CN115234528B - 一种拉伸机高精度双闭环控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉伸机高精度双闭环控制系统及控制方法，电液比例变量泵与拉伸机的液压缸连接，在液压泵控制器中通过编程构建：斜盘角给定单元、泵压力控制器单元、选择单元、斜盘角控制器单元和比例阀控制器单元等虚拟控制单元，构成双闭环控制系统，双闭环系统的外环采用位置反馈控制，内环采用比例变量泵本身的压力和开角反馈控制。此外，对于双液压缸系统的拉伸机，采用双闭环+伺服同步控制，高响应的伺服阀实现两侧位置及位置差的同步控制。

Description

一种拉伸机高精度双闭环控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于板材拉伸技术领域，具体涉及一种拉伸机高精度双闭环控制系统及控制方法。

背景技术

在有色金属加工行业中，板带拉伸机是板带矫直设备，专门用于铝及铝合金板材的拉伸矫直工艺，通过对板材进行弯曲矫直和强力拉伸，以消除带材的内应力，提高平直度，获得高质量、高性能的预拉伸铝板。

拉伸机的拉伸力由左右两侧的拉伸缸提供，拉伸缸能否按照设定的参数要求完成拉伸动作，关键取决于对拉伸缸的速度、力和位置的控制。对拉伸力的限定是板材拉伸保护的关键，拉伸力保护响应不及时，有可能突破被拉伸板材的最大拉力允许范围，造成板材断裂。拉伸位置控制是板材良好成形、消除应力和弯曲变形等的关键。因此，如何提高拉伸机的液压缸的控制效果是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种拉伸机高精度双闭环控制系统及控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种拉伸机高精度双闭环控制系统及控制方法：

电液比例变量泵与拉伸机的液压缸连接，电液比例变量泵采用斜盘式电液比例变量泵；由VT-HPC液压泵控制器控制电液比例变量泵；

VT-HPC液压泵控制器中通过编程构建：斜盘角给定单元、泵压力控制器单元、选择单元、斜盘角控制器单元和比例阀控制器单元等虚拟控制单元；

液压缸的位置控制器输入端连接斜坡发生器，液压缸的位置给定控制信号经过斜坡发生器输送给液压缸的位置控制器，并且液压缸动作过程中的实际位移量数据会反馈给液压缸的位置控制器，液压缸位置控制器根据斜坡发生器输出的液压缸位置控制信号和液压缸实际的位移量数据生成调节后的液压缸位置控制信号发送给VT-HPC液压泵控制器的斜盘角给定单元，由斜盘角给定单元计算出斜盘角度控制值，发送给选择单元；

液压缸的压力控制器输入端连接另一斜坡发生器，液压缸的压力给定控制信号经过该斜坡发生器输入给液压缸的压力控制器，液压缸的压力控制器输出端连接VT-HPC液压泵控制器的泵压力控制器单元，将液压缸压力控制信号发送给泵压力控制器单元，并且电液比例变量泵工作过程中的实际输出压力值也会反馈给泵压力控制器单元，由泵压力控制器单元根据液压缸压力控制器输出的液压缸压力控制信号和电液比例变量泵反馈的实际输出压力值生成调节后的电液比例变量泵的输出压力控制值，发送给选择单元；

所述选择单元的输出端与斜盘角控制器单元连接，选择单元对泵压力控制器单元发送过来的压力控制值进行判定么，判定该压力控制值是否超过设定的安全阈值，如果没有超过安全阈值，则选择单元将斜盘角给定单元发送来的斜盘角度控制值输出给斜盘角控制器单元；

斜盘角控制器单元根据选择单元输出的斜盘角度控制值并结合电液比例变量泵反馈的实际斜盘角度值，生成调节后的斜盘角度控制值发送给比例阀控制器单元，由比例阀控制器单元生成比例阀控制信号，控制电液比例变量泵的比例阀，从而使电液比例变量泵驱动液压缸完成相应动作。

