液压机液压系统比例压力控制方法探讨.pdf

2 0 1 1 年 8月 第 3 9卷 第 1 6期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAULI CS Au g ． 2 01 1 V0 1 ． 3 9 No ．1 6 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 6 ． 0 2 4 液压机液压系统比例压力控制方法探讨 李贵闪 ，翟华 1 ． 合肥锻压机床有限公司，安徽合肥 2 3 0 6 0 1 ； 2 ． 合肥工业大学机械与汽车学院，安徽合肥 2 3 0 0 1 1 摘要介绍了液压机比例压力控制的 3种方法，即开环控制 、基于 P I D的闭环控制、加入初始信号的 P I D控制。并对 3种控制方法进行了比较。结果表明采取的加入初始信号的闭环控制算法具有控制结构简单、调试方便 、系统稳定 、精 度高等优点，完全满足该液压机对压力控制的要求。 关键词液压；比例压力控制；P I D控制 中图分类号 r P 2 7 1 ． 3 1 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 6 0 6 72 Di s c us s i o n o n M e t ho ds o f Pr o p o r t i o na l Pr e s s ur e Co n t r o l i n Hy d r a u l i c S y s t e m o f Hy d r a u l i c P r e s s L I Gu i s h a n‘ ． ZHAI Hua 1 ． H e f e i Me t a l f o r mi n g Ma c h i n e T 0 o l L i m i t e d ，H e f e i A n h u i 2 3 0 6 0 1 ，C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d A u t o m o t i v e E n g i n e e ri n g ，H e f e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，H e f e i A n h u i 2 3 0 0 1 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h r e e me t h o d s o f p r o p o r t i o n a l p r e s s u r e c o n t r o l o n h y d r a u l i c p r e s s e s w e r e i n t r o d u c e d a n d c o mp a r e d ， w h i c h we r e o p e n l o o p c o n t r o l ，c l o s e d l o o p c o n t r o l b a s e d o n P I D a n d P I D c o n t rol wi t h a d d i t i o n o f i n i t i a l s i g n als ． Re s u l t s o f c o mp a r i s o n s h o we t h a t t h e c l o s e d - l o o p c o n tr o l a l g o ri t h m w h i c h i s a d d e d wi t h i n i t i a l s i g n a l s h a s ma n y a d v a n t a g e s s u c h a s s i mp l e c o n t r o l s t r u c t u r e ， e a s y d e b u g g i n g o p e r a t i o n s ， s t a b l e s y s t e m a n d h i g h p r e c i s i o n， a n d e t e ． T h e r e q u i r e me n t s o f t h i s h y d r a u l i c p r e s s o n p r e s s u r e c o n t r o l c a n b e f u l l y s a t i s fl e d ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c；P r o p o r t i o n al p r e s s u r e c o n t r o l ；PI D c o n t rol 在液压机液压系统的比例压力控制中，大多采用 比例压力阀进行压力控制。目前大部分液压机液压系 统多采用开环压力控制，存在着压力精度低、受环境 温度及液压油温度影响大等缺点。一部分液压系统也 采用闭环压力控制，即在主缸上腔安装压力传感器， 与比例压力阀构成闭环控制 ，大多采用通用 P I D算 法 ，但这种算法在满足精度和响应速度及系统稳定性 方面存在着相互制约的缺点。作者介绍一种控制算 法 ，与通用的 P I D控制算法相比，在满足相同精度的 情况下 ，系统更加稳定 ，在减少系统偏差的同时提高 系统 的稳 定性。 1 对 系统的基本要求 以某公司的一台 R Z U 8 0 0型 8 0 0 0 k N快速薄板冲 压液压机作为测试机床进行研究。对系统压力的主要 要求为 1 压力调节范围为 3～ 2 5 M P a ； 2 在压 力调节范围内系统设定值与检测值 压力传感器输 出值压力差小于最大值的 2 ％ 0 ． 5 MP a ； 3 压力稳定时间不大于2 S ； 4 最大超调压力不大于 l MP a 2 3种控制形式的比较 2 ． 1 开环控 制 系统 首先采用开环进行控制，控制原理图见图 1 。