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自由锻造四柱液压机策略

四柱液压机

自由锻造四柱液压机活动横梁控制特性

    实现自由锻造四柱液压机每分钟锻造次数高、尺寸控制精度好以及振动小等要求,关键措施是获得理想的主控阀组控制特性,即在尽可能小的液压冲击和机械振动前提下,优化主控阀组的启闭规律。
已有研究表明[31,自由锻造四柱液压机活动横梁位移曲线为正弦曲线时(图la的曲线口),机器运行平稳。但是,在单次操作方式下,在起始时刻0和终止时刻r时,仍存在一定程度的冲击和振动,如加速度Y”曲线所示(图la的曲线c)。

四柱液压机

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    若对活动横梁的位移曲线进行修正,使其位移、速度和加速度曲线没有急剧的变化,如图lb所示位移曲线a、速度曲线b和加速度曲线C,则活动横梁运动的任何时刻,位移Y,速度y’或加速度Y’均无不连续现象,在频繁换向条件下,冲击振动最小,活动横梁的运动精度最高。因此,在实际控制中应不断调整控制策略,使活动横梁的位移曲线为如图2所示的经过修正的正弦曲线。
通过控制液压系统中的不同阀组,可以使活动横梁的行程与时间关系为一条修正了的正弦曲线,

四柱液压机

 

2.1预测型多模式模糊控制
为了进一步提高自由锻造四柱液压机技术水平,经多年努力,发展了一种预测型多模式模糊控制技术。该预测型多模式模糊控制系统结构示意图如图5所示,由预测机构、Bang.Bang控制器、Fuzzy速度控制器、Fuzzy位置控制器、控制对象及传感器组成。
根据自由锻造四柱液压机工作特点,在大偏差范围内采用Bang—Bang控制(即开关控制),在趋向目标点时采用速度控制,在接近目标点时采用位置控制,控制方式的切换时机由预测模型决定。这种控当自由锻造四柱液压机工作在不要求精确定位的范围内,由模糊速度控制器对活动横梁的速度进行控制,以获得快速性和平稳性,控制的目标值是活动横梁的速度。当自由锻造四柱液压机工作在要求精确定位的范围内,由模糊位置控制器对活动横梁的位置进行控制,以获得较高的定位精度,控制的目标值是给定的活动横梁位置。当系统出现大偏差、大扰动时,控制器切换至Bang—Bang控制,以实现对给定值的快速跟踪。

 

四柱液压机

 