在上述技术方案中，对于双液压缸系统的拉伸机，包括第一液压缸和第二液压缸，在每个液压缸分别由所述的拉伸机高精度双闭环控制系统控制的基础上，还在第一液压缸的液压回路里设置由第一高压控制泵单独供油的第一伺服阀，在第二液压缸的液压回路里设置由第二高压控制泵单独供油的第二伺服阀，通过控制第一伺服阀和第二伺服阀的动作，实现第一液压缸和第二液压缸的位置补偿调节，使第一液压缸和第二液压缸达到高精度同步运动；

控制第一伺服阀和第二伺服阀动作的控制系统包括：第一同步控制器、第一调节单元、第一流量补偿单元、第二同步控制器、第二调节单元、第二流量补偿单元。

位置给定控制数据发送给第一同步控制器，第一同步控制器同时接收第一液压缸和第二液压缸二者的实际位移平均值反馈数据，由第一同步控制器将位置给定控制值和反馈来的两液压缸实际位移平均值进行求和处理，并将求和处理后的控制数据发送给第一调节单元和第二调节单元；

同步给定控制数据发送给第二同步控制器，所述同步给定控制数据是用于控制第一液压缸和第二液压缸之间位置差值的控制值，第二同步控制器同时接收第一液压缸和第二液压缸二者之间的实际位移差值反馈数据，由第二同步控制器将同步给定控制值和反馈来的两液压缸实际位移差值进行求和处理，并将求和处理后的控制数据发送给第一调节单元和第二调节单元；

第一调节单元将第一同步控制器发送来的控制数据和第二同步控制器发送来的控制数据进行求和处理，并将处理后的控制数据发送给第一流量补偿单元，由第一流量补偿单元生成阀流量控制数据，并且第一流量补偿单元接收第一伺服阀的输出压力反馈数据，将该压力反馈数据也转换成阀流量数据作为流量补偿值，补偿后生成的最终流量控制信号对第一伺服阀进行控制；

第二调节单元将第一同步控制器发送来的控制数据和第二同步控制器发送来的控制数据进行求和处理，并将处理后的控制数据发送给第二流量补偿单元，由第二流量补偿单元生成阀流量控制数据，并且第二流量补偿单元接收第二伺服阀的输出压力反馈数据，将该压力反馈数据也转换成阀流量数据作为流量补偿值，补偿后生成的最终流量控制信号对第二伺服阀进行控制。

在上述技术方案中，所述电液比例变量泵，包括：泵体、比例阀、变量活塞、位置传感器、压力传感器，能够在一定工作压力下，通过比例阀控制变量活塞的位移，进而改变斜盘的倾角；工作时，电液比例变量泵的输出压力值和斜盘角度值都反馈给VT-HPC 液压泵控制器。

本发明的优点和有益效果为：

本发明采用电液比例变量泵与拉伸机的液压缸连接，在液压泵控制器中通过编程构建：斜盘角给定单元、泵压力控制器单元、选择单元、斜盘角控制器单元和比例阀控制器单元等虚拟控制单元，构成双闭环控制系统，双闭环系统的外环采用位置反馈控制，内环采用比例变量泵本身的压力和开角反馈控制。此外，对于双液压缸系统的拉伸机，采用双闭环+伺服同步控制，高响应的伺服阀实现两侧位置及位置差的同步控制。

铝板拉伸机采用本控制系统，不仅可实现拉伸过程对速度、力和位置的精确控制，提高材料的平直度，获得高质量、高性能的产品。

附图说明

图1是电液比例变量泵的结构示意图。

图2是电液比例变量泵的原理图。

图3是电液比例变量泵的功率、压力和斜盘角度关系图。

图4是本发明的拉伸机高精度双闭环控制系统的控制方法原理图。

图5是本发明中的双液压缸位置高精度同步控制子系统的结构和工作原理图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

