CN111779733A - 一种基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，用于重型天线的液压调速系统中，所述液压调速系统包括PLC、比例放大板、比例阀、执行器和角度编码器，所述重型天线按照由启动、加速阶段、高速阶段、减速阶段、停止构成的运动速度曲线进行自动举升或放落运动，所述PLC按照整定后的电压参数来执行运动速度曲线，其中，待整定的电压参数包括启动电压、递进电压、最大电压。本发明实现了重型天线平稳而快速地自动举升与放落，同时液压系统在环境(如温度、海拔)变化或系统器件状态发生变化时无需频繁调整工作参数。

Description

一种基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法
技术领域
本发明涉及重型天线的液压调速控制领域，尤其涉及一种基于液压调速的重型天线自动举升与放落时运动曲线自整定方法。
背景技术
液压调速在特种设备重型天线自动举升与放落中应用非常普及，已经有替代机电系统的趋势。
液压调速的工作状态(尤其是流量与流速)随温度、季节、海拔的变化影响较大，比例放大板、比例阀的更换与调整及负载的变化，都会导致液压调速的工作状态发生变化，这些因素最终使得液压系统在驱动负载运动时的速度发生改变而严重影响重型天线自动举升与放落时的平稳性与快速性。
特种设备天线自动举升与收拢时，要求执行机构在加减速时要保证举升或收拢运行的绝对平稳，运动过程中不允许出现抖动或点头现象，运动到位时不允许出现撞击现象，但液压系统本身的调整功能非常有限，这对控制系统就提出了较高的要求。
使用传统的分立元件(电位器)也可实现液压调速系统的工作参数可以任意调整与保持，但需调整的参数太多时，硬件线路的复杂程度有所提高，给后期维护造成负担。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，以实现重型天线平稳而快速地自动举升与放落，同时液压系统在环境(如温度、海拔)变化或系统器件状态发生变化时无需频繁调整工作参数。
为此，本发明提供了一种基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，用于重型天线的液压调速系统中，所述液压调速系统包括PLC、比例放大板、比例阀、执行器和角度编码器，所述重型天线按照由启动、加速阶段、高速阶段、减速阶段、停止构成的运动速度曲线进行自动举升或放落运动，所述PLC按照整定后的电压参数来执行运动速度曲线，其中，待整定的电压参数包括启动电压、递进电压、最大电压，启动时的启动电压按照公式V＝0.01×n进行整定，其中，n为控制程序循环的次数，V为PLC输出的控制电压，同时控制程序实时监测角度编码器反馈值，在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|>num1时判定执行机构已经启动，将这一时刻的V记为Vmin0，n记为n 0，同时将Vmin0-U1作为启动电压保存；启动电压整定完成则控制程序进入加速递进电压整定环节，递进电压按照公式Vs＝(0.01×T)×n进行整定，其中，T为秒计数器，n为控制程序循环的次数，Vs为PLC递进电压，同时控制程序实时监测角度编码器反馈值，在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|>num2时判定角度编码器反馈值产生突跳现象，即执行机构在运动过程中有抖动或点头现象，将这一时刻的Vs记为Vs1，T记为T1，n记为n 1，同时将Vs1-U2作为递进电压保存；递进电压整定完成则进入最大电压整定环节，该环节以当前时刻的控制电压V按照公式V＝Vmin0+(0.01×T1)×(n1+n)以固定的速率(0.01×T1)匀速递进，同时控制程序实时监测角度编码器反馈值，在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|<num3时判定角度编码器反馈值增量基本恒定，即执行机构实际运动速度已经达到最大状态，这时将V记为V max作为最大电压保存。
进一步地，上述角度编码器的反馈值0～65535对应角度为0～360度，所述num1为8～10。
进一步地，上述角度编码器的反馈值0～65535对应角度为0～360度，所述num2为100～150。
进一步地，上述角度编码器的反馈值0～65535对应角度为0～360度，所述num3为8～10。
进一步地，上述U1为0.1V-0.2V，以免温度变化时需频繁整定该启动电压。
进一步地，上述U2为0.1V-0.3V，以免温度变化时需频繁整定该递进电压。
进一步地，上述重型天线液压调速系统的启动电压为1.5V、递进电压为0.05V/循环、最大电压为4V。
进一步地，上述减速阶段的递进电压的取值与加速阶段的递进电压相同。
本发明可以根据自动整定与液压调速运动曲线相对应的控制电压(起步电压、递进电压、最大电压)并能保存记忆，使液压调速系统能够按照整定的曲线平稳、快速地驱动重型天线自动举升与放落。重型天线自动举升与放落在气候、海拔、比例放大板、比例阀、负载发生变化时，通过重新整定运动曲线，使液压调速系统在最短的时间内能够正常工作。经过整定的液压系统运行平稳，使得结构部件之间的冲击减小到最小，这样会大大减小设备在后期的维护成本与维护工作量，无疑会延长整个设备使用寿命，也大大减小了整个系统中其它电子设备因频繁冲击而损坏的可能性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是重型天线液压调速控制系统的框图；
