三星辊扳机液压同步控制改造.pdf

第 3 期 总第 l 5 l 期 2 O 9年 6月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHAN1 CAL ENGI NEE RI NG ＆ AUT0MATl 1 N NO．3 nI n ． 文章编号 1 6 7 2 6 _l J 3 2 O J 9 O 3 一 O 3 0 2 三星辊扳机液压 同步控制 改造 钟 国强 ，苏小凡 ，张洪波 ，李世伟。 1 ．渤海船舶重工有限公 司．辽宁 葫芦岛 1 2 5 I l ；2 ．天津大学 机械工程学院．天津 3 O O O 7 2 ； { ．擒坎 液压有限公司．山酉 晋中 0 3 O 6 O 1 摘要 针对渤船重工在用的 2 5 1 o o 0三星辊扳机液压系统压下缸高精度同步要求进 行升级改造 ， 应用高频响 比例方向阀、 位移传感器等构成位置闭环系统 ． 使系统响应、位置精度等 大大提高 。 改造 后的辊压缸 系统 同 步误 差小于 O ． 2 n m1 。 关键词高频响} E 倒 罔；位置同步；高精度 ；液压 系统 中图分类号 TP 1 3 7 文献标识码 B l 问题 的提 出 2 5 1 O 0 0 o三 星 辊扳 机 是 1 9 6 8年 由一 重 专 门 为 渤船重工生产的． 其本身液压缸同步技术参数为 3 。 多年来该设备一直处于高负荷运转状态，由于维修不 及时、备件不齐全等因素，其同步精度早已达不到要 求 。针对 此 问题 ，在时间 紧 、任务 急 的情 况下 ，我们 对 该设备 辊 压液压 缸进行 同步技 术升级 。 改 造后 的辊压 缸控 制框 图见 图 1 。 图 1 改 造 后 的辊 压缸 控 制框 图 2 系统 数学模型 递 函数 为 图 2为 通常 采 用 比 例方 向 阀构 成 的 位 置控 制 系 ， ，、 ， 统 。圈 2中． ， 是 ． c ， 分别为油缸运动部分的质量、刚 ” 。， 2 ． 。 ⋯ 度 和阻尼 F ， ， 为油缸受 到的反 作用力 ； 和 分别 ；。 为 系统测 得的位移 信号 和给定 的位 移信号 。 根据 图 2 ， 式 中 比例方 向阀 的流量增 益 m 八s。 V ； 该 系统 为典型 的阀控缸伺 服系统 ，对于 只有惯性 负载 比例方 向阀 的相频宽 ，r a c l ／ s ； 的位置控制系统．图 2中各环节的传递函数可按以下 一一 比例方向阀的阻尼比，取值 0 ． 6 。 方 法求 出 4 忽 略弹性 负载时 ，执行元 件 和被 控对 象视为 1 比例放大器 由于其 转折 频率 比系统 的频宽 高 得 多，可近似为 比例环 节。 2 位移传感器 其频宽 比系统的频宽高得多， 亦 可 近似为 比例环节 。 3 比例方向阀 工程上一般视其为二阶环节 ， 传 收 碥 H朗 2 O f l j n l 一 2 “ 作者简介钟 强 1 9 6 2 ． ． 湖北 孝感人 [ 程师． 大专 。 一 个积分环节与二阶环节组合．传递函数为 。 ⋯⋯⋯⋯ 式 中 一 一 液 压缸 的有效作用 面积 ．m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 4 机 械 工 程 与自 动 化 2 O O 9年第 3期 液压缸一负载质量系统 的阻尼比， 取值 O ．1 5 叫 液 压 缸一 负 载 质 量 系 统 的 固有 频 率 ， r a d ／ s 。 可 由下式求 得 一、 ／ 。 式 中 E 液 压油体 积 弹性模 量 ，P a ； ， 包含负载和液压执行元件运动部分的总 质 量 ，k g ； ， 比例换 向阀 至液压 缸 的总容积 ，m。 。 根据图 1 、式 1 、 式 2 ， 求得系统 从 动缸 开环 传递函数为 G K K Km ／ Ah - - - -- -- -- - -- -- - - -- - -- -- -- - - -- - - -- -- -- - - _ - -- -一 ● ● ●● ●● 事 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 其 中 、K 分别 为 比例放 大器 、位移 传感 器增 益 。 图 2通 常 采 用 比例 方 向 阀构 成 的 位置 控 制 系统 3算法与 校正 影响控 制 系统 的稳 定性 和快 速性 的主要 是开环 增 益 K K K ， ／ 、液压缸的固有频率 和阻 尼 比 。而 倒 、 是不 可调 整 的 ． 、K 虽可 调整 ， 但参数调整范围也有限；液压缸面积 A 、比例阀流量 增 益 K 也是 不能调 整 的 。 为 取得较 好 的控 制效 果 ，采用 P I D算 法对 电液 同 步系统进行校正 采用增益调节器 ，其数字控制算法 为 ，，， 、 1 一 K 1 7 ’ d 。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 4 ， 』 ， 其 中 K 、 7 1 、 7 分别为比例因子和积分、 微分系数。 