平车有别于其他常见的普通平车，因为在其两车体中各含一套顶起液压装置，主要是将转子顶起后放置在真空舱内部的L型槽铁上。主动车和从动车分别带有三个同步油缸，在主动平车上为正三角分布，而在从动平车上为倒三角形分布。六个同步油缸通过电气控制和位移传感器反馈实现同步，同步精度可达到0.6mm～0.8mm/全程，并通过6个通道数字显示实际位置。

液压系统使用双联泵作为液压动力源，可使平车上的六只油缸的理论升降速度相等，但实际由于油泵制造误差、管路阻尼差别、偏载下容积效率的差别等诸多因素，导致实际的油路循环的流量存在一定的偏差，此偏差在一定时间的积累下会超过预先设定的误差上限，导致转子在液压装置上偏斜，甚至掉落，进而造成严重后果，此时需要电气控制介入调整，以使各油缸的高度差保持在容许范围内。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种多油缸同步运动的自动控制方法及其控制系统以达到通过采用混合模式控制方法，能够自动调节各油缸同步运动的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种多油缸同步运动的自动控制方法，该方法包括：

输入给定位置值至中央控制系统，中央控制系统将给定位置值转换为模拟量并输出模拟量以对多个油缸执行机构启动运行；

各个油缸执行机构在运行中将其位置信息实时反馈至中央控制系统，中央控制系统将位置信息换算成油缸位置值；

中央控制系统通过给定位置值减油缸位置值得到位置误差值，并将位置误差值转换成模拟量以对油缸执行机构进行闭环控制。

进一步地，所述中央控制系统能切换成同步模式或独立模式，同步模式用于对各个油缸执行机构进行同步控制，独立模式用于对各个油缸执行机构进行单独控制，以能够适应不同的应用场景。

进一步地，所述中央控制系统为同步模式的控制方法如下：

(1)通过中央控制系统对各个油缸执行机构中油缸的高度值进行比较作差，作差的结果设为偏差量，且在中央控制系统中预设有偏差量设定值和位移超前量设定值；

(2)判断偏差量是否大于等于偏差量设定值，若为是，则进入步骤1)；若为否，则直至各个油缸执行机构达到给定位置值时结束；

1)判断各个油缸执行机构中油缸的运动方向，若为向上，则将最大高度值的油缸停止，其余油缸继续运动，并进入步骤2)；若为向下，则将最小高度值的油缸停止，其余油缸继续运动，并进入步骤2)；

2)直至位移超前量等于位移超前量设定值，并返回至步骤(2)；

所述位移超前量为步骤2)中各个其余油缸继续运动反超最大/最小高度值的值；

上述控制方法可有效减少电磁阀动作次数，利于电磁阀寿命。

进一步地，所述偏差量设定值为0.8mm，位移超前量设定值为0.6mm，减少电磁阀频繁多次动作达到最佳效果。

进一步地，所述位置信息通过位置换算算法计算后，经A/D转换为油缸位置值；所述位置误差值通过PID算法计算后，经D/A转换为模拟量以对油缸执行机构进行控制，以实现对油缸的运动进行精确控制。

本发明还公开了一种多油缸同步运动的自动控制系统，该系统包括中央控制系统、多个油缸执行机构和分别内置于各个油缸执行机构内的位移传感器，各所述位移传感器分别与所述中央控制系统通信连接以反馈位置信号，且各个油缸执行机构分别连接有放大器，各个放大器均与所述中央控制系统连接。

进一步地，该系统还包括分别与所述中央控制系统连接的显示设备、人机交互界面以及外围控制电路，所述人机交互界面用于输入各个油缸执行机构的运行给定位置值，为用户的人机交流提供良好的操作平台。

进一步地，所述中央控制系统包括中央处理器、I/O接口模块、A/D转换模块和D/A转换模块，所述中央处理器与A/D转换模块和D/A转换模块连接，A/D转换模块和D/A转换模块均与I/O接口模块连接且I/O接口模块与各个放大器连接、各个位移传感器连接，以实现各个信号的反馈和传输。

进一步地，所述中央处理器设为可编程控制器PLC，可编程控制器PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、体积小，重量轻，能耗低等优点。

进一步地，所述油缸执行机构包括油缸、与油缸连接的比例阀，所述比例阀与放大器连接，且油缸内置有所述位移传感器，对各个油缸执行机构采用相同的控制方式和系统组成，以确保各个油缸进行精确的同步运动。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所公开的多油缸同步运动的自动控制方法及其控制系统，采用混合模式控制方法，其通过实时采集各个油缸的位置信息，并将位置信息与给定位置值比较之后获取位置误差值，以位置误差值转换成模拟量对各个油缸的运动进行闭环控制，进而能自动调节各油缸同步运动，以确保各个油缸的高度差保持在容许范围内。

附图说明

图1是本发明所提供的多油缸同步运动的自动控制系统的系统架构图；

图2是本发明所提供的多油缸同步运动的自动控制方法中油缸控制的工作流程图；

图3是本发明所提供的多油缸同步运动的自动控制方法在同步模式时的控制流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