采 用直动式比例压力阀 1 作为先导阀控制插装阀 2 。由 P L C直接给比例阀 1 设定信号，由于系统本身是非线 性的，在从 3 ～ 2 5 M P a 进行加压试验时，比例阀的设 定值与实际压力值并不能成 比例地对应起来 见图 2 ，与理想的线性直线最大差值达到 1 ． 8 MP a 。另外当 油温上升时，液压系统的压力增加值也非常大，在油 温 1 8和3 9℃进行测定，压力最大增加了1 ． 2 M P a 。 图 1 开环控制原理图 试验表明，虽然系统基本无超调，系统稳定时间 也符合要求 ，但设定值与显示值受系统的非线性和油 温的影响，出现很大偏差，无法满足要求。 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 2 4 作者简介李贵闪 1 9 7 1 一 ，男，硕士，高级工程师，研究方向为液压机的研发设计。电话 1 3 8 6 6 1 6 7 4 0 6 ，Em a i l l g s l g s 20 0 5 1 63 ．c o rn。 6 8 机床与液压 第3 9卷 00 7 0 4 0 1 0 8 0 5 0 2 0 9 O 6 O 3 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l O 比例 阀给定 信号， v 图2 开环控制给定信号与压力对应曲线 2 ． 2 采用 P I D控制的闭环控制 系统 图3为采用 P I D控制的闭环控制原理图，在开环 控制基础上增加了 P I D控制器，同时在 P L C软件中， 把压力传感器的反馈值与设定值 进行求差值运算， 然后输入 P I D控制器 ，P I D控制器的输出控制比例阀。 ◇ ⋯ 一 1 ⋯⋯⋯ _ { ⋯囱 岳 ～ 一一 ⋯． 图3 常规 P I D控制原理图 首先设置积分系数 K 0 、微分系数 K 。 0 ，依 次从小到大增加比例系数 进行试验 ，用示波器对 压力进行检测，结果显示在 为3 0时，系统基本无 震荡和无超调，但系统设定压力与实际压力最大差值 达到 8 ％。继续增 加 值 ，系统开 始发 生震 荡。 K 8 0 ，设定压力为 1 0 MP a时，系统发生 4次震荡 才趋于稳定，震荡时间达到 2 ． 8 s ，而且设定值与实 际值最大差距仍然达到 1 ． 1 M P a 。 把 设为2 0 ，然后把 K 设为 4 ，把 ％ 设为 1 ， 设定压力为 1 0 MP a 进行试验，结果显示系统震荡加 剧，系统经过大约 3 ． 2 s 后才基本趋于稳定。可见加 入积分项和微分项后，虽然提高了系统的最终压力精 度，但系统震荡加剧，达到需要精度的时间也过长， 仍然不能满足液压机对系统的需要。 经过多次改变 、 、K 。的参数进行试验，都 不能在 3～ 2 5 M P a 范围内均达到系统的要求 ，可见 普通 P I D控制系统很难满足系统的控制要求 ，而且参 数设定过于依赖现场调试。 2 ． 3 加 入初 始信 号 的 P I D控 制 图4为加人初始信号的闭环控制系统，在 P I D闭 环控制系统基础上增加开环输入 和求和计算器， P I D的输出与开环设定 求和后再输出给 比例 阀。 此种控制系统很大程度上削弱了 P I D的输出，P I D的 输出只是把开环控制出现的差值进行修正。 ⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 一 囱 图4 加入初始信号的闭环控制系统 首先 按第 2 ． 1节开环控制进行取值，同时另 K I 0 、K D 0 、 3 0进行试验 ，结 果在 3～ 2 5 M P a 范围内设定值与实际值非常接近，最大差值只有 0 ． 3 MP a ，在示波器中测试系统的稳定时间均小于 1 ． 8 S ， 系统的超调小于0 ． 5 M P a 。减少 值，适当加入积分 和微分项，系统精度得到进一步提高，稳定时间更短。 由于仅仅使用 P I D中的比例环节就可满足系统的 要求 ，控制就变得非常简单了，最后在该机床中取消 了P I D控制器，把 比例环节由 P L C来完成 ，得到的 结果满足 系统 的需要。 3结论 该设备最后采取的加入初始信号的闭环控制算法 具有控制结构简单、调试方便、系统稳定、精度高等 优点 ，完全满足该液压机对压力控制的要求，同时也 可推广到对速度、流量等领域的控制。 参考文献 【 1 】 周祖德． 机电一体化控制技术与系统[ M] ． 华中理工大 学出版社， 1 9 9 2 ． 1 ． 【 2 】 杨叔子， 杨克冲． 机械工程控制基础[ M] ． 华中科技大学 出版社， 2 0 0 5 ． 上接 第4 4页 所设定的压力时，则发出电信号，进行铣削加工。当 真空破坏电磁阀7通电后 真空供应电磁阀2同时断 电 ，空气经真空破坏电磁阀 7 、密闭腔 Ⅱ处进入真 空吸附夹具密封腔，消除真空，释放工件。 3结束语 该夹具结构简单、制造容易、操作方便 ，改变定 位元件型腔结构，可以加工异形薄壁零件，具有一定 的推广意义。实践证明利用该真空吸附夹具高速铣 削薄板零件有效提高了加工质量与生产效率。 参考文献 【 1 】 姚荣庆． 薄壁零件的加工方法[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 8 2 5 0 2 5 3 ． 【 2 】 袁峰， 王太勇， 王双利． 高速切削技术 的发展与研究 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 1 2 8 一 l 1 ． 【 3 】 刘守勇． 机械制造工艺与机床夹具[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 4 】 徐炳辉． 气动手册[ M] ． 上海 上海科学出版社， 2 0 0 5 ． 【 5 】张利平， 等． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 化学工业出 版社 ， 2 0 0 7 ．