同步液压伺服激振控制系统的研究.pdf

2 0 1 2年 1 月 第 4 0卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS J a n ．2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 O OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 2 ． 0 1 4 同步液压伺服激振控制 系统的研究 刘玉绒 ，陈兴 华 ，窦 宝明 广州机械科学研究院有限公司液压研究所 ，广 东广 州 5 1 0 7 0 0 摘要采用 L a b V I E W 软件、A D ／ D A采集卡和伺服阀等对同步液压激振系统进行闭环控制、相位和幅值 自动补偿。根 据系统反馈的液压缸位移量的变化使 P I D控制器参数 、 和 自动修正。实践结果表明采用该控制系统控制同步液 压伺服激振系统，有效地解决了幅值衰减和通道不同步的问题。 关键词电液伺服系统；P I D控制；闭环控制；正弦激振 中图分类号T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2- 0 3 93 Re s e a r c h o n S y n c h r o n i z a t i o n Hy d r a u l i c S e r v o S h o c k Ex c i t a t i o n Co n t r o l S y s t e m LI U Yu r o n g，CHEN Xi n g h ua，DOU Ba o mi n g H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ，G u a n g z h o u Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g R e s e arc h I n s t i t u t e C o ． ， L T D ． ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 7 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t B y t a k i n g w a y s o f c l o s e d - l o o p c o n t r o l ，p h a s e a n d a mp l i t u d e v a l u e a u t o ma t i c c o mp e n s a t i o n wi t h L a b V I E W s o f t wa r e， AD ／ DA c o l l e c t i o n c a r d a n d s e n ro v a l v e． t h e s y n c h r o n i z a t i o n h y d r a u l i c s h o c k e x c i t a t i o n s y s t e m w a s c o n t r o l l e d ．T h e P I D’ S p ara me t e r o f K ，K i a n d K d w o u l d b e p r o g r e s s e d i n s e l f - c o r r e c t i n g w i t h s y s t e m f e d b a c k o f h y d r a u l i c c y l i n d e r d i s p l a c e me n t v a r i a n c e ． T h e p r a c t i c e r e s u h s h o w s b y a d o p t i n g t h i s s y s t e m t o c o n t r o l s y n c h r o n i z a t i o n h y dr a u l i c s c r v o s h o c k e x c i t a t i o n s y s t e m，t h e a mp l i t u d e d e c a y an d c h a n n e l n o n - s y n c h r o n o u s p r o b l e ms a r e s o l v e d v i r t u a l l y ． Ke y wo r d s E l e c t r o h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m；P I D c o n t rol ；C l o s e d - l o o p c o n t r o l ；S i n e s h o c k e x c i t a t i o n 实验室 虚拟 仪器集 成环境 L a b o r a t o r y V i r t u a l I n s t r u m e n t E n g i n e e r i n g Wo r k b e n e h ，L a b V I E W ，是 美国国家仪器公司 N a t i o n a l I n s t r u m e n t s ，N I 的软 件产品之一 ，也是 目前应用最广、发展最快、功能最 强的图形化软件 G语言 开发集成环境。