液压机调速系统改进设计

                           液压机调速系统改进设计

                         俞兴民,齐乐华,苏力争,张跃兵
               Improved Design of Hydrauhc-Machine Speed Control systemr

    摘要:文章论述了利用电液比例控制技术和计算机测控技术, 对普通液压机调速系统的不足之处进行了改进设计, 并对改进后的系统性能进行了仿真分析,仿真结果表明,该系统具有良好的动态特性和稳态特性。
    关键词:电液比例控制技术;调速系统;改进设计;仿真
              中图分类号:TH137.7 文献标识码:B 文章编号：1000-4858(2006)03-0063-02
    1 前言
    随着生产工艺的发展,对液压机的速度控制性能提出了更高的要求。而目前,国内普通液压机调速系统主要存在以下不足:① 不具有模拟量连续控制的速
度控制执行机构和环节;② 抗负载能力弱,挤压速度受负载波动的影响较大;③ 缺少速度测量和显示的功能。因此普通液压机已无法满足日益发展的工艺需
求。电液比例技术和计算机测控技术的发展,为普通液压机调速系统的改进指明了方向。本文利用电液比例技术和计算机测控技术对YA32-315A型四柱液压机的调速系统进行了改进设计。
    2 调速系统改进方案
   近年来随着微电子技术的进步,工业控制计算机性能大大提高,而价格已下降到用户所能接受的程度,且与之配套的工业模板也越来越多,开发人员只需选
用合适的工控机型和外围接口模块,根据需要选择C/C++等高级语言开发相应应用软件,便可在较短的时间内完成。而且具有很好的可维护性。

                              图1 液压机调速系统硬件组成

   本文选用某公司的PC-610工业控制计算机、PCI-1710多功能效据采集控制卡作为主要硬仵,对液压机调速系统进行改进设计。液压机调速系统硬件组成如
图1所示,其中。计箅机的主要功能是根据工作过程中反馈的参数按照一定的控制算法进行数字计算,输出相应的数字控制量,并且将传感器信号以图形和文字
两种方式显示在屏幕上;多功能数据采集控制卡将传感器所采集信号经过摸效转换后输人计算机,同时把计算机的控制信号经过效摸转换辖人电液比例流量阀;电液比例流量阀串接在液压系统主油路上(图2所示虚框位置),当关闭选路开关20,接通电液比例流量阀19时,电液比例流量阀即可根据输人电流的大小输出相应的流量,从而实现对液压机上缸的压制、回程,下缸的顶出和退回速度的完全控制。当不需要使用电液比例流量阀时,关闭19,开通20,就能恢复液压机原有结构和工作性能。

                 1.低压控制系统 2.电动机 3.轴向柱塞泵 4.三位四通电动滑阀  5.溢流阀    6、10.压力表     7、8.溢流阀
               9.三位四通滑阀   11.二位四通滑阀 12.可控单向阀 13.压力阀  14.充液阀 15,液动滑阀 16.单向阀 17.压力继电器
               18.颀序阀 19.电液比例流量阀 20.选路开关
                              图2: 3150KN液压机液压系统
   液压机系统在加入电液比例流量阀后不改变原有设备的性能特点,并且可由计算机系统进行连续控制,同时能够在计算机中实时显示。由于在液压机速度控
制系统中用数字计算机代替常规模拟控制装置,因而该控制系统还具有下述优点:
  (1)实时性好,从信号输人、运算到控制信号输出都能在一个采样周期内用极短的时间完成;
  (2)控制规律灵活、可以在线修改,并且能够实现复杂的控制规律,提高系统性能指标;
  (3)抗干扰能力强,稳定性能高;
  (4)控制精度高;
  (5)能同时控制多个回路,性价比高;
  (6)便于实现控制、管理与通信相结合,形成网络;
  (7)自动化、集成化、智能化。
    3 抗负载干扰设计
   在普通液压机的使用过程中,负载增大将导致挤压速度降低,因而难以实现恒速挤压。为消除负载干扰,提高挤压速度的控制性能,本文采用前馈补偿与
PID反馈控制相结合的基本控制策略,如图3所示,前馈通道通过压力传感器测量负载,并根据负载压力的变化,使用数字压力补偿器,对电液比例阀的控制电流进行数字补偿,使挤压速度不受负载扰动的影响,从而使速度抗干扰性得到提高。

                                    图3 液压机速度控制方案
    4 仿真分析
   使用Simulink软件对速度控制系统进行仿真,液压机目标速度取9mm/s的阶跃输人,阶跃函数起始时间为零,并在1s处加一随时间增大的负载,得到的仿真曲线如图4所示。由图4可见,控制系统只需0.2s便能达到稳态值,超调量不到2%,稳态误差也控制在0.1mm/s以内,当加入负较干扰后,系统能快速恢复到稳态值,且输出的挤压速度不随负载的增大而减小。说明液压机的调速系统经过改进后,不仅使系统具有良好的的动态特性和稳态特性。而且使系统抗负载干扰的能力得到了很大提高。

                                图4 液压机速度控制系统仿真曲线
     5 结论
   利用电液比例技术和计算机技术,对普通液压机调速系统进行了改进设计。使挤压速度的控制性能得到了很大提高,从而可以扩大液压机的适用范围,创造
出良好的经济效益。
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