全自动液压伺服压力机控制系统的研制

全自动液压伺服压力机控制系统的研制

《机床与液压》20041No12 39

全自动液压伺服压力机控制系统的研制

李军伟,张鲁邹,赵玉刚

(山东理工大学,淄博255012)

摘要:本文针对某一型号砂轮压机的性能要求,对其电液伺服控制系统进行了设计。为使系统具有动态相应快、稳态精度高的特点,采用混合型模糊PID控制器。当系统的偏差较大时,采用模糊控制,加快系统的响应过程,当系统的偏差小于某一值时,在模糊控制的基础上加入积分控制保证系统的精度。实测结果表明,本文所采用的控制方式完全能够满足砂轮压机的要求。

关键词:液压压机;电液伺服系统;模糊控制;PID中图分类号:TH137　　文献标识码:A　　文章编号:1001-()2-DesignofHydraulicServoLIJun2weiZH,2(,Z255012,China)

Abstract:ofofhydraulicservosysteminhydraulicpresseraccordingtoitsdemandsforthehydraulicservoviafuzzycontrolandlocalPIcontrolisusedinthispaper.Whenthedeviationbetweeninputandoutputislarger,fuzzyisaloneusedtospeedupthedynamicprocess.ThePIcontrolleristhenaddedinordertoachievehighaccu2racywhenthedeviationissmallerthanagivenvalue.Theexperimentresultsshowthattheproposedapproachissuitableforthecontroloftheelectrohydraulicservosysteminpresser.

Keywords:Hydraulicpresser;Electrohydraulicservosystem;Fuzzycontrol;PID

为提高砂轮压机的自动化程度,满足高精度产品的要求,对某型号的砂轮压机进行了技术改造。把自行研制的液压伺服压机自动控制系统装备到该压机上后无论是在动作顺序控制的可靠性、准确性方面,还是在液压伺服油缸的重复定位精度、动态特性方面,都达到或超过了设备原有的技术指标。1　砂轮压机的组成及工作原理

砂轮压机的结构组成如图1所示。该压机主要由摆臂5、1#和2#两个模具、加料伺服液压缸6、砂轮压制液压缸4、料箱1、传送带2和往复加料器3组成。图中的7和8是构成模具的模板和模套。

砂轮压机的工作原理可分为如下几个过程:

图1　压机结构原理图

加料过程。根据砂料对工艺的要求,制作一片砂

轮往往需要进行多层加料,每层料之间加一层玻璃纤维网。每次加料的多少,是由加料伺服液压缸6控制模板7相对于模套8上表面的位置(即模腔深度)来实现的。模板每到一个模位,往复加料器3在顺序控

制系统的控制下自动进行一次加料。加料完成后,伺服液压缸的活塞杆回到最下端位置,如图1所示,以便于摆臂旋转。图2所示为两次加料过程中模位变化示意图。图2(a)和图2(b)分别为一次加料和二次加料结束时,模位和伺服油缸的位置状态,显然,加料的多少与伺服油缸的位置精度有密切的关系。图2(c)为加料结束时,模位和伺服油缸的位置状态。

压制过程。1#模具加料完毕后进行脱模(如图2中的(c)图所示)、摆臂旋转,使其到达压制工位(图1中压制液压缸4下面的位置),同时,2#模具到大加料工位(图1中加料液压缸6上面的位置)。此时压制油缸的活塞杆向下运动,进行加压,当达到一定压力时,开始保压,

保压一段时间后卸压,压图2　加料过程示意图制油缸的活塞杆退回,压

制过程结束。在1#模具进行砂轮压制的同时,2#模具的加料自动进行。

该压机具有两个工位,砂轮的加料和压制可同时进行,由于其整个生产过程的高度自动化,自动加料、自动脱模、自动摆臂、自动加压、自动卸压,加工效率是一般手动控制压机的10倍以上。2　压机对加料伺服系统的要求

