球销铆接机电液压力控制系统设计.pdf

球 销 铆 接 机 电 液 压 力 控 制 系 统 设 计★ 口叶晓光 1 , 2 口徐立 口夏春林 口邵威 1 ． 浙江大学 现代制造工程研究所杭州3 1 0 0 2 7 2 ． 浙江大学 城市学 院杭州3 1 0 0 1 5 摘要 通过分析汽车球销类产品的铆接工艺， 得 出设备加工时对系统压力有响应速度快、 无超调、 控制精度高等要 求 ， 提 出建 立电液伺服压 力控制的方案 ， 经过模型简化后在 Ma fl a b环境 下仿真。 根据仿真结果在 P L C中采 用 P I D控制算法 进行调试 ， 最终得到合适的控 制参数 ， 达到对 系统压 力的精确控制。 实践证明 ， 系统控制精度 高， 设备性能稳 定可靠。 关键词 伺服控制P I D控制精度 中图分类号 T G 9 3 8 ； T M9 2 1 ． 5 4 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 0 8 0 20 0 1 00 4 1 概 述 转 向球 销是 汽车 的重要 部件 和 安全 件 ， 对 汽车 的 整体 性 能起 到 了关键 作 用 。 在 加 工 后应 具 有 足够 的强 度 、 刚度 和使用 寿命 ， 其 合格 的衡 量指 标 为产 品的外 观 和 摆动 力 矩 的大 小 。 传 统 均采 用 直 铆 一次 成 形加 工 工 艺 ， 其 下 行 铆合 力 大 一 般 ；t E 3 5 0～6 3 0 k N ， 易 造 成 工 件变 形 。 鉴 于产 品整 体质 量 的要求 ， 本 设备 采用 滚压 铆 接S E艺 ， 其铆 合力 较小 ， 最 大允 许铆 接 力仅 有5 0 k N， 且 为 逐步 增 大 。 但在 ；O n T 程 中 压力 控制 不 当也会 造 成 摆 动力 矩 不符 合 生 产要 求 ， 所 以要 对 系统 压 力进 行 精 确 控 制 ， 使 其 满足 在 低 压 条件 下 响应 速度 快 、 无 超 调 量 、 稳 定性 好 等指 标 。 球 销 铆 接 机 系统 综合 了液 压 、 先 进 制造 、 检 测 与控 制 、 计 算 机 与 网络 等 相 关 技 术 与 学 科 ， 是具 有高 技术 装备 的 电液 系统 。 球销 铆接 机 的使 用 实 践证 明 ， 其 先 进 的 总体 结 构设 计 和 参数 优 化 配置 是 系 统 运 行 的 重 要 保 证 。 偏 差 电压信号 为 ／3,一 式 中 ， 广一 指令 电压信 号 ， 广一 反馈 电压信 号 压力传 感器方 程 为 Ut K, FFs 2 系 统总体结构 式 中 二 益 球 销 铆 接 机 由 液 压 系 统 、 机 械 装 置 、 工 控 机 、 P L C 自动化 系统 和检 测传 感器 等组 成 见 图1 。 液 压 系统是 驱 动部 分 ， 由它 来带 动机 械装 置 完成 滚压铆 接 ； P L C是 控 制部 分 ， 完成 检 测传 感 器 采 样值 的分 析 计算 和对 液 压 系 统 的 控 制 ； 工 控 机 和 P L C之 间 自行 编 制 协 议 实 现 串 口通信 。 3 液压系统数学模型 针 对设 备需 满 足 在低 压条 件 下 响应 速 度 快 、 无超 调量 、 稳定性 好 等要 求 ， 提 出建立 电液 伺服 压力 控制 系 统 的方 案 ， 该 系统 由伺 服 阀放 大 器 、 伺 服 压力 阀 、 液 压 缸和 压力 传感器 组 成 见 图2 。 ★浙江大学城市学院教 师科研基金 资助项 目 编号 J 5 2 4 0 7 0 1 9 收稿 日期 2 0 0 7 年9 月 回 2 0 0 8 ／ 2 2 伺 服放 大器 动态 可 以忽略 ， 其输 出电流 为 △， 臣 Uo 3 式 中 臣 伺 服 放 大 器 增 益 伺服 阀传递 函数 可表示 为 ／△，墨 s 4 式 中 伺 服 阀阀芯 位移 恐 伺 服 阀增 益 s 恐 1 时 伺服 阀的传递 函数 假定 负载 为质 量 、 弹性 和阻 尼 ， 则 阀控液 压缸 的 动 态 可 用 以 下 3 个 方 程 描 述 I Q L 一K q O L 1 ． ， { Q L A 豳 c V