机场货运平台拖车顶升系统液压缸的同步控制.pdf

2 0 1 3年 9月 第 4 1 卷 第 l 7期 机床与液压 MACHI NE T 0OL ＆ HYDRAULI CS S e p ． 2 01 3 Vo l _ 41 No ． 1 7 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 7 ． 0 3 1 机场货运平台拖车顶升系统液压缸的同步控制 张积 洪 ，孙 野 中国民航 大学航空 自动化学院，天津 3 0 0 3 0 0 摘要模拟货运平台拖车实际举升过程中的负载工况，提出多缸液压系统的同步控制策略，对举升液压缸采用分组 P I D控制。对其中的比例调速阀在 A M E S i m环境下建立其模型，并完成了相关参数的优化。仿真结果表明P I D控制能够 满足分组控制的精度要求，流量同步控制可以把同步误差控制在 0 ． 5 m m范围内，压力和流量同步在缓变负载下能保持优 良特性 。 关键词平台拖车；举升液压系统 ；P I D控制 ；分组控制 中图分类号 T H 1 3 7 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 71 1 43 S v nc h r O ni z a t i o n Co n t r o l o f t he Hy d r a ul i c Cy l i n de r o f t he Li f t S y s t e m i n Co nt a i n e r Lo a d e r Tr a i l e r z HANG J i h o n g ，S UN Ye C o l l e g e o f A v i a t i o n A u t o ma t i o n ，C i v i l A v i a t i o n U n i v e r s i t y o f C h i n a ，T i a n j i n 3 0 0 3 0 0 ，C h i n a Abs t r ac tThe l o a d un de r t h e r e a l l i f t i ng c o n di t i o n o f t he c o n t a i n e r l o a d e r t r a i l e r wa s s i mu l a t e d．A s t r a t e g y f o r s y nc h r o n i z a t i o n c o n t r o l o f l i ft h y d r a u l i c s y s t e m wa s p r o p o s e d， wh i c h c o n t a i n e d a P I D c o n t r o l l e r for t h e s y n c h r o n i z a t i o n c o n t r o l o f t h e h y d r a u l i c c y l i n d e r s b e t w e e n g r o u p s ．T h e p r o p o r t i o n a l fl o w c o n t r o l v a l v e w a s mo d e l e d i n AME S i m s o f t wa r e ，a n d t h e o p t i mi z a t i o n s o f c o n c e r n e d p a r a me t e r s w e r e c o mp l e t e d w i t h t h e b a t c h p r o c e s s f u n c t i o n ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t i t c a n me e t t h e a c c u r a c y r e q u i r e me n t s o f c o n t r o l i n g r o u p s a n d fl o w r a t e s y n c h r o n i z a t i o n c a n r e s t r i c t t h e s y n c h r o n i z a t i o n e r r o r w i t h i n 0 ． 5 mm，p r e s s u r e a n d fl o w r a t e s y n c h r o n i z a t i o n p e r f o r ms w e l l a n d e r s l o w l y v a r y i n g l o a d ． Ke y wo r d s C o n t a i n e r l o a d e r t r a i l e r ；L i ft h y d r a u l i c s y s t e m ；P I D c o n t r o l l e r ；C o n t r o l i n g r o u p s 进口平台车在机场中占绝大多数，由于其工作特 殊性 ，具有价格 昂贵 2 0 0万以上 、行驶速度慢 5 k m ／ h 、工作场地分散的特点。