该压机对砂轮厚度的控制是通过模腔深度的精确控制来实现的,而模腔深度的精确控制又取决于加料伺服油缸的定位精度和重复定位精度,因此,为保证砂轮厚度的稳定,对加料液压伺服系统的定位精度提

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出了较高的要求。另外,大多数砂轮的加工都要进行多次加料,每次加料的多少都是通过加料伺服油缸的位置进行控制的,为提高砂轮的加工效率,要求加料伺服油缸在每次切换位置时,要在尽量短的时间内达到稳定状态。压机对加料伺服系统的要求是,具有较快动态响应的同时,要具有较高的稳态精度。3　液压伺服系统控制原理

液压伺服系统具有响应速度快、负载刚度高等许多显著的优点,但也有许多不利于控制的因素,如油液的可压缩性、

控制阀流量的非线性以及由于泄漏和磁滞所产生的死区等,难度。[1为了解决外负载扰动对系统的干扰,文献[2]采用一种模型跟踪自适应的控制方法,试图解决当系统受到外负载干扰时,液压伺服系统的控制问题。然而,模型跟踪自适应控制的自适应机构较复杂,计算工作量大,对于快速响应的液压伺服系统来说难以达到良好的实时性。对电液伺服系统而言,滑模控制[3]是一种较有效的控制方法,但是,滑模控制的不足在于高频颤振信号对系统稳定性产生的影响。虽然有多种措施[4-5]可以缓减颤振,但是这些措施都不能保证系统收敛于滑模状态,并使得颤振的减小与系统的鲁棒性产生矛盾。模糊控制[6-7]是近几十年来发展起来的一种新型的智能控制方法,在数学模型不确定甚至模型未知的系统控制方面显示了其独特的优越性。为使液压伺服系统既具有较快的动态响应又具有较高的稳态精度,常把PI控制策略引入到Fuzzy控制器中,构成Fuzzy-PI(或PID)复合控制。目前常用的有混合型模糊PID控制器[8]和开关切换Fuzzy-PID控制器[8]。混合型模糊PID控制器是把模糊控制与积分控制同时作用于被控对象,使得两种控制相互影响,不利于充分发挥这两种控制各自的特点。开关切换Fuzzy-PID控制器虽然避开了前一种控制的缺点,但是当系统由Fuzzy控制向PID控制切换时相当于给系统一种干扰,影响了系统的调节过程。为使砂轮压机的加料液压伺服系统既具有较快的动态响应又具有较高的稳态精度,本文采用一种模糊控制与局部积分控制相结合的控制方式。当系统的偏差较大时,采用模糊控制,对系统的偏差进行快速调节以加快系统的响应过程;当系统的偏差小于某一值时,在模糊控制的基础上加入积分控制以保证系统的精度。控制原理如图3所示。

图3中的控制器主要由Fuzzy控制器、PI控制器和积分判断机构三个部分组成,当系统的偏差|e|>e0时,主要由Fuzzy控制器对系统的偏差进行调节,

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使系统具有较快的动态响应。当系统的偏差|e|≤e0时,加入积分控制以保证系统的精度。其中e0的选取十分关键,若e0过大,PI控制器过早的加入将影响Fuzzy的控制效果;若e0过小,将难以达到理想的稳态精度。

图3　控制系统原理图

4　模糊控制器设计

模糊控制器的性能对系统的控制特性影响很大,而控制器的性能在很大程度上取决于模糊控制规则的确定及其可调整性。为使被控系统具有满意的控制效果,本文采用控制规则可调整的模糊控制器。

设误差E、误差变化EC及控制量U的论域为

(1)E=EC=U={-m,…,-1,0,1,…,m}

则在全论域范围内的模糊控制规则为

)EC>(2)U=<αE+(1-α

函数<x>表示一个取整函数,显然对于一个给定的α,就对应着一组控制规则,当α变化时,整个控制规则就相应变化。当α较大时,控制规则偏向于E,当α较小时,控制规则偏向于EC,所以,如何改变α是系统设计的关键。由于控制系统的实质最终反映在对系统误差e和e的控制上,因此α的