一种拉伸机高精度双闭环控制系统：

拉伸机的液压缸是拉伸动作的驱动单元，本发明采用电液比例变量泵与液压缸直接连接，构成高效的液压容积控制系统，实现驱动负载的位置、速度、压力及功率的控制。

本实施例中，电液比例变量泵采用斜盘式电液比例变量泵，型号为A4VSO，A4VSO电液比例变量泵的结构参见附图1和图2，包括：泵体、比例阀1、变量活塞2、位置传感器4、压力传感器，能够在一定工作压力下，通过比例阀1控制变量活塞2的位移，进而改变斜盘3的倾角，实现排量与输入信号成比例的控制功能。工作时，实际输出压力值由压力传感器反馈，实际的斜盘角度值由位置传感器4来确定，这两个实际值(输出压力值和斜盘角度值)都将反馈给VT-HPC液压泵控制器，VT-HPC液压泵控制器是一种集成的数字控制系统，可根据IEC 61131标准进行编程，由VT-HPC液压泵控制器控制电液比例变量泵，斜盘角度值、变量泵的输出压力控制以及变量泵的功率限制通过 VT-HPC液压泵控制器控制电液比例变量泵的比例阀1得以实现。

所述电液比例变量泵的实际功率值为实际输出压力值和斜盘角度值的乘积。在静态条件下，即斜盘角度控制值等于实际斜盘角度值，功率控制值等于实际功率值，或输出压力控制值等于实际输出压力值时，阀控制阀芯位于中位。如图3所示。

参见附图4，所述的拉伸机高精度双闭环控制系统的控制方法如下：

VT-HPC液压泵控制器中通过编程构建：斜盘角给定单元、泵压力控制器单元、选择单元、斜盘角控制器单元和比例阀控制器单元等虚拟控制单元。

液压缸的位置控制器输入端连接斜坡发生器，液压缸的位置给定控制信号经过斜坡发生器输送给液压缸的位置控制器，并且液压缸动作过程中的实际位移量数据会反馈给液压缸的位置控制器，液压缸位置控制器根据斜坡发生器输出的液压缸位置控制信号和液压缸实际的位移量数据生成调节后的液压缸位置控制信号发送给VT-HPC液压泵控制器的斜盘角给定单元，由斜盘角给定单元计算出斜盘角度控制值，发送给选择单元。

液压缸的压力控制器输入端连接另一斜坡发生器，液压缸的压力给定控制信号经过该斜坡发生器输入给液压缸的压力控制器，液压缸的压力控制器输出端连接VT-HPC液压泵控制器的泵压力控制器单元，将液压缸压力控制信号发送给泵压力控制器单元，并且电液比例变量泵工作过程中的实际输出压力值也会反馈给泵压力控制器单元，由泵压力控制器单元根据液压缸压力控制器输出的液压缸压力控制信号和电液比例变量泵反馈的实际输出压力值生成调节后的电液比例变量泵的输出压力控制值(压力控制值并不是压力单位，是体现压力大小的工程值)，发送给选择单元。

所述选择单元的输出端与斜盘角控制器单元连接，选择单元根据斜盘角给定单元发送来的斜盘角度控制值和泵压力控制器单元发送来的压力控制值，在保证位置控制精度，同时避免压力超出设定值的条件下，选择输出至斜盘角控制器单元，具体的讲：选择单元对泵压力控制器单元发送过来的压力控制值进行判定么，判定该压力控制值是否超过设定的安全阈值，如果没有超过安全阈值，则选择单元将斜盘角给定单元发送来的斜盘角度控制值输出给斜盘角控制器单元；如果超过安全阈值，则不输出。

斜盘角控制器单元根据选择单元输出的斜盘角度控制值并结合电液比例变量泵反馈的实际斜盘角度值(进行求和处理)，生成调节后的斜盘角度控制值发送给比例阀控制器单元，由比例阀控制器单元生成比例阀控制信号，控制电液比例变量泵的比例阀，从而使电液比例变量泵驱动液压缸完成相应动作。

实施例二

在实施例一的基础上，进一步的说，对于双液压缸系统的拉伸机，除了每个液压缸分别配备有实施例一所述的拉伸机高精度双闭环控制系统外，还配备有双液压缸位置高精度同步控制子系统。