图2是重型天线液压调速运动曲线图；以及
图3是重型天线液压调速参数自整定软件流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本重型天线液压调速系统由PLC、比例放大板、比例阀、执行机构、方向阀、角度编码器构成。
其中，PLC输出控制电压施加至比例放大板，比例放大板将该控制电压转换成具有驱动能力的电流信号来驱动比例阀的开口随控制电压作同步变化，进一步地调节液压系统的流量随控制电压作同步变化，进一步地调节液压系统驱动负载的速度随控制电压作同步变化。
PLC(可编程控制器)为系统的核心控制单元，该单元通过植入的控制程序自动整定液压调速系统的工作参数，使重型天线在各种气候环境下都能够平稳、快速、可靠地自动架设与撤收，将液压调速系统的重要工作参数保存在PLC内部的存储单元中，PLC在系统上电启动时，自动读取已经保存的工作参数，PLC程序中的控制电压输出变量为0～32767时，对应电压信号为0～5V。
比例放大板，与比例阀配合使用，比例阀为电流驱动器件，比例放大板用于将PLC输入的0～5V电压控制信号变换成0～2A电流输出(驱动比例阀)的一独立单元。
比例阀是将比例放大板输出的电流控制其阀芯开口大小，在液压系统中用以控制液压系统的流量大小，进一步地控制执行机构的运动速度。
方向阀(换向阀)控制执行机构的动作方向。
执行机构是系统中动作的执行者，执行机构在液压系统中，在比例阀和方向阀的共同作用下，按照一定的速度能够平稳地进行诸如升、降、前进、后退、正传、反转等运动。
角度编码器：角度编码器是用来反馈执行机构举升或下降的角度，角度编码的变化量与运动速度变化量呈比例。角度编码器的反馈值0～65535对应角度为0～360度，本发明涉及的角度编码器实际反馈值在0～16383之间变化，对应角度在0～90度之间变化。
其中，比例放大板，比例阀，方向阀归属于液压系统所有，执行机构为液压系统所驱动的负载，是最终动作的执行者。
本发明是利用PLC配以专门开发的控制程序，实现液压调速参数的调整、保存、恢复。
液压调速的几个主要参数为：启动电压、递进电压和最大电压。
启动电压是控制液压系统能够驱动负载工作的最小电压(但不是0V)，该电压越小启动越平稳，但太小时液压系统流量不足而不能驱动负载运动，此时液压泵站虽然正常工作，但会出现负载静止不动的情况，液压调速系统的流量随温度和季节的变化较敏感，所以在液压调速控制系统中，启动电压调整很频繁，给使用带来很多不便。控制系统在自动整定过程中就是在“死区”与“加速区”的过度带寻找一合适点作为启动电压，例如根据本发明的某重型天线液压调速系统启动电压约1.5V。
递进电压是液压调速系统驱动负载运动时，在单位时间内控制电压的增加或减少量，递进电压越小负载运动越平稳，但负载运动时加速或减速过程变得较长；递进电压越大负载运动会出现窜动或抖动现象，负载运动时加速或减速过程较短。
在实际应用中选择一个合适的递进量，使液压调速系统驱动负载运动时既能满足负载运动的平稳性，又能满足负载运动的快速性。
液压调速系统的流量随温度和季节变化时，递进电压调整很频繁，给使用带来很多不便。控制系统在自动整定过程中就是以“秒”为时间单位，逐步微调加减速曲线的斜率，在兼顾平稳与快速的前提下寻找一合适点作为工作时的递进电压，例如根据本发明的某重型天线的液压调速系统递进电压约0.05V/循环。
最大电压是液压调速系统驱动负载运动在最大速度时的控制电压。控制电压越高负载运动速度越快，当控制电压递进至一定数值是，液压系统流量达到最大值，也即负载运动速度达到最大值。最大电压一般为额定5V或10V，但在实际应用中最大电压值小于额定电压值。控制系统在自动整定过程中就是在控制电压递进过程中，运动速度不变的那一点作为最大电压，图中曲线平顶部分实线为实际最大电压，虚线为额定电压，根据本发明的某重型天线液压调速系统实际最大电压约4V。
基于本发明的液压调速系统工作时，就是使控制电压在启动电压与最大电压之间动态调整，使液压系统驱动负载运动时既能满足负载运动的平稳性，又能满足负载运动的快速性。
在设备第一次使用，或季节、海拔变化；或比例放大板、比例阀、液压管路的更换或调整；或负载情况的变化时，需重新整定液压调速参数。
启动电压按照公式V＝0.01×n进行整定，公式中n为控制程序循环的次数，V为PLC输出的控制电压，如果设定程序循环的时间间隔为100ms，则意味着PLC输出电压每秒钟匀速递进0.1V，同时控制程序实时监测角度编码器反馈值在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|>10时说明执行机构已经启动，将这一时刻的V记为Vmin0，n记为n 0，同时将Vmin0-0.2作为启动电压保存，Vmin0减去0.2是为了避免温度变化时需频繁整定该参数。
启动电压整定完成则控制程序进入加速递进电压整定环节，该环节以当前时刻的Vmin0为基础，按照公式Vs＝(0.01×T)×n进行整定，式中T为秒计数器，n为控制程序循环的次数，Vs为PLC递进电压。此时的控制电压V＝Vmin0+(0.01×T)×n，如果设定程序循环的时间间隔为100ms，则意味着控制电压V在第一秒以0.1V/S匀速递进，第二秒以0.2V/S匀速递进，以此类推。同时控制程序实时监测角度编码器反馈值在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|>100时说明角度编码器反馈值产生突跳现象，也即意味着执行机构在运动过程中有抖动或点头现象。将这一时刻的Vs记为Vs1，T记为T1，n记为n 1，同时将Vs1-0.1作为递进电压保存，Vs1减去0.1是为了避免温度变化时需频繁整定该参数。