t 5 L F | A L r l 1 ． B XP KXP 机械制造4 6 卷第5 2 2 期 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 式 中 p 液 压 缸 流 量 流 量 增 益 流 量 一压 力 系 数 p 负载 质量 A 液 压 缸 活 塞 有 效 面 积 液 压 缸 活 塞 的 总 输 出值 G 液 压 缸 总 泄 漏 系 数 总 压 缩 容 积 有 效 体 积 弹 性 模 量 ／ 7 ／ , 负 载 质 量 B 负 载 阻尼系 数 卜负 载 弹 簧 刚 度 由 式 1 ～ 5 可 绘 出 控 制 系 统 的 方 块 图 ， 如 图 3 所 示 ， 图 中 。 C 由 式 5 中 的 3 个 基 本 方 程 消 去 中 间 变 量 和 ，可 以得 到 阀芯 位移 至液 压 缸输 出力 的传递 函 数 量 K q ⋯v r mK t“ 川 ] ／ [ ‰ 等 1 A p s A p 】 6 阻 尼 系 数 之 比 ， 鲁／ 1 o 液压 弹簧 与 负载 弹簧 并联偶 合 的刚 度与 负 载 质 量 形 成 的 固 有 频 率， 蛐 m √ 1 一 阻 尼 如 ／Ko 。 总 压 力 增 益 根 据 式 8 ， 图 3 可 简 化 成 图4， 得 到 系 统 的 开 环 传 递 函 数 为 G s 日 s [ K o C ． s 1 ] ／[ -- -- 1 S 2 s1 】 9 f 阻尼 系数 很 小 ’ 可 以忽略 不计 。 贝 式 中 系 统 的 开 环 增 益 ， 尼 惫A 式 6 可 简 化 成 c 。 囊 [ 惫A m t s 2 1 】 ／ [ s3 m t s 2 、 A _4 L_ s 1 】 7 式 中 凰 液压 弹簧 刚度 ， Kh 4 展 ／ 系 统 满 足 的 条 件 【 】 K h ， 即负 载 刚 度远 大 于 液压 弹 簧 刚 度 。 此 时 -O r 一垒 ， 。 一 。 A p 二 阶 振 荡 环 节 与 二 阶 微 分 环 节 近 似 对 消 ， 系 统 动 态 特 性 主 要 由液压 压缩 形 成 的惯 性 环 节 所 决定 。 将 液压 系 统 的各 参数 简化 代入得 到 闭环 传递 函数 s 1 o 4 计算机仿真分析 在 Ma t l a b环境 下 根 据 式 1 O 建 立 液 压 系统 的仿 真 模 型 ， 得 到 系 统 的 闭 环 阶 跃 响 应 ， 如 图 5 所 示 。 从 图 中可知 ， 上升 时 间不 超过 O ． 1 S ， 过 渡 过程 时 间 不超 过O ． 6 s ， 但 系 统 的超 调量 达到 3 5 ％ 以上 ， 第一 个峰 一值 振 荡 幅 度 过 大 ， 压 力 过 高 造 成 零 件 的 机械制造4 6 卷 第s z z 摆 动 力 矩 超 出 所 要 求 的 范 围 。 鉴 于 超 调 量 太 大 ， 增 大 可 以 降低 超 调量 ， 减 少 过 渡 时 间 ， 对上 升 时 间和 静 态误 差 影 响 不 大 ， 考 虑 加 入 P D 校 正 装 置 。K a一 般 选 择 为 系 统 振 荡 周 期 倒 数 的8 倍 左 右 ， 校 正 后 的 响 应 图 如 图 6 。 从 图6中可看 出 系统 的响 应 曲线 仍 是 衰 减 振 荡 型 ， 但 振 荡 次 数 显 著 减 少 ， 并 且 超 调 量 也 降 低 了 不 少 ， 现 在 的 问 题 2 咖／ 2 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 苫 ＼ 馨 鞲 ＼ 馨 鞲 时间／ s ▲图5闭环 阶跃响应 ．． 0 0 ． 5 1 1 ． 5 2 时间／ s ▲图7 P I 校正 是静 态 误 差 不 为零 ， 增 大 可 以消 除静 态 误 差 ， 应 加 入 P I校 正 装 置 。 考 虑 到 的作 用 ， 可 以 大 幅 度 降 低 ， 可 以取得 大 一点 ， 逐 步 降低 ， 如 图7 所示 。 加 入 P I 校 正 后 系统 的稳 态 值 为 1， 即静态 误 差 为 零 ， 系统 的输 出量 最终 能够 无差 地跟 踪设 定值 的变 化 。 