CN117621533A - 一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法，硬件系统主要包括：滑块，主液压缸，回程液压缸，充液阀，比例节流阀，平衡液压缸，蓄能器，背压阀；多种复合材料模压成形工艺要求液压机滑块具备快速合模能力从而减少热损失、提升生产效率，液压机滑块的合模过程分为快速下行与工进两个阶段；本发明基于比例节流阀的压力–流量映射特性构建液压机滑块快速下行的非线性调节算法，柔性规划液压机滑块快速下行运动以及切换至工进状态的过渡运动，并且设计从快速下行阶段到工进阶段的平滑过渡调节方法，保证液压机滑块合模运行过程平稳、无冲击。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压机滑块快速下行的控制方法，特别是一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法。
背景技术
快速下行是液压机滑块运行的基本动作之一，液压机滑块快速下行速度一般远大于工进速度；大多数复合材料的压力成形工艺均属于热模压，工艺动作设计时关注于减少热量损失，要求尽可能缩减工进压制过程以外的液压机滑块动作时间；此外，随着社会对复合材料工业品需求量的急速增长，生产效率成为衡量复合材料液压机制造水平的重要指标；实现高速、平稳的滑块快速下行运动控制能够有效缩短液压机空程运行时间，从而提升复合材料制件的生产节拍、降低生产过程中的热能损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法，以高速、平稳运行为目标设计基于比例节流阀调节的滑块快速下行控制算法与运动规划算法。
本发明的技术方案如下：
液压机滑块由主液压缸与回程液压缸驱动；主液压缸在滑块快速下行时通过充液阀补充液压介质至作用腔；回程液压缸在滑块快速下行时通过比例节流阀调节排出作用腔的液压介质；平衡液压缸用于抵消滑块装配体的部分重力，平衡液压缸作用腔内的介质压力通过蓄能器调节；背压阀用于在滑块工进阶段调节回程液压缸作用腔内的介质压力；主液压缸作用腔与充液阀的b口、液压系统供液口连通；回程液压缸作用腔与比例节流阀的a口、背压阀的a口、液压系统供液口连通；充液阀的a口、比例节流阀的b口、背压阀的b口与介质收集箱连通；平衡液压缸的作用腔与蓄能器油口连通；
x s ，，/>分别是滑块的位移、速度、加速度；p a 是主液压缸作用腔内介质压力、A a 是主液压缸的作用面积；p b 是回程液压缸作用腔内介质压力、A b 是回程液压缸的作用面积；p c 是平衡液压缸作用腔内介质压力、A c 是平衡液压缸的作用面积；x s 通过位移传感器检测；p a ，p b ，p c 通过压力传感器检测；/>，/>通过数值微分计算得到。
一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法至少包括如下步骤：
步骤1：滑块在快速下行时的动力学方程为：
式中：m是滑块装配体的质量；g是重力加速度；F sc 是滑块装配体下行受到的摩擦力，为常数；滑块快速下行时的速度远大于工进时的速度，液压系统提供的介质流量来不及填充变化的主液压缸作用腔，主液压缸作用腔需要通过充液阀从介质收集箱补充吸入液压介质，所以p a ≈0；F sv 是滑块装配体下行时受到的粘滞阻力，与滑块的运行速度成正比，可建模为
式中：k sv 是粘滞系数，是一个正常数；
步骤2：平衡液压缸作用腔内介质压力p c 受蓄能器调节：
式中：V c 是蓄能器内的气体容积；p c1是滑块处于行程上限位时蓄能器的压力；V c1是滑块处于行程上限位时蓄能器内的气体容积；r是蓄能器内气体容积变化的过程指数，是一个常数；当滑块下行时从平衡液压缸作用腔内排出的液压介质进入蓄能器，蓄能器内气体被压缩、压力增高，当滑块运行到行程下限位时p c 达到最大值p c2；设滑块的行程为L s ，蓄能器的配置要求为：a) 具有大于A c ×L s 且足够的有效工作容积；b) 合理设置p c2= p c1[V c1/(V c1–A c ×L s )] r 且满足p c2＜mg，确保滑块具有符合需求的动态能力；p c1、V c1、p c2可以根据蓄能器的特性进行设置；
步骤3：基于比例节流阀的压力–流量映射特性可以得到在滑块快速下行时回程液压缸作用腔内介质压力p b 与滑块速度的关系：
式中：Q b 是滑块下行时从回程液压缸作用腔内排出的液压介质的流量；u v 是比例节流阀的控制信号；k v 是比例节流阀的流量系数，是一个正常数；p b 可通过比例节流阀调节：
结合以上步骤的推导可以得到比例节流阀控制信号u v 以滑块快速下行时各物理状态为变量的非线性函数关系式：
步骤4：规划滑块快速下行运动的期望为：
式中：x sd 是滑块运行位移x s 的期望；f s (t)是一个以时间t为自变量的高阶连续光滑函数；将滑块快速下行运动规划为4个阶段：加速段、恒速段、减速段与过渡段；比例节流阀的控制函数设定为：