文中设计的货运平台 拖车能够快速将其装卸、转运至各个工作场地，提高 平台车的使用效率。 设计了由4个液压缸同步举升的动力单元 ，将拖 车的托板由一个较低的位置举升到一定高度，使拖车 具有快速转运的3 0 k m ／ h的速度。机场平台车离地间 隙 1 6 6 m m，自身质量将近 2 0 t ，在装卸该平台车的 过程中要求平稳、安全、可靠 ，因此 ，设计了多液压 缸同步顶升托板装置 ，后车架采用悬浮半轴结构，置 于横梁上的液压缸先将托板下降到离地较低的装卸位 置 ，待将平台车装载到托板上之后 ，均布的多液压缸 顶升工作，将托板举升到较高的行驶位置。 四缸同步举升单元是该货运平台拖车的重要组成 部分 ，举升液压系统采用分组控制 ，液压缸的控制只 是通过分别比较组内液压缸的位移或速度来实时地调 节偏移。 P I D控制具有算法简单、可靠性高的特点而 被广泛应 用 ，文 中提 出了组 内 P I D控制方案 ，控制调 节比例调速阀和比例溢流阀实现双缸精确控制。运用 压力、流量混合协调控制的方案，保证拖车将平台车 快速 、完好地转运到指定 的工作场所 。 1 拖车液压顶升 系统分析 1 ． 1 托板顶升液压缸分布 托板举升液压系统由两组对称分布于轮胎半轴托 架上的4个液压缸组成 ，如图 1 所示，将分布于车两 侧的4个液压缸分为两组 ，即液压缸 1和 2为 A组， 液压缸 3和 4为 B组。托板 的举 升过 程应是 以液压缸 为动力支点 ，绕托板铰轴旋转一特定角度 ，依据几何 关系，A组液压缸总行程较 B组长，两者呈现精确的 比例关系 ，这是该拖车顶升液压缸分组 同步控制 的基 础 。 图 1 货运平台拖车举升液压缸分布图 收稿 日期 2 0 1 2 0 8 2 9 作者简介张积洪 1 9 5 6 一 ，男，硕士，教授，硕士研究生导师，研究方向为嵌入式机电控制。Em a i l y z h 1 2 6 z h 1 2 6 1 2 6 ． c o rn 。通信作者孙野，E ma i l s u n y e 3 7 6 6 1 6 3 ． c o n。 1 1 6 机床与液压 第 4 1卷 为液压缸比例调速阀的控制信号跟踪曲线，以给定液 压缸 2的调速阀的控制信号为参考量 ，通过反馈跟 踪 ，液压缸 1 的比例调速阀得到对应的控制信号 ，在 不到4 S 内控制信号达到 8 ，和作为参考的比例调速 闽的控制信号相等 ，顶升缸同步举升，控制效果达到 要 求 ；图 7给出 了举升双缸的速度跟踪曲线 ，可以看 出在位移偏差达到要求的前提下，两者的举升速度 也具有较高的一致性 。 跟 踪 速度 指令 置环 增 给定速度指 置 环增 跟 踪速 度指 令 f ； 鲁 1 ． 圣 0 ． 0 4 l 2 l6 时 间／ s 图 7 液 压双缸举 升速度信 号跟踪图 3 组间多缸整体 同步控制 拖车 的举升托板在装卸平 台车 的过程 中，要求具 备较高平稳性，即4个举升液压缸在工作过程中应具 有高度的协调一致性，同步位移、速度误差需严格控 制在合 理 的 范 围 内 。应用 A M E S i m 软 件 ，在 对 A 组内双缸同步控制仿真分析过程中，得到了要求的位 移同步精度和速度跟随特性 ，基于该原理， B组内两 个液压缸应能达到相 同的控制精度 。 骂 广 _ 1 位 移 传 恐 r．I L匝 图 8给出了基于组内 P I D同步控制的多缸同步控 7 9 ． 制原理图，在起始阶段 ，控制器将成一定比例的两个 【 2 】 强宝民， 刘宝杰． 电液比例位置控制系统的新型 P I D控 参考速度信号分别输出到2号和 4号液压缸的两个比 制算法研究[ J ] - 液压与气动， 2 0 1 2 2 1 5 1 8 ． 例调速阀，在此工作状态下，拖车托板完成平稳、精 【 3 】 单根立 一种举升式数控模拟试验台液压系统的设计 确 的举升过程 [ J ] 液压与气动 ， 2 0 1 1 9 4 9 5 0 - 仕 【 4 】 祁帅， 郭晓松． 双缸同步液压系统单神经元 P I D控制仿 ⋯二 三 速 三 孝 举 升 [51 妻 拿 ,2008例9调速5 阀- 8蒯． 航 问 题 ， 对 组 内 液 压 缸 采 用 基 于 位 置 负 反 馈 的P I D 控 制 三 技 某 , 2 0 1 1 。 1 0 8 6 8 8 ． ‘ ⋯ 一 ‘ 器，同时给出了组间多缸同步举升的控制策略。仿真 [ 6 1胡爱闽 ．基于 A M E S i 和 S i m u l i k的液压升降台同步控 结 果表 明 基于流量控制 的位置反馈 P I D控制具有优 制仿真研究[ J ] ．煤矿机械， 2 0 0 7 1 2 4 4 4 7 ． 秀 的同步特性 ，能够实现拖车托板举升过程 中的精度 【 7 】 倪敬， 项占琴， 潘晓弘． 多缸同步提升电液系统建模和控 要求 ，保证其最佳的工作状态。 制[ J ] ． 机械3 2 程学报， 2 0 0 6 1 1 8 1 8 7 ． 参考文献 【 8 】 郭晓松， 祁帅， 于传强， 等． 工程机械的节流调速液压回 【 1 】 施虎， 龚国芳， 杨华勇 ， 等． 盾构掘进机推进系统非线性 路仿真分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 6 2 0 6 2 0 8 ．