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2.2预测模糊控制器设计
由于计算机向液压系统发出动作转换命令后,液压系统执行机构存在动作滞后,加以活动横梁的惯性很大,导致出现滞后和超程现象,影响控制特性与控制精度。
传统模糊控制的方法由于是“事后控制型”算法,在有大滞后现象的控制过程中会产生较强的振荡,控制效果不理想。为解决这一问题,提出了预测控制,即根据采样时刻t及前几步系统输出的历史数据,建立系统输出的下一步预测模型,然后再根据预测输出值,计算系统误差变化率的预测值dD和文f),并由此确定控制器输出“(f),实现“提前控制”的思想。
基于GM(1,1)pJ模型的灰色预测方法,依据对历史数据进行累加生成,建立数据列的预测模型,通过从整体上掌握和预测系统输出数据列的动态规律和发展趋势,对系统输出进行预测。在数据量少及含有各种不定因素影响的情况下,灰色预测方法具有较高的预测精度,能满足控制要求。该预测算法简单,实时性强,特别适合电液控制系统的快速预测控制。
自由锻造四柱液压机控制系统的灰色预测算法,是采用当前时刻系统输出的采样值灭D及采样时刻之前四步采样值的历史数据.
3 实施效果
采用自由锻造四柱液压机预测型多模式模糊控制技术,减少了四柱液压机动作滞后的影响,同时在不同区段采用不同的控制策略,锻件尺寸控制精度达到士l mm,每分钟最高锻造次数达到120次,系统的液压冲击和主机振动得到了有效控制,以上指标达到国外同类产品水平。预测型多模式模糊控制技术通过了生产实践考验,取得良好的效果,目前已在24套国产8~20MN自由锻造四柱液压机组和3套进口自由锻造四柱液压机组改造上得到应用,机组由自由锻造四柱液压机、操作机、移动砧库等组成,计算机控制,一人操作,四柱液压机与操作机能自动联动。
4结论
(1)通过对自由锻造四柱液压机工作特性的研究,提出了自由锻造四柱液压机的预测型多模式模糊控制策略。对四柱液压机的不同区段分别进行模糊速度、位置和Bang.Bang控制,获得较高的快速性、平稳性和定位精度。
(2)使用预测算法,解决液压系统执行机构存在的动作滞后和惯性对控制特性与控制精度的影响,解决高压、大流量、换向频繁工况下,对大运动惯量部件进行平稳和精确控制的技术难题,实现了自由锻造四柱液压机的高速、高精度平稳控制。
(3)应用预测型多模式模糊控制策略,以减少四柱液压机动作滞后的影响,系统的液压冲击和主机振动也得到有效的控制。
如图2所示。图2中AB段为速度渐增的缓降段;
BC段接近直线,为速度较高的快速下降段;CD段速度逐渐变小,加压主要在这一速度段进行;DE段为缓慢加压直至下停点E;EF段速度较低,以便无冲击卸压;FG段为快速回程阶段;础段回程速度渐缓直至上停点何。整个曲线具有快速平缓的特性,表明压机活动横梁速度快,冲击振动小,运动精度高。
从图2自由锻造四柱液压机活动横梁运动曲线可以看出,在一个运动行程内,上停点日和下停点E有位置控制要求,其中E点的控制精度高,必须准确定位,其他几点没有精度控制要求,仅起触发相应的控制阀组动作的开关作用,并与活动横梁的位移、速度有关。

2预测型多模式模糊控制
自由锻造四柱液压机控制策略须满足以下要求:
①对大惯量活动横梁的控制,既要做到快速和平稳,又要控制精度高,无超调。②对锻造过程和液压系统出现的外负载干扰不敏感。③根据系统的各种反馈,自动调整控制策略,具有较强的智能。④在每分钟较高的行程次数下,控制算法应简单可行,并且实时性强。
为了提高自由锻造四柱液压机的快速性和平稳性,通常将主缸及回程缸的进油和排油分开控制,多个执行元件同时作用在活动横梁这一负载上,是一个多执行机构系统(图3)。由于负载系统的联结,各个通道的输出及控制相互影响,虽然理论上可以求出控制阀组的等效输入,但必须对各控制阀进行解耦运算,求出单个元件的控制与输出响应。在实际应用中,还涉及到解耦方式的选取、解耦矩阵的确定以及大量的实时矩阵运算。此外,自由锻造液压机液压控制系统是非线性时变系统,存在较大的参数变化和大时变负载干扰,很难构造出一个完善的控制模型,因而用常规的控制方法难以取得理想效果。根据以上特点,课题组采用了智能控制理论中的模糊控制,1980年课题组在实验室完成了有关试验(图4),极大地改善了控制效果。但是该模糊控制策略相对简单,对复杂系统控制效果不理想。
的视场而使得反馈失败;过小则调节时间过长,而PD控制能够很好地协调二者的矛盾。
4四柱液压机结论
f1)在基于图像的视觉伺服控制中,利用图像矩作为特征,可以解决传统的基于特征点等方法中存在的雅可比矩阵奇异性问题,并且由于雅可比矩阵为上三角型,能够将平移和转动运动部分解耦,因此简化了控制器设计。
佗)基于遗传算法优化的最优PD视觉控制策略能够获得比常用的P控制策略更好的综合动态特性。四柱液压机通过在微轴孔的精密对准试验应用本文的算法,验证了上述的基于图像矩的视觉伺服控制的有效性,精密对准精度可以达到像素级。
(3)四柱液压机在试验中仅考虑物体平面和图像平面平行时的简单情况,对于更一般的情况需要进一步研究。

 

 

 

发布日期:2010-3-11 点击次数:2059

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