所述双液压缸位置高精度同步控制子系统的结构和工作原理图，参见附图5：

包括第一液压缸和第二液压缸，在第一液压缸的液压回路里设置了由第一高压控制泵单独供油的小流量高频响的第一伺服阀；在第二液压缸的液压回路里设置了由第二高压控制泵单独供油的小流量高频响的第二伺服阀；在每个液压缸分别由实施例一所述的拉伸机高精度双闭环控制系统控制的基础上，通过控制第一伺服阀和第二伺服阀的动作，实现第一液压缸和第二液压缸的位置补偿调节，使第一液压缸和第二液压缸达到高精度同步运动。

控制第一伺服阀和第二伺服阀动作的控制系统包括：第一同步控制器、第一调节单元、第一流量补偿单元、第二同步控制器、第二调节单元、第二流量补偿单元。

位置给定控制数据发送给第一同步控制器，第一同步控制器同时接收第一液压缸和第二液压缸二者的实际位移平均值反馈数据，由第一同步控制器将位置给定控制值和反馈来的两液压缸实际位移平均值进行求和处理(两液压缸实际位移平均值做负值处理)，并将求和处理后的控制数据发送给第一调节单元和第二调节单元。

同步给定控制数据发送给第二同步控制器，所述同步给定控制数据是用于控制第一液压缸和第二液压缸之间位置差值的控制值(本实施例中为0)，第二同步控制器同时接收第一液压缸和第二液压缸二者之间的实际位移差值反馈数据，由第二同步控制器将同步给定控制值和反馈来的两液压缸实际位移差值进行求和处理(两液压缸实际位移差值做负值处理)，并将求和处理后的控制数据发送给第一调节单元和第二调节单元。

第一调节单元将第一同步控制器发送来的控制数据和第二同步控制器发送来的控制数据进行求和处理(第一同步控制器发送来的控制数据为正值，第二同步控制器发送来的控制数据也为正值)，并将处理后的控制数据发送给第一流量补偿单元，由第一流量补偿单元生成阀流量控制数据，并且第一流量补偿单元接收第一伺服阀的输出压力反馈数据，将该压力反馈数据也转换成阀流量数据作为流量补偿值，补偿后生成的最终流量控制信号对第一伺服阀进行控制。

第二调节单元将第一同步控制器发送来的控制数据和第二同步控制器发送来的控制数据进行求和处理(第一同步控制器发送来的控制数据为正值，第二同步控制器发送来的控制数据做负值处理)，并将处理后的控制数据发送给第二流量补偿单元，由第二流量补偿单元生成阀流量控制数据，并且第二流量补偿单元接收第二伺服阀的输出压力反馈数据，将该压力反馈数据也转换成阀流量数据作为流量补偿值，补偿后生成的最终流量控制信号对第二伺服阀进行控制。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种拉伸机高精度双闭环控制系统，其特征在于：

电液比例变量泵与拉伸机的液压缸连接，电液比例变量泵采用斜盘式电液比例变量泵；由VT-HPC液压泵控制器控制电液比例变量泵；

VT-HPC液压泵控制器中通过编程构建以下虚拟控制单元：斜盘角给定单元、泵压力控制器单元、选择单元、斜盘角控制器单元和比例阀控制器单元；

液压缸的位置控制器输入端连接斜坡发生器，液压缸的位置给定控制信号经过斜坡发生器输送给液压缸的位置控制器，并且液压缸动作过程中的实际位移量数据会反馈给液压缸的位置控制器，液压缸位置控制器根据斜坡发生器输出的液压缸位置控制信号和液压缸实际的位移量数据生成调节后的液压缸位置控制信号发送给VT-HPC液压泵控制器的斜盘角给定单元，由斜盘角给定单元计算出斜盘角度控制值，发送给选择单元；