递进电压整定完成则控制程序进入最大电压整定环节，该环节以当前时刻的控制电压V以(Vmin0+(0.01×T1)×n1)为基础，按照公式V＝Vmin0+(0.01×T1)×(n1+n)以固定的速率(0.01×T1)匀速递进，同时控制程序实时监测角度编码器反馈值在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|<10时说明角度编码器反馈值增量基本恒定，意味着执行机构实际运动速度已经达到最大状态。这时将V记为V max作为最大电压保存。
基于本发明的液压调速系统作减速运动时，套用了加速运动的工作参数且完全满足要求。减速运动，控制电压由最大电压递减至停止电压时，运动部件即停止运动，停止电压大小在0V与启动电压之间都可以。
当然，也可以运行自动整定程序进行整定，整定方法完全类似，本文不再赘述。
经参数整定后的液压系统在兼顾平稳性的前提下以最大斜率进行加减速，使得液压系统调速的时间大大缩短，为特种设备重型天线自动举升与放落赢得了宝贵的时间。也大幅减小了设备运行过程中的冲击，延长整个设备使用寿命，同时能够在最短的时间内通过自动调整参数而正常工作，使得液压控制系统对应用环境的适应能力大大提高，应用范围得以大大扩展。
民用领域的拖动、牵引等设备中，也可以通过调整液压调速的最小与最大速度及速度递进量，使其使用范围更广泛。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，用于重型天线的液压调速系统中，其特征在于，所述液压调速系统包括PLC、比例放大板、比例阀、执行器和角度编码器，所述重型天线按照由启动、加速阶段、高速阶段、减速阶段、停止构成的运动速度曲线进行自动举升或放落运动，所述PLC按照整定后的电压参数来执行运动速度曲线，其中，待整定的电压参数包括启动电压、递进电压、最大电压，
启动时的启动电压按照公式V＝0.01×n进行整定，其中，n为控制程序循环的次数，V为PLC输出的控制电压，同时控制程序实时监测角度编码器反馈值，在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|>num1时判定执行机构已经启动，将这一时刻的V记为Vmin0，n记为n0，同时将Vmin0-U1作为启动电压保存；
启动电压整定完成则控制程序进入加速递进电压整定环节，递进电压按照公式Vs＝(0.01×T)×n进行整定，其中，T为秒计数器，n为控制程序循环的次数，Vs为PLC递进电压，同时控制程序实时监测角度编码器反馈值，在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|>num2时判定角度编码器反馈值产生突跳现象，即执行机构在运动过程中有抖动或点头现象，将这一时刻的Vs记为Vs1，T记为T1，n记为n 1，同时将Vs1-U2作为递进电压保存；
递进电压整定完成则进入最大电压整定环节，该环节以当前时刻的控制电压V按照公式V＝Vmin0+(0.01×T1)×(n1+n)以固定的速率(0.01×T1)匀速递进，同时控制程序实时监测角度编码器反馈值，在相邻的两个程序循环的变化差值△δ＝|δ1-δ0|<num3时判定角度编码器反馈值增量基本恒定，即执行机构实际运动速度已经达到最大状态，这时将V记为V max作为最大电压保存。
2.根据权利要求1所述的基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，其特征在于，所述角度编码器的反馈值0～65535对应角度为0～360度，所述num1为8～10。
3.根据权利要求1所述的基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，其特征在于，所述角度编码器的反馈值0～65535对应角度为0～360度，所述num2为100～150。
4.根据权利要求1所述的基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，其特征在于，所述角度编码器的反馈值0～65535对应角度为0～360度，所述num3为8～10。
5.根据权利要求1所述的基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，其特征在于，所述U1为0.1V-0.2V，以免温度变化时需频繁整定该启动电压。
6.根据权利要求1所述的基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，其特征在于，所述U2为0.1V-0.3V，以免温度变化时需频繁整定该递进电压。
7.根据权利要求1所述的基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，其特征在于，所述重型天线液压调速系统的启动电压为1.5V、递进电压为0.05V/循环、最大电压为4V。
8.根据权利要求1所述的基于液压调速的重型天线运动曲线自整定方法，其特征在于，所述减速阶段的递进电压的取值与加速阶段的递进电压相同。
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