液压同步控制在连续热压机预压机上的应用.pdf

2 0 1 3年 2月 第 4 1卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS F e b ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 2 6 液压同步控制在连续热压机预压机上的应用 郭颖，辛杨桂 ，谭利华 ，陈艺 广州机械科学研究院有限公司液压研究所，广东广州5 1 0 7 0 0 摘要针对某连续热压机生产线预压机上的六缸液压同步控制系统，采用闭环控制方法，实现了死区补偿、精确定位 等控制要求。 关键词液压同步控制；多缸位置控制；多缸速度同步控制 中图分类号T P 2 7 ；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 4 0 8 9 3 Ap pl i c a t i o n o f Hy dr a u l i c S y n c h r o ni z a t i o n Co n t r o l Us e d o n Pr e - pr e s s o f Co nt i nu o us Ho t Pr e s s G UO Yi n g ，XI N Ya n g g u i ，T AN L i h u a，C HEN Yi H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ，G u a n g z h o u Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g R e s e arc h I n s t i t u t e C o ． ，L t d ． ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 7 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e h y d r a u l i c s y n c h r o n i z a t i o n c o n t r o l s y s t e m w i t h 6 c y l i n d e r s o f o n e p r e p r e s s o f t h e c o n t i n u o u s h o t p r e s s p rod u c t i o n l i n e ， b y u s i n g c l o s e d l o o p c o n t r o l p r o c e s s i n g mo d e，t h e c o n t r o l r e q u i r e me n t s o f c o mp e n s a t i n g f o r d e a d - t i me a n d p r e c i s e p o - s i t i o n i n g a r e a c h i e v e d c o n s e q u e n tl y ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c s y n c h ron i z a t i o n c o n t rol ；Mu l t i c y l i n d e r p o s i t i o n c o n t r o l ；Mu l t i c y l i n d e r s p e e d s y n c h ron i z a t i o n c o n t r o l 2 0世纪 6 0年代各种结构简单的电液伺服阀相继 问世，随着现代电子技术特别是微电子集成技术和计 算机技术的发展，工业伺服技术和电液比例技术得以 迅速发展。于是，各类民用工程对电液控制技术的要 求显得越来越迫切和广泛。 伺服控制的主要特点是 以高性能 的伺服阀为 基础的闭环控制 ，响应快、精度高、无死区，适用 于对控制精度要求很高的场合。但 由于伺服控制元 件对油液等工作介质的清洁度要求非常高 ，成本 昂 贵，系统能耗比较大 ，使得很多设备对伺服控制望 而却步 。 电液比例技术以传统工业用液压控制阀为基础 ， 通过采用可靠、价廉的模拟式电 一 机械转换器和与之 相应的阀内部结构设计来获得对油液要求与一般工业 阀相同或相近的电液比例阀。其价格低廉 ，阀内压力 损失低 ，并且维护方便，维修简单。 比例控制在液压同步控制上的运用能够简化液压 系统，大幅度降低成本，并且可以实现复杂的过程控 制。特别是随着控制理论及计算机的发展 ，电子技术 和液压技术的结合以及新型液压元件产品的推出，数 字化新技术融入到液压产品中。