在本实施例中公开了一种多油缸同步运动的自动控制系统，该系统包括中央控制系统、多个油缸执行机构和分别内置于各个油缸执行机构内的位移传感器，各所述位移传感器分别与所述中央控制系统通信连接以实时反馈各个油缸执行机构中油缸的位置信息，且各个油缸执行机构分别连接有放大器，各个放大器均与所述中央控制系统连接，放大器用于将模拟量信号放大后传输至各个油缸执行机构，以驱动各个油缸执行机构运行。该系统还包括分别与所述中央控制系统连接的显示设备、人机交互界面以及外围控制电路，所述人机交互界面通常采用触摸屏的方式进行人机交互，主要用于输入各个油缸执行机构的运行给定位置值，以通过给定位置值确定各个油缸的行程。所述显示设备用于对各个油缸的实时位置进行展示，以便用户可知各个油缸的实际位置。所述外围控制电路用于辅助电路。在本实施例中，设置有六个油缸执行机构，且各个油缸执行机构的组成结构相同，以确保各个油缸执行机构在中央控制系统的控制下可同步、精确运动。

为实现中央控制系统的正常运行，所述中央控制系统包括中央处理器、I/O接口模块、A/D转换模块和D/A转换模块，所述中央处理器与A/D转换模块和D/A转换模块连接，A/D转换模块和D/A转换模块均与I/O接口模块连接且I/O接口模块与各个放大器连接、各个位移传感器连接。其中，所述中央处理器设为可编程控制器PLC，具体的，采用西门子的PLCS7-300，在PLC中装载有相应的算法程序。

所述油缸执行机构包括油缸、与油缸连接的比例阀，比例阀用于控制流入油缸的液压油流量，以通过比例阀控制油缸的行程并驱动油缸进行上升或下降；所述比例阀与放大器连接，放大器将中央控制系统输出的模拟量信号放大后传送至比例阀，且油缸是执行元件，在油缸内置有所述位移传感器，位移传感器与油缸联动，用于测量油缸的位移并实时反馈油缸的位置信息至中央控制系统。

该控制系统的工作原理如下：

由于位移传感器是模拟量输出，因此位移传感器输出的位置信息经A/D转换模块将位置信息转换为数字信号，经过换算后得到油缸位置值。而比例阀的开度由0-10V模拟量电压控制，其开度与该模拟量电压成正比，中央控制系统将最初输入的给定位置值减油缸位置值得到位置误差值，将该位置误差值经过PID运算后再将结果转换为模拟量电压信号输出到比例阀，控制该比例阀的开度，从而实现对该比例阀所对应的油缸进行闭环控制，在闭环控制过程中，油缸能精确且快速地定位，达到同步运动的目的。

实施例2

在实施例1中所公开的多油缸同步运动的自动控制系统的基础上，提供了一种多油缸同步运动的自动控制方法，通过该方法实现对各个油缸的同步控制，该方法包括：

用户通过人机交互界面输入给定位置值至中央控制系统，中央控制系统将给定位置值转换为模拟量并输出模拟量以对多个油缸执行机构启动运行；

各个油缸执行机构在运行中将其位置信息实时反馈至中央控制系统，中央控制系统将位置信息换算成油缸位置值；其中，所述位置信息通过位置换算算法计算后，经A/D转换为油缸位置值；

中央控制系统通过给定位置值减油缸位置值得到位置误差值，并将位置误差值转换成模拟量以对油缸执行机构进行闭环控制，其中，所述位置误差值通过PID算法计算后，经D/A转换为模拟量。

所述中央控制系统能切换成同步模式或独立模式以适应不同的应用场景，优选的，可设置转换开关，通过转换开关将中央控制系统切换为同步模式或独立模式。

情况1：在同步模式下对各个油缸执行机构进行同步控制，在同步控制中，采用间歇等待式调整法，即如果高度值最大的油缸与高度值最小的油缸之间偏差量超出偏差量设定值，则使运动较快的油缸停止，等待速度较慢的油缸运行至位移超前量设定值，再开启速度较快的油缸(解释如下：在合理的误差范围内，可适当设定速度较慢那支油缸的位移超前量，例如：假定现有油缸A与油缸B，油缸A的速度较油缸B快，同时假定偏差量设定值为0.8mm，则当油缸A的高度值比油缸B的高度值大0.8mm时，则停止油缸A，而油缸B保持动作，待油缸B运动至反超油缸A的某一值时，再次开启油缸A，此‘某一值’则为位移超前量设定值，而油缸B运动至反超油缸A的值则成为位移超前量)。位移超前量的设定可有效减少电磁阀动作次数，利于电磁阀寿命，具体的，所述中央控制系统为同步模式的控制方法如下：

(1)通过中央控制系统对各个油缸执行机构中油缸的高度值进行比较作差，作差的结果设为偏差量，且在中央控制系统中预设有偏差量设定值和位移超前量设定值；优选的，在本实施例中将偏差量设定值设为0.8mm，位移超前量设定值设为0.6mm。

