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| 液壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì) 俞興民,齊樂華,蘇力爭(zhēng),張躍兵 Improved Design of Hydrauhc-Machine Speed Control systemr 摘 要:文章論述了利用電液比例控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù), 對(duì)普通液壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的不足之處進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì), 并對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真分析,仿真結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。 關(guān)鍵詞:電液比例控制技術(shù);調(diào)速系統(tǒng);改進(jìn)設(shè)計(jì);仿真 中圖分類號(hào):TH137.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào)：1000-4858(2006)03-0063-02 1 前言 隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展,對(duì)液壓機(jī)的速度控制性能提出了更高的要求。而目前,國(guó)內(nèi)普通液壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要存在以下不足:① 不具有模擬量連續(xù)控制的速 度控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和環(huán)節(jié);② 抗負(fù)載能力弱,擠壓速度受負(fù)載波動(dòng)的影響較大;③ 缺少速度測(cè)量和顯示的功能。因此普通液壓機(jī)已無法滿足日益發(fā)展的工藝需 求。電液比例技術(shù)和計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展,為普通液壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的改進(jìn)指明了方向。本文利用電液比例技術(shù)和計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)對(duì)YA32-315A型四柱液壓機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。 2 調(diào)速系統(tǒng)改進(jìn)方案 近年來隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)性能大大提高,而價(jià)格已下降到用戶所能接受的程度,且與之配套的工業(yè)模板也越來越多,開發(fā)人員只需選 用合適的工控機(jī)型和外圍接口模塊,根據(jù)需要選擇C/C++等高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)相應(yīng)應(yīng)用軟件,便可在較短的時(shí)間內(nèi)完成。而且具有很好的可維護(hù)性。  圖1 液壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件組成 本文選用某公司的PC-610工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PCI-1710多功能效據(jù)采集控制卡作為主要硬仵,對(duì)液壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。液壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件組成如 圖1所示,其中。計(jì)箅機(jī)的主要功能是根據(jù)工作過程中反饋的參數(shù)按照一定的控制算法進(jìn)行數(shù)字計(jì)算,輸出相應(yīng)的數(shù)字控制量,并且將傳感器信號(hào)以圖形和文字 兩種方式顯示在屏幕上;多功能數(shù)據(jù)采集控制卡將傳感器所采集信號(hào)經(jīng)過摸效轉(zhuǎn)換后輸人計(jì)算機(jī),同時(shí)把計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)經(jīng)過效摸轉(zhuǎn)換轄人電液比例流量閥;電液比例流量閥串接在液壓系統(tǒng)主油路上(圖2所示虛框位置),當(dāng)關(guān)閉選路開關(guān)20,接通電液比例流量閥19時(shí),電液比例流量閥即可根據(jù)輸人電流的大小輸出相應(yīng)的流量,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓機(jī)上缸的壓制、回程,下缸的頂出和退回速度的完全控制。當(dāng)不需要使用電液比例流量閥時(shí),關(guān)閉19,開通20,就能恢復(fù)液壓機(jī)原有結(jié)構(gòu)和工作性能。  1.低壓控制系統(tǒng) 2.電動(dòng)機(jī) 3.軸向柱塞泵 4.三位四通電動(dòng)滑閥 5.溢流閥 6、10.壓力表 7、8.溢流閥 9.三位四通滑閥 11.二位四通滑閥 12.可控單向閥 13.壓力閥 14.充液閥 15,液動(dòng)滑閥 16.單向閥 17.壓力繼電器 18.頎序閥 19.電液比例流量閥 20.選路開關(guān) 圖2: 3150KN液壓機(jī)液壓系統(tǒng) 液壓機(jī)系統(tǒng)在加入電液比例流量閥后不改變?cè)性O(shè)備的性能特點(diǎn),并且可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)控制,同時(shí)能夠在計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)顯示。由于在液壓機(jī)速度控 制系統(tǒng)中用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替常規(guī)模擬控制裝置,因而該控制系統(tǒng)還具有下述優(yōu)點(diǎn): (1)實(shí)時(shí)性好,從信號(hào)輸人、運(yùn)算到控制信號(hào)輸出都能在一個(gè)采樣周期內(nèi)用極短的時(shí)間完成; (2)控制規(guī)律靈活、可以在線修改,并且能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律,提高系統(tǒng)性能指標(biāo); (3)抗干擾能力強(qiáng),穩(wěn)定性能高; (4)控制精度高; (5)能同時(shí)控制多個(gè)回路,性價(jià)比高; (6)便于實(shí)現(xiàn)控制、管理與通信相結(jié)合,形成網(wǎng)絡(luò); (7)自動(dòng)化、集成化、智能化。 3 抗負(fù)載干擾設(shè)計(jì) 在普通液壓機(jī)的使用過程中,負(fù)載增大將導(dǎo)致擠壓速度降低,因而難以實(shí)現(xiàn)恒速擠壓。為消除負(fù)載干擾,提高擠壓速度的控制性能,本文采用前饋補(bǔ)償與 PID反饋控制相結(jié)合的基本控制策略,如圖3所示,前饋通道通過壓力傳感器測(cè)量負(fù)載,并根據(jù)負(fù)載壓力的變化,使用數(shù)字壓力補(bǔ)償器,對(duì)電液比例閥的控制電流進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償,使擠壓速度不受負(fù)載擾動(dòng)的影響,從而使速度抗干擾性得到提高。  圖3 液壓機(jī)速度控制方案 4 仿真分析 使用Simulink軟件對(duì)速度控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,液壓機(jī)目標(biāo)速度取9mm/s的階躍輸人,階躍函數(shù)起始時(shí)間為零,并在1s處加一隨時(shí)間增大的負(fù)載,得到的仿真曲線如圖4所示。由圖4可見,控制系統(tǒng)只需0.2s便能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值,超調(diào)量不到2%,穩(wěn)態(tài)誤差也控制在0.1mm/s以內(nèi),當(dāng)加入負(fù)較干擾后,系統(tǒng)能快速恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值,且輸出的擠壓速度不隨負(fù)載的增大而減小。說明液壓機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)后,不僅使系統(tǒng)具有良好的的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。而且使系統(tǒng)抗負(fù)載干擾的能力得到了很大提高。  圖4 液壓機(jī)速度控制系統(tǒng)仿真曲線 5 結(jié)論 利用電液比例技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)普通液壓機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。使擠壓速度的控制性能得到了很大提高,從而可以擴(kuò)大液壓機(jī)的適用范圍,創(chuàng)造 出良好的經(jīng)濟(jì)效益。 參考文獻(xiàn): [1] 牛占海,王宏武,劉捧.對(duì)電液比例控制系統(tǒng)的綜述[J] 機(jī)械研究與應(yīng)用,2004,I7(6):16-17。 [2] Qin Zhang,Dave R.Meinhold,John J.Krone.Valve Trans form Fuzzy Tuning Algonthm For 0pe-centre Electro-hydraubc Systems [J]. Joumal of agricultural Engineering Research,l999(4):331-339。 [3] 羅安.電液系統(tǒng)抗負(fù)載干擾控制策略的研究[J]。機(jī)床與液壓,1995(3):161-162. [4] 王慶豐,韓波,顧臨怡。電液比例速度控制抗干擾的數(shù)字壓力補(bǔ)償方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào),1997,33(6):81-85. |
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