将所规划滑块运动期望的函数f s (t)代入u v 的函数表达式即可得到比例节流阀在滑块快速下行加速段、恒速段与减速段的控制函数：
在滑块快速下行的过渡段，比例节流阀逐渐关闭，回程液压缸作用腔内介质压力p b 由比例节流阀调节过渡为背压阀调节；以u v1(t)在减速段终止时的值为初始值、以0为终止值设计与u v1(t)光滑连续的u v2(t)，u v2(t)的动态过程与背压阀的动态特性相匹配，从而避免过渡过程发生冲击、振动；为避免滑块下行失速，需要对u v1(t)与u v2(t)进行饱和限幅。
本发明的有益效果如下：
1、本发明基于比例节流阀压力–流量映射特性设计的液压机滑块快速下行控制方法能够实现对系统非线性动态的补偿调节，即使在滑块驱动中存在蓄能器平衡调节的强非线性过程也具备有效的应对能力，具有通用性；
2、本发明在非线性调节的前提下进一步规划液压机滑块快速下行过程的动态期望，提出滑块从快速下行转换到工进过程的过渡调节方法，确保过渡过程中系统调节切换平滑无冲击。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
图2为滑块快速下行运动的位移与速度规划期望曲线和对应的比例节流阀控制信号曲线。
图1中：1-滑块，2-主液压缸，3-回程液压缸，4-充液阀，5-比例节流阀，6-平衡液压缸，7-蓄能器，8-背压阀。
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，本发明中液压机滑块1由主液压缸2与回程液压缸3驱动；主液压缸2在滑块1快速下行时通过充液阀4补充液压介质至作用腔；回程液压缸3在滑块1快速下行时通过比例节流阀5调节排出作用腔的液压介质；平衡液压缸6用于抵消滑块1装配体的部分重力，平衡液压缸6作用腔内的介质压力通过蓄能器7调节；背压阀8用于在滑块1工进阶段调节回程液压缸3作用腔内的介质压力；主液压缸2作用腔与充液阀4的b口、液压系统供液口连通；回程液压缸3作用腔与比例节流阀5的a口、背压阀8的a口、液压系统供液口连通；充液阀4的a口、比例节流阀5的b口、背压阀8的b口与介质收集箱连通；平衡液压缸6的作用腔与蓄能器7油口连通；
x s ，，/>分别是滑块1的位移、速度、加速度；p a 是主液压缸2作用腔内介质压力、A a 是主液压缸2的作用面积；p b 是回程液压缸3作用腔内介质压力、A b 是回程液压缸3的作用面积；p c 是平衡液压缸6作用腔内介质压力、A c 是平衡液压缸6的作用面积；x s 通过位移传感器检测；p a ，p b ，p c 通过压力传感器检测；/>，/>通过数值微分计算得到。
一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法至少包括如下步骤：
步骤1：滑块1在快速下行时的动力学方程为：
式中：m是滑块1装配体的质量；g是重力加速度；F sc 是滑块1装配体下行受到的摩擦力，为常数；滑块1快速下行时的速度远大于工进时的速度，液压系统提供的介质流量来不及填充变化的主液压缸2作用腔，主液压缸2作用腔需要通过充液阀4从介质收集箱补充吸入液压介质，所以p a ≈0；F sv 是滑块1装配体下行时受到的粘滞阻力，与滑块1的运行速度成正比，可建模为
式中：k sv 是粘滞系数，是一个正常数；
步骤2：平衡液压缸6作用腔内介质压力p c 受蓄能器7调节：
式中：V c 是蓄能器7内的气体容积；p c1是滑块1处于行程上限位时蓄能器7的压力；V c1是滑块1处于行程上限位时蓄能器7内的气体容积；r是蓄能器7内气体容积变化的过程指数，是一个常数；当滑块1下行时从平衡液压缸6作用腔内排出的液压介质进入蓄能器7，蓄能器7内气体被压缩、压力增高，当滑块1运行到行程下限位时p c 达到最大值p c2；设滑块1的行程为L s ，蓄能器7的配置要求为：a) 具有大于A c ×L s 且足够的有效工作容积；b) 合理设置p c2= p c1[V c1/( V c1–A c ×L s )] r 且满足p c2＜mg，确保滑块1具有符合需求的动态能力；p c1、V c1、p c2可以根据蓄能器7的特性进行设置；
步骤3：基于比例节流阀5的压力–流量映射特性可以得到在滑块1快速下行时回程液压缸3作用腔内介质压力p b 与滑块1速度的关系：
式中：Q b 是滑块1下行时从回程液压缸3作用腔内排出的液压介质的流量；u v 是比例节流阀5的控制信号；k v 是比例节流阀5的流量系数，是一个正常数；p b 可通过比例节流阀5调节：
结合以上步骤的推导可以得到比例节流阀5控制信号u v 以滑块1快速下行时各物理状态为变量的非线性函数关系式：
步骤4：规划滑块1快速下行运动的期望为：
式中：x sd 是滑块1运行位移x s 的期望；f s (t)是一个以时间t为自变量的高阶连续光滑函数；参见图2，将滑块1快速下行运动规划为4个阶段：加速段、恒速段、减速段与过渡段；比例节流阀5的控制函数设定为：