α可按下式取值变化必然与系统的误差e和e有关。

α=β(3)0|E|+β1上式中,β0和β1的取值与模糊变量E、EC、U的论域有关。当误差较大时,控制系统的主要目的是尽快消除误差,此时误差的权重系数应取大些。而当误差较小时,为保持系统稳定,此时误差变化的权重系数应取大些。这种控制规则可按系统误差的大小自动在线调整权重系数。5　测试结果及结论

将研制的电液伺服系统装备到所改造的砂轮压机上,经调试后,达到了砂轮压机原有的技术水平。该电液伺服系统具有动态响应快、稳态精度高的特点,且结构简单调整方便。对所生产的某一型号的砂轮(厚度为3mm公差为±013mm)进行了实际测试,结果如表1所示。测试结果达到了产品的要求。

表1　的砂轮实测结果(mm)

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

测试结果312312313312311312219310313312

参考文献

(下转第90页)

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示(注意字母“O”、“Z”分别与数字“0”、“2”的区别)。

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图3　7×5点阵字符字模图样

3　点阵式字符的字形控制

311　字形的分辩率及影响因素

这里字形的分辨率是指辩认点阵字符中由点所构成的笔划的难易程度。其影响因素主要有两个方面:一是点密度(组成单个字符的点数);比(,(,示出,,点密度越大,字符的分辨率越高,但这要增加喷枪的数量或喷印的次数,从而降低了喷印效率并相应增加了成本。径距比是影响字形分辨率的另一个重要因素。设字符点阵中点的直径为Φ,点的间距为h,径距比为ζ,则ζ=Φ/h。图4表示出不同ζ下的字形效果。

由图4可以看出,当1<ζ<2时,字符的清晰度较高,视觉效果较好。因此,ζ这一参数将成为喷枪与喷印表面的间距和喷枪的涂料

喷出量调整(即改变字符点图4　径距比对分辨率的影响阵中涂料圆点大小)的重要依据。312　字形的结构及控制

字形的结构是指字符点阵的排列形式。它主要取决于两个方面:一是组成字符点阵的列点数;二是字符的行、列点数比。字符点阵的列点数一般受喷枪数限制,如果字符是由一支喷枪在一次喷印中完成的,则字符点阵中列点的最大点数就是喷枪的数量。(上接第40页)

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如果字符的最大列点数超过了喷枪的数量,那么一行字符必须经多次喷印才能完成,这不仅增加了喷印次数和延长了喷印时间,而且对喷枪的定位和移动速度的控制精度要求较高,否则,当相邻两次喷印的对接错位,字符将变形。字符的行点数则可以视字符的结构需要,通过喷印控制软件控制喷枪的喷印规律来改变。图3列举的是7×5点阵字符,即由7支喷枪喷印5次完成一个字符。77×9的点阵,5或5×9的点阵字符。4图5()5(a)相比,在原有7×5点阵的每两个点列之间增加了一个喷印列,共

增加4列。增加的点列用于图5　不同点阵的字形结构字符的斜笔划点的喷印,于是形成了7×9点阵字符。每一行的最大点数虽仍为5个,实际上这是隔列喷印的结果。图5(c)的结构与图5(b)类似,只是纵向点列由5个点构成,字符的高宽比发生了变化。

4　结论

通过以上分析可知,钢铁产品点阵式打印机的字符成形原理类似常见的针式打印机,组成字符的点的大小可通过打印头与工件的相对距离调节,分辨率受点密度和点距比影响,字形的结构可根据组成字符点阵的点数及行、列点数比灵活设计,分辨率的提高以打印效率的降低和打印成本的增加为代价。

参考文献

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收稿时间:2003-01-16

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1lj4.html