不 过 由此 又 产生 了另外 一 个 问 题 ， 系统 的过 渡 时 间显 著 增加 ， 快速 性 降低 。 最终 考 虑 加 入 P I D校 正 ， 采用 稳 定 边界 法 求得 、 、 的参 数 ， 然 后 绘 图逐 步 调整 ， 结 果 如 图 8 。 系 统 的 响应 曲线 几 乎 和 阶跃 函数 本 身差 不 多 ， 对 于 一 般 的 控 制 系 统 ， 应 用 P I D控 制 还 是 比较 有 效 的 。 不 过 这 只 是 一 种 理 想 状 态 的 控 制 情 况 ， 还 需 要 现 场 的 调 试来 修 正控制 参数 。 5 P L C参数调试 在 P L C软 件 中提 供 了 P I D Wi z a r d， 可 以帮 助建 立 一 个 闭 环控 制 过程 的 P I D算 法 ， 只需 在 主 程 序 中调用 生成 的-7 程 序 ， 就可 以完 成 P I D控 制 任务 。 将 控 制参数 的地 址 复制 到 状态 表 中 ， 可 以在 监控 模 式 下在 线 修改 P I D参 数 。 参数 调试 合 适 后 ， 可 以在 数 据 块 中写入 ， 或 者 编 程 向 相应 的 数据 区传 送参 数 。 此外 可 通 过 P I D调 节 控 制 面 板 以 图形 方 式 来 监 视 P I E 回 路 的 运 行 ， 经 调 试控 制 参 数 ， 实 际控 制 曲线基 本 满 足设 计 要求 ， 如 图9 回 2 0 0 8 ／ 2 ＼ 馨 鞲 ＼ 馨 鞲 ＼ 馨 鞲 时间／ 。 ▲图6 P D校正 时间／ s ▲图8 la i D校正 时间／ 8 ▲图9 实际压力 控制曲线 所 刁 。 6 结束语 根据 设 备 加 工 的要 求 ， 在 电液伺 服 压 力 系 统 中加 入 了 P I D控 制 算 法 。 把 仿 真 得 到 的各 控 制 参 数 通 过 P L C在 现场 调试 中进 行修 正 。 实 践表 明 ， 压力 曲线 能 满 足预 定 的要求 。 球销 铆 接机 采用 电 液伺 服 系统装 置后 ， 大 大提高 了产 品质量 和设 备 的 自动化 水平 。 参 考 文 献 1 张飞， 童朝南 ， 彭开香． 液压位置控制系统的自适应补偿【 J 】 ． 机械工程学报 ， 2 0 0 5 ， 4 1 5 9 4 9 7 ． 2 黎启柏， 何厚礼． 电液位置伺服系统的比例 一模糊 P I D控制 机械材造4 6 卷 第5 2 2 期 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O O O O O O O O O 4 2 1 8 6 4 2 1 1 O O O O 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 焊 授 件 毛 1 丕尺 寸 基 准 硇 硼 究 口张文娟 口王晓慧 1 ． 太原重型机械集 团公 司太原 0 3 0 0 2 4 2 ． 太原科技大学 机械电子 工程学 院太原 0 3 0 0 2 4 摘要分析 了焊接件毛坯 的特 点， 从减 少机械加 工余 量、 提 高完工后零件加工 面与 非加 工面之 间的尺 寸精 度等方 面提 出焊接件毛坯 尺寸基准选择应该遵循 的原 则； 通过对矫 正机摆动 梁毛坯 尺寸基 准选择 的综合分析 比较 ， 证 明焊接 件 毛坯尺寸基准的合理选择对提高零件精度和节约原材料有重要作用。 关键 词 焊接件毛坯尺寸基 准粗基准 加工余量尺寸标注 中图分类号 T G 8 0 1 文献标识码- A 文章编号 - 1 0 0 04 9 9 8 2 0 0 8 0 20 0 1 3 0 3 1 焊接件的特点及焊接件毛坯尺寸基准选择 的意义 随 着焊 接 技 术 的快 速 发展 ， 焊 接件 越 来 越成 为 各 种 毛 坯 的 首 选 ， 其 特 点 也 日益 显 著 。 1 成形 方 便 。 焊 接 方 法灵 活 多样 ， 工艺 简 便 ； 在 制 造 大型 、 复杂 结构 的零 件时 ， 可 采用铸 焊 、 锻焊 方法 ， 化 大 为小 ， 化 复杂 为 简单 ， 再 逐 次装配 焊接 而成 。 2 适 应性 强 。 