将所规划滑块1运动期望的函数f s (t)代入u v 的函数表达式即可得到比例节流阀5在滑块1快速下行加速段、恒速段与减速段的控制函数：
在滑块1快速下行的过渡段，比例节流阀5逐渐关闭，回程液压缸3作用腔内介质压力p b 由比例节流阀5调节过渡为背压阀8调节；以u v1(t)在减速段终止时的值为初始值、以0为终止值设计与u v1(t)光滑连续的u v2(t)，u v2(t)的动态过程与背压阀8的动态特性相匹配，从而避免过渡过程发生冲击、振动；为避免滑块1下行失速，需要对u v1(t)与u v2(t)进行饱和限幅。
Claims (2)
1.一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法，其特征是：
液压机滑块（1）由主液压缸（2）与回程液压缸（3）驱动；主液压缸（2）在滑块（1）快速下行时通过充液阀（4）补充液压介质至作用腔；回程液压缸（3）在滑块（1）快速下行时通过比例节流阀（5）调节排出作用腔的液压介质；平衡液压缸（6）用于抵消滑块（1）装配体的部分重力，平衡液压缸（6）作用腔内的介质压力通过蓄能器（7）调节；背压阀（8）用于在滑块（1）工进阶段调节回程液压缸（3）作用腔内的介质压力；主液压缸（2）作用腔与充液阀（4）的b口、液压系统供液口连通；回程液压缸（3）作用腔与比例节流阀（5）的a口、背压阀（8）的a口、液压系统供液口连通；充液阀（4）的a口、比例节流阀（5）的b口、背压阀（8）的b口与介质收集箱连通；平衡液压缸（6）的作用腔与蓄能器（7）油口连通；
x s ，，/>
分别是滑块（1）的位移、速度、加速度；p a 是主液压缸（2）作用腔内介质压力、A a 是主液压缸（2）的作用面积；p b 是回程液压缸（3）作用腔内介质压力、A b 是回程液压缸（3）的作用面积；p c 是平衡液压缸（6）作用腔内介质压力、A c 是平衡液压缸（6）的作用面积；x s 通过位移传感器检测；p a ，p b ，p c 通过压力传感器检测；，/>通过数值微分计算得到。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法，其特征是：一种复合材料液压机滑块快速下行的控制方法至少包括如下步骤：
步骤1：滑块（1）在快速下行时的动力学方程为：
式中：m是滑块（1）装配体的质量；g是重力加速度；F sc 是滑块（1）装配体下行受到的摩擦力，为常数；滑块（1）快速下行时的速度远大于工进时的速度，液压系统提供的介质流量来不及填充变化的主液压缸（2）作用腔，主液压缸（2）作用腔需要通过充液阀（4）从介质收集箱补充吸入液压介质，所以p a ≈0；F sv 是滑块（1）装配体下行时受到的粘滞阻力，与滑块（1）的运行速度成正比，可建模为
式中：k sv 是粘滞系数，是一个正常数；
步骤2：平衡液压缸（6）作用腔内介质压力p c 受蓄能器（7）调节：
式中：V c 是蓄能器（7）内的气体容积；p c1是滑块（1）处于行程上限位时蓄能器（7）的压力；V c1是滑块（1）处于行程上限位时蓄能器（7）内的气体容积；r是蓄能器（7）内气体容积变化的过程指数，是一个常数；当滑块（1）下行时从平衡液压缸（6）作用腔内排出的液压介质进入蓄能器（7），蓄能器（7）内气体被压缩、压力增高，当滑块（1）运行到行程下限位时p c 达到最大值p c2；设滑块（1）的行程为L s ，蓄能器（7）的配置要求为：a) 具有大于A c ×L s 且足够的有效工作容积；b) 合理设置p c2= p c1[V c1/( V c1–A c ×L s )] r 且满足p c2＜mg，确保滑块（1）具有符合需求的动态能力；p c1、V c1、p c2可以根据蓄能器（7）的特性进行设置；
步骤3：基于比例节流阀（5）的压力–流量映射特性可以得到在滑块（1）快速下行时回程液压缸（3）作用腔内介质压力p b 与滑块（1）速度的关系：
式中：Q b 是滑块（1）下行时从回程液压缸（3）作用腔内排出的液压介质的流量；u v 是比例节流阀（5）的控制信号；k v 是比例节流阀（5）的流量系数，是一个正常数；p b 可通过比例节流阀（5）调节：
结合以上步骤的推导可以得到比例节流阀（5）控制信号u v 以滑块（1）快速下行时各物理状态为变量的非线性函数关系式：
步骤4：规划滑块（1）快速下行运动的期望为：
式中：x sd 是滑块（1）运行位移x s 的期望；f s (t)是一个以时间t为自变量的高阶连续光滑函数；将滑块（1）快速下行运动规划为4个阶段：加速段、恒速段、减速段与过渡段；比例节流阀（5）的控制函数设定为：
将所规划滑块（1）运动期望的函数f s (t)代入u v 的函数表达式即可得到比例节流阀（5）在滑块（1）快速下行加速段、恒速段与减速段的控制函数：