系统 同步 控制 效果 和 K 丁 、 丁 的取值 有关 ， K 值愈大， 则系统精度愈高， 但幅值稳定裕量将减少； 积 分作 用能够 消 除稳态误 差 ， 提高 同步精 度 ， 但 丁， 增 大 也会降低系统稳定性 ；微分作用能够改善系统的动态 性能。根据计算、试验 ，合理选取 、7 ’ ， 、7 ’ 以取得 良好 的 同步控 制效果 。 4设计 采用 榆 次 液 压有 限公 司生 产 的 P D I G一5 一T 线 性伺服比例换向阀对辊压缸回路部分进行改造，该阀 具有结构简单、抗污染能力强、控制精度高、可实现 计算机直接控制等优点。改造后辊压缸部分液压 回路 如 图 3所 示 。 l 2 一一 位 移 传 感 器 ；3 ～ 主 动缸 ；4 ～ 从 动 缸 ；5 ， 6 一 比例 换 向 阀 图 3改造后辊 压缸 部分液压 回路 通过 优 化 算 法 ，使 辊 压 缸 同 步 精 度 误 差 小 于 O ． 2 l n m， 见 图 4 ，同时根 据需 要 ，辊压缸 还可 以 以 某一 位移 差等 速斜辊 压 。这一成 功 的改造 为大型 机械 臂同步控制精度的提高奠定了基础。 、 ’ 0 【 】 4 ∞ j 0 o 0 3 x ； ， 3 O K ／ ‘ 、 【 】j l l ㈣j 1 ⋯ ， 。 ．}， o 葛 一 l i 一 1 K j 、 一 x 一 ∞ 一 3 ～ 3 o 0 一 X 一 4 O O 一 5 ∞ ； 一 5 0 n 一⋯⋯ ， ， ， ～ ～ ⋯ ～r ’ 一 ⋯一一 ⋯～一一 __ 一’ j 1 2 3 4 f ／ s 图 4 两个辊压油缸 同步跟随 曲线 参考文献 [ 1 ] 许益 民． 电 液比例控 制系统分 析与设计 [ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 O O 6 ． [ 2 ] 吴根茂． 新编实用电液比例技术[ M] ． 杭州 浙江大学出 版社 ， 2 O O 6 ． I m Dr 0 v e me nt 0 f H V dr a u l i c S V nc hr 0 ni z a t i 0 n CO nt r 0 l 0 f S t a r r i ne s s R0 l l e r ZH0NG Gu O q i a ng ． S U Xi aO f a n ． ZHANG Ho ng bO‘ ， LI Sh i we i 1 ． B oh a i Sh i p b u i l 1 i n g He a v y I l 1 d u s t r y C0． ． Lt d． ． Hu h l d a o 1 2 5 O 0 4， Ch a； 2 ．S c h o o l 0f Me c h a 【 1 j c a l Eng i n e e r mg Ti a n j i n Ul1 iV e r s i t y， Ti a n j i n 3 O O O 7 2 Chi n a； 3 ． Yu c i Hy d r a u l c s C mp a n y 0 ．． Lt d ．， 】 i n g z h0 n g O 3 0 6 O0 - Chi n a Ab s t r a c t The 25 1 O 0O s t a r r i ne s s hy dr a ul i c r o I 1 e r s ys t e n 1 ’ s hi gh pr e c i s i on s y nc hr 0ni z a t i o n i s r e 】 u e s t e d． By a p p1 y i ng p s i t i o n c l os e d l o o I s y s t e n 1 ． wh i c h c o n s i s t s o f h i g h f r e q u e n c y r e s p o n s e p r o p o r t 0 n a l v a l v e a n d d i s p l a c e me n t s e n s r ， t h e o I d s y s t e m ’ s r e s p 0 n s e pos i t i o n a nd pr e c i s i 0 n ha v e be e n i mp r 0v e d g T e a t l y． The u pd a t e d s y s t e m ’ s s y nc hr on i z a t i on e r r or wi l l be wi t hi n O ．2 mi n i me t e T ． Ke y wo r d s h i g h f r e { u e n c y r e s p o n s e p r o p 0 r t i 0 n a l v a I v e ； p 0 s i t i o n s y n c h r o n i z a t i 0 n； h i g h p r e c i s i 0 n； h y d r a u l i c s y s t e n l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m