比例控制的液压同步 系统可以获得较高的同步精度 ，因此 ，闭环控制的液 压同步系统几乎在所有需要高同步精度驱动的各类机 械装备中都得到广泛应用⋯。 1 调试前必备条件 文中研究对象是阀控六缸电液比例系统 ，液压缸 参数 缸径为 1 4 0 m m，活塞杆径为 8 0 m m；缸径为 2 8 0 m m，活 塞 杆 径 为 1 4 0 m m。油 缸 行 程 均 为 2 6 0 m m，分布在预压机左右两侧，负载均不相同，支撑 起预压机 ，压下过程中对物料进行定型、排气。油缸 位置示意 图见 图 1 。 图 l 预压机油缸位置示意图 液压系统调试前的准备工作 1 油液清洁度要求 在调试前 ，必须要确保液压系统清洁度符合液压 系统所有元件的清洁度标准。在热压机生产线中，若 收稿 日期 2 0 1 2 0 1 0 6 作者简介郭颖 ，女，学士 ，工程师 ，研究方向为机电液一体化设计与制造、电液比例／ 伺服控制。Em a i l g u o y i n g 2 0 2 0 1 2 6 ． c o m。 9 0 机床与液压 第 4 l卷 不重视 清洁度 问题 ，在油 液清 洁度 没有 达 标 的情况 下进行调试，将付出惨重代价。不但不能达到预期 进度 目标 ，反而 大大拖 后 了进度 ，严 重损 坏 系统 的 性能 。 除了保证系统清洁度之外，还要对系统进行二次 污染 的预 防 ，比如 可靠 的密 封性 能 、合 适 的油 温控 制。 2 对油缸进行排气 油液中气体一般以直径为 0 ． 2 5～ 0 ． 5 m m的气泡 悬浮在油液中，当系统加压，油液体积弹性模数 卸 声 剧变化，液压系统的稳定性能变差，动态 特性恶化。另外，由于加压溶解于油液中的气体在压 力降到一定程度时会析出并产生大量气泡。 总之，油液中的气体会影响介质的压缩率 ，影响 液压系统的动态特性 ，产生不可控的较大同步误差。 所以，在调试前必须对油缸进行排气。调试初期 ，在 未对油缸进行排气的情况下对油缸进行 同步控 制 ，位 移偏差一度达到 8 m m，进 行排气 工作后 则缩小 到 了 小于 3 m m的同步偏差 。 3 油温控制 液压油黏度与液压油温度的关系可依据下列经验 公式得到 oe 一 式 中i肛为温度 时油 的动力黏度 ； 。为温 度 时的油 液动力 黏度 ； A为油液物理性质 ，属于经验值。 温度升高 ，油液动力黏度降低，油液变稀 ，则系 统的泄漏量增加，不但影响传动效率也会影响同步执 行器 的控制精度 。并且在生产过程 中，预压机 液压油 温升速度 非 常快 。基 于 这些 原 因，需 要 严 格监 控油 温 ，使其控制在 5 5℃以内。 2 比例阀死区的处理 文中选用的比例阀是力士乐带中位死区的比例换 向阀。其特性曲线如图2所示。当给定值为 0～ 2 0 ％ 时 ，阀的流量为 0 ；给定值为 2 0～ 3 0 ％ 时 ，阀的流量 只是稍稍大于 0 。 分析可得 比例换 向阀 的流量与给定值的关系表 达式近似为 ㈣ ， ≥ 。 其 中 D 2 7 。 经过实际测量 ，得到每组 阀的给定值与位移 的变 化 ，其中表 1 为第一只缸的数据。 盥 茬 为 1 MP a l，钡 足 重 力 _j I l ’ I 二 P T P B L ’ T r，／ ／ r r， ／ r 一r 一 ；_， l 一△ p 1 MP a 恒 定 2 ．△，一 2 MPa恒 定 3 --Ap 3MPa恒 定 4 一△p 5 MPa恒 定 5 - - Ap 1 0 MP a恒定 给定 ％ 注 △ p 阀的 压差 入 E l 压 力p ， 减 去负 载压 力P 并 减去 回 油压力p T 图2 阀的特性曲线 表 1 现场测量输 出值 一位移变化记录 测量时 输出／ 位移变 输出／ 位移变 间／ ms ％ 化 △ ％ 化 △ 5 4 0 0 0 0 0 5 4 0 5 0 5 0 5 4 0 l O 0 1 0 O 5 4 0 1 2 0 1 2 0 5 4 0 1 4 0 1 4 0 5 40 1 6 0 ． 01 2 1 6 0 5 4 0 1 7 0． 1 3 1 7 0 5 4 0 1 8 0 ． 4 7 6 1 8 0 ． 0 3 7 5 4 0 1 9 1 ．1 5 4 1 9 1 ． 2 29 5 4 0 2 0 1 ． 9 7 7 2 O 2 ． 0 7 6 可以分 析得 到此 阀死 区范 围为 一 1 8 ％ ～ 1 6 ％ ，因 此在对阀进行闭环控制时要对进行必要的补偿。 3同步控制算法 该液压同步系统使用西 门子 s 7 4 0 0的控制器 ， 主要采用 P I D控制算法。液压控制框图如图3所示。 匪囫 t 图3 液压同步控制框图 P I D的传统微分方程如下 [ e t e 】 将其离散化后 M K p { e n e n ≥ [ 一 1 】 “。 将离散后的 P I D方程代人，经分析与实验测试， 得到一个比较精确的算法。算法框图见图 4 。