在滑块（1）快速下行的过渡段，比例节流阀（5）逐渐关闭，回程液压缸（3）作用腔内介质压力p b 由比例节流阀（5）调节过渡为背压阀（8）调节；以u v1(t)在减速段终止时的值为初始值、以0为终止值设计与u v1(t)光滑连续的u v2(t)，u v2(t)的动态过程与背压阀（8）的动态特性相匹配，从而避免过渡过程发生冲击、振动；为避免滑块（1）下行失速，需要对u v1(t)与u v2(t)进行饱和限幅。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104999695A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-10-28 | 浙江大学 | 一种实现液压机超低速稳定运行的电液控制系统 |
| CN106773716A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-05-31 | 福州大学 | 一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法 |
| CN107234201A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-10-10 | 武汉理工大学 | 一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统及控制方法 |
| CN112976668A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-18 | 福州大学 | 一种改善液压机被动式调平系统的前馈补偿控制系统及方法 |
| CN113524181A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-22 | 东莞市李群自动化技术有限公司 | 在线速度调整方法、设备、单元、机器人及存储介质 |
| CN114603558A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-10 | 合肥哈工图南智控机器人有限公司 | 混合空间过渡轨迹规划方法及装置 |
| CN116382098A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-07-04 | 合肥合锻智能制造股份有限公司 | 一种基于滑模控制器的热冲压运动曲线优化控制方法 |
| CN116476409A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-25 | 天津市天锻压力机有限公司 | 一种基于lft-d压机的快速合模建压电气控制系统 |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104999695A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-10-28 | 浙江大学 | 一种实现液压机超低速稳定运行的电液控制系统 |
| CN106773716A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-05-31 | 福州大学 | 一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法 |
| CN107234201A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-10-10 | 武汉理工大学 | 一种进给速度可控的重载锻压设备液压系统及控制方法 |
| CN112976668A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-18 | 福州大学 | 一种改善液压机被动式调平系统的前馈补偿控制系统及方法 |
| CN113524181A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-22 | 东莞市李群自动化技术有限公司 | 在线速度调整方法、设备、单元、机器人及存储介质 |
| CN114603558A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-10 | 合肥哈工图南智控机器人有限公司 | 混合空间过渡轨迹规划方法及装置 |
| CN116476409A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-25 | 天津市天锻压力机有限公司 | 一种基于lft-d压机的快速合模建压电气控制系统 |
| CN116382098A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-07-04 | 合肥合锻智能制造股份有限公司 | 一种基于滑模控制器的热冲压运动曲线优化控制方法 |
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