采用 相应 的焊 接方 法 ， 不仅 可生产 微 型 、 大型 和 复杂 的金属 构件 ， 也 能生产 气 密性要 求好 的 高 温 、 高 压设 备 和化 工 设 备 ； 此外 ， 采 用焊 接 方 法能 实 现异种金 属或 非金 属 的连接 。 3 生产 成本低 。 与铆接 相 比 ， 焊 接结 构可节 省 材料 1 0 ％ ～2 0 ％ ， 并 可 减 少划 线 、 钻孔 、 装 配 等 T 序 。 另外 ， 采 用 焊接 结 构 能够 按 使 用要 求 选 用材 料 。 在 结 构 的不 同部位 ， 按强 度 、 耐磨 性 、 耐 腐蚀 性 、 耐高 温等 要求 选用 不 同材料 ， 具 有更 好 的经济 性 。 收稿 日期 2 0 0 7 年9 月 传统 的焊 接件 毛坯 尺寸及 其 基 准 的选 择 仅从设 计 要求 考虑 ， 没有 考虑 具体 加工 工艺 ， 也就是 说 不论零 件 加 工 工 艺 如 何 ， 毛 坯 图 尺 寸 均 是 在 零 件 图 尺 寸 的 基 础 上 加 减 余 量 而 得 到 ， 毛 坯 尺 寸 基 准 的 选 择 并 没 有 兼 顾 具 体 加 工 工 艺 能 够 最 有 效 地 减 小 加 工 余 量 以 及 最 经 济 地 保证 加工 精度 这 一重 要 问 题 ， 这 样 不但 会 导致 工 件 各 个 面 加 工 余 量 增 大 而 浪 费 材 料 或 加 T 面 没 余 量 而 返 修或 报 废 ， 提 高 成本 ， 而且 还 会 直 接影 响零 件 加工 面与非 加工 面之 间 的尺寸精 度 ， 影 n fl b 观尺 寸 。 因此基 于 焊接件 的广 泛应 用 和焊接 毛坯 尺 寸基 准选 择这 一 问 题 ， 提 出 焊 接 件 毛 坯 尺 寸 基 准 选 择 新 方 法 有 很 现 实 的 实 际 意 义 。 2 焊接毛坯面的分类及焊接毛坯尺寸基准选 择原则 我 们 把 焊接 件 毛坯 面分 为 两类 ， 一 类 是 和加 工 面 有 联 系 的 毛 坯 面 ， 称 A类 毛 坯 面 ， 大 部 分 毛 坯 面 属 于 此 类 毛 坯 面 ， A类 毛 坯 面 中 ， 需 加 T 的 毛 坯 面 称 A1 类 研究【 J 1 ． 机床与液压， 2 0 0 6 ， 8 1 7 91 8 1 ． 3 陈宝江 ， 曹泛． 节能、 快响应、 高精度电液控制系统【 J 1 ． 机械 工程学报 ， 2 0 0 5 ， 4 1 5 1 9 11 9 5 ． 4 许宏光， 曹健， 赵阳． 直驱式电液伺服系统及其在注塑机上的 应用【 J 1 ． 机床与液压， 2 0 0 5 ， 3 1 1 91 2 0 ． 5 彭熙伟 ， 耿庆波， 王晓平． 轧机液压压下电液伺服控制系统设 计【 J 1 ． 液压与气动， 2 0 0 4 ， 9 2 93 1 ． 6 白继平， 许德辉． 基于 M A T L A B下的P I D控制仿真【 J 1 ． 中国 航海 ， 2 0 0 4 ， 6 1 4 7 78 O ． 7 刘金琨． 先进 P I D控制及其 M A T L A B仿真【 M1 ． 北京 电子工 g t i g i 4 6 卷第5 2 2期 业 出版社 ， 2 0 0 3 ． 8 欧阳黎明． MA T L A B控制系统设计【 M1 ． 长沙 国防工业出版 社 ， 2 0 0 1 ． 9 王春行． 液压伺服控制系统【 M1 ． 北京 机械工业出版社， 2 O0 0． 1 0 S a mo G e r k s ，G r e g o r Do l a n c a ， Da mi r Vr a n c ． A d v a n c e d C o n t r o l A l g o r i t h m s E m b e d d e d i n a P r o g r a m ma b l e L o g i c C o n t r o U e r [ J 】 ． C o n t r o l E n g i n e e ri n g P r a c t i c e ， 2 0 0 6 ， 1 4 9 3 5 9 4 8 ． △ 编 辑 禾 禾 2 0 0 ／ 2 回 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m