液压缸的压力控制器输入端连接另一斜坡发生器，液压缸的压力给定控制信号经过该斜坡发生器输入给液压缸的压力控制器，液压缸的压力控制器输出端连接VT-HPC液压泵控制器的泵压力控制器单元，将液压缸压力控制信号发送给泵压力控制器单元，并且电液比例变量泵工作过程中的实际输出压力值也会反馈给泵压力控制器单元，由泵压力控制器单元根据液压缸压力控制器输出的液压缸压力控制信号和电液比例变量泵反馈的实际输出压力值生成调节后的电液比例变量泵的输出压力控制值，发送给选择单元；

所述选择单元的输出端与斜盘角控制器单元连接，选择单元对泵压力控制器单元发送过来的压力控制值进行判定么，判定该压力控制值是否超过设定的安全阈值，如果没有超过安全阈值，则选择单元将斜盘角给定单元发送来的斜盘角度控制值输出给斜盘角控制器单元；

斜盘角控制器单元根据选择单元输出的斜盘角度控制值并结合电液比例变量泵反馈的实际斜盘角度值，生成调节后的斜盘角度控制值发送给比例阀控制器单元，由比例阀控制器单元生成比例阀控制信号，控制电液比例变量泵的比例阀，从而使电液比例变量泵驱动液压缸完成相应动作。

2.根据权利要求1所述的拉伸机高精度双闭环控制系统，其特征在于：所述电液比例变量泵，包括：泵体、比例阀、变量活塞、位置传感器、压力传感器，能够在一定工作压力下，通过比例阀控制变量活塞的位移，进而改变斜盘的倾角；工作时，电液比例变量泵的输出压力值和斜盘角度值都反馈给VT-HPC液压泵控制器。

3.根据权利要求1所述的拉伸机高精度双闭环控制系统的控制方法，其特征在于：对于双液压缸系统的拉伸机，包括第一液压缸和第二液压缸，在每个液压缸分别由所述的拉伸机高精度双闭环控制系统控制的基础上，还在第一液压缸的液压回路里设置由第一高压控制泵单独供油的第一伺服阀，在第二液压缸的液压回路里设置由第二高压控制泵单独供油的第二伺服阀，通过控制第一伺服阀和第二伺服阀的动作，实现第一液压缸和第二液压缸的位置补偿调节，使第一液压缸和第二液压缸达到高精度同步运动；

控制第一伺服阀和第二伺服阀动作的控制系统包括：第一同步控制器、第一调节单元、第一流量补偿单元、第二同步控制器、第二调节单元、第二流量补偿单元；

位置给定控制数据发送给第一同步控制器，第一同步控制器同时接收第一液压缸和第二液压缸二者的实际位移平均值反馈数据，由第一同步控制器将位置给定控制值和反馈来的两液压缸实际位移平均值进行求和处理，并将求和处理后的控制数据发送给第一调节单元和第二调节单元；

同步给定控制数据发送给第二同步控制器，所述同步给定控制数据是用于控制第一液压缸和第二液压缸之间位置差值的控制值，第二同步控制器同时接收第一液压缸和第二液压缸二者之间的实际位移差值反馈数据，由第二同步控制器将同步给定控制值和反馈来的两液压缸实际位移差值进行求和处理，并将求和处理后的控制数据发送给第一调节单元和第二调节单元；

第一调节单元将第一同步控制器发送来的控制数据和第二同步控制器发送来的控制数据进行求和处理，并将处理后的控制数据发送给第一流量补偿单元，由第一流量补偿单元生成阀流量控制数据，并且第一流量补偿单元接收第一伺服阀的输出压力反馈数据，将该压力反馈数据也转换成阀流量数据作为流量补偿值，补偿后生成的最终流量控制信号对第一伺服阀进行控制；

第二调节单元将第一同步控制器发送来的控制数据和第二同步控制器发送来的控制数据进行求和处理，并将处理后的控制数据发送给第二流量补偿单元，由第二流量补偿单元生成阀流量控制数据，并且第二流量补偿单元接收第二伺服阀的输出压力反馈数据，将该压力反馈数据也转换成阀流量数据作为流量补偿值，补偿后生成的最终流量控制信号对第二伺服阀进行控制。