(2)判断偏差量是否大于等于偏差量设定值，若为是，即大于或等于0.8mm，则进入步骤1)；若为否，即小于0.8mm，则直至各个油缸执行机构达到给定位置值时结束；

1)判断各个油缸执行机构中油缸的运动方向，若为向上，则将最大高度值的油缸停止，其余油缸继续运动，并进入步骤2)；若为向下，则将最小高度值的油缸停止，其余油缸继续运动，并进入步骤2)；

2)直至位移超前量等于位移超前量设定值，并返回至步骤(2)；

所述位移超前量为步骤2)中各个其余油缸继续运动反超最大高度值/最小高度值的值。

在实际应用场景的举例说明如下：

核电转子运输所采用的平车分主动平车和从动平车，主动平车和从动平车上均包含3支油缸(定义平车的往真空舱方向为前)，同步调整为混合模式，混合模式为上述情况1中所记载的控制方法。混合模式即不指定特定的基准，而是根据6支油缸的实时高度值，选取最大高度值或最低小高度值的油缸为基准(上升选最大，下降选最小)，停止最大高度值或最低小高度值的油缸运行，等待其它5只油缸的继续运行直至反超。

在现场调试时，经多次实际测试，为了减少电磁阀频繁多次动作，位移超前量设定为0.6mm较为合适，且偏差量设定值应当为0.8mm。

情况2：在独立模式下分别对各个油缸执行机构进行单独控制，具体为，可单独对指定的单个油缸进行调整而其他油缸高度位置不变，对单个油缸的调整可通过启动和停止按钮实现运动，并通过的调节电位器来控制油缸活塞的移动速度，在本实施例中，对六个油缸均可单独手动控制，此方式主要用于调试阶段和粗定位阶段。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多油缸同步运动的自动控制方法，其特征在于，该方法包括：

输入给定位置值至中央控制系统，中央控制系统将给定位置值转换为模拟量并输出模拟量以对多个油缸执行机构启动运行；

各个油缸执行机构在运行中将其位置信息实时反馈至中央控制系统，中央控制系统将位置信息换算成油缸位置值；

中央控制系统通过给定位置值减油缸位置值得到位置误差值，并将位置误差值转换成模拟量以对油缸执行机构进行闭环控制。

2.根据权利要求1所述的多油缸同步运动的自动控制方法，其特征在于，所述中央控制系统能切换成同步模式或独立模式，同步模式用于对各个油缸执行机构进行同步控制，独立模式用于对各个油缸执行机构进行单独控制。

3.根据权利要求2所述的多油缸同步运动的自动控制方法，其特征在于，所述中央控制系统为同步模式的控制方法如下：

(1)通过中央控制系统对各个油缸执行机构中油缸的高度值进行比较作差，作差的结果设为偏差量，且在中央控制系统中预设有偏差量设定值和位移超前量设定值；

(2)判断偏差量是否大于等于偏差量设定值，若为是，则进入步骤1)；若为否，则直至各个油缸执行机构达到给定位置值时结束；

1)判断各个油缸执行机构中油缸的运动方向，若为向上，则将最大高度值的油缸停止，其余油缸继续运动，并进入步骤2)；若为向下，则将最小高度值的油缸停止，其余油缸继续运动，并进入步骤2)；

2)直至位移超前量等于位移超前量设定值，并返回至步骤(2)；

所述位移超前量为步骤2)中各个其余油缸继续运动反超最大/最小高度值的值。

4.根据权利要求3所述的多油缸同步运动的自动控制方法，其特征在于，所述偏差量设定值为0.8mm，位移超前量设定值为0.6mm。

5.根据权利要求1所述的多油缸同步运动的自动控制方法，其特征在于，所述位置信息通过位置换算算法计算后，经A/D转换为油缸位置值；所述位置误差值通过PID算法计算后，经D/A转换为模拟量以对油缸执行机构进行控制。

6.一种多油缸同步运动的自动控制系统，该系统适用于上述权利要求1-5所述的多油缸同步运动的自动控制方法，其特征在于，该系统包括中央控制系统、多个油缸执行机构和分别内置于各个油缸执行机构内的位移传感器，各所述位移传感器分别与所述中央控制系统通信连接以反馈位置信号，且各个油缸执行机构分别连接有放大器，各个放大器均与所述中央控制系统连接。

7.根据权利要求6所述的多油缸同步运动的自动控制系统，其特征在于，该系统还包括分别与所述中央控制系统连接的显示设备、人机交互界面以及外围控制电路，所述人机交互界面用于输入各个油缸执行机构的运行给定位置值。

8.根据权利要求6或7所述的多油缸同步运动的自动控制系统，其特征在于，所述中央控制系统包括中央处理器、I/O接口模块、A/D转换模块和D/A转换模块，所述中央处理器与A/D转换模块和D/A转换模块连接，A/D转换模块和D/A转换模块均与I/O接口模块连接且I/O接口模块与各个放大器连接、各个位移传感器连接。

9.根据权利要求8所述的多油缸同步运动的自动控制系统，其特征在于，所述中央处理器设为可编程控制器PLC。

10.根据权利要求6所述的多油缸同步运动的自动控制系统，其特征在于，所述油缸执行机构包括油缸、与油缸连接的比例阀，所述比例阀与放大器连接，且油缸内置有所述位移传感器。

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