L a b V I E W 中提供大量现成的图形模板，可供生成美观实 用的仪器面板 ；还提供丰富实用的数值分析、数字信 号处理等功能 ；同时，高度集成 了各种 P C I 、P X I 、 V X I 、R s _ 2 3 2 、R S - 4 8 5等标准设备及数据采集卡、网 络设备的驱动功能，通过 N I 提供的众多流行仪器的 源码级驱动程序，可轻而易举地与外部设备进行通讯 和控制。在 L a b V l E W 平 台上 ，进行数据采集系统设 计可节省大量的程序开发时间。 文中利用 L a b V l E W 开发的控制系统控制三个液 压缸，使 三缸 同步，正 弦激振 同步要 求不 大于 l 5 。 ，同步定位精度不大于0 ． 1 m m。 作者基于 L a b V I E W 的虚拟仪器图形化编程语言， 采用 A D ／ D A数据采集卡 ，实现对同步液压伺服激振 系统控制信号的产生、位移反馈信号的采集、对给定 和输入进行比较、利用 P I D算法对给定幅值和相位进 行校正等功能。 1 控制系统原理 控制系统采用主从计算机结构 见图 1 。下位 计算机利用模拟信号输出卡输出控制信号给伺服放大 器进而控制伺服阀完成 3个液压缸的位置控制功能， 同时利用数据采集卡采集位移电压信号。上位计算机 工控机显示控制界面并设定各种参数。各液压缸 的幅值补偿和相位上的同步是通过调整输入波形的幅 值和相位来实现的。 圈 } ；I 机 雨硬 4 酉雨 卜 _ 面 一 ⋯L一一 一 ⋯ ． ． _一 一 I 将控制系统分为输入、输出和处理三部分具体分 析 。 1 输入部分 液压缸活塞杆的伸出量对应位移传感器 的电信 号；此信号经过位移变送器得到了放大；再进人数据 采集卡；经过数据采集卡的转换变成计算机可识别的 数字信号。 收稿 日期 2 0 1 01 2 0 4 作者简介刘玉绒，女，工程师，主要研究方向为机电液一体化设计与制造、电液 比例／ 伺服控制。Em a i l g o o d l y r 1 63 ．c o m。 第 2期 刘玉绒 等同步液压伺服激振控制系统的研究 4 1 图6 同步液压伺服激振系统 空载 3 试 验 结果 分 析 。经 实 际测 试 ，得 到的同步液压伺服激 振控制 系统控制 曲线 见图7 。其中，系统压 力 l 0 M P a ，给 定 振 幅 1 ． 5 m I n ，频 率 5 H z ， 负载 3 0 k g ，增 益补 偿 1 ． 5 2 8 ，幅值误差 限制 不大 于 5 ％ ，同 5I S 0 g 4 9 塞 s 4 7 4 6 0 ． 0 2 5 0 ． 0 7 5 0 ． 1 2 5 0 ． 1 7 5 0 ． 2 2 5 时间， s 图7 同步液压伺服激振 系统正弦激振曲线 步定位精度 0 ． 0 5 m i l l ，频率3 0 H z 时三通道最大相位差 为 5 ． 7 。 ，满足系统设计要求 。 4结论 随着液压技术在工程领域中的应用 日益扩大 ，大 型设备负载能力增加或因布局的关系需要多个执行元 件同时驱动一个工作部件，因此同步控制就显得越来 越重要了。同其他方式相比，液压同步驱动具有结构 简单、组成方便、易于实现 自动控制和适宜大功率的 场合等特点。但是由于每个液压系统的泄漏、控制元 件间的性能差异、各执行元件间负载的差异、系统各 组成部分的制造误差等因素的影响，将造成多执行机 构 的同步误差 ，如果不能有效地加 以控制并克服这种 同步误差 ，系统将不能正常工作。 基于L a b V I E W的同步液压伺服激振系统的试验研 究表明对于多执行机构电液伺服系统，采用文中的 设计方法提高了控制系统的响应速度、控制精度和控 制稳定性。但是由于模拟信号输出卡和采集卡的抗干 扰能力较弱 ，对外界扰动和系统参数的变化敏感， 必须采取有效的滤波措施以保证试验结果的准确性。 参考文献 【 1 】陈锡辉， 张银鸿． L a b V I E W 8 ． 2 0程序设计从入门到精通 [ M] ． j E 京 清华大学出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 2 】N a t i o n a l I n s t r u m e n t s C o r p o r a t i o n ． L a b V l E WTM帮助 [ M] ． 2 0 06． 8． 【 3 】 傅志方， 华宏星． 模态分析理论与应用[ M] ． 上海 上海 交通大学出版社， 2 0 0 2 5 9 6 2 ． 【 4 】N I D A Q和 L a b V I E W构造 P I D控制系统[ E B ／ O L ] ． 2 0 1 0 - 0 5 - 0 4 ． h t t p ／ ／ ww w． g o n g k o n g ． c o m／ Co m mo n ／D e t a i l s ． a s p x T y p ed a t u mI d2 0 1 0 0 4 2 9 1 5 1 3 5 5 0 0 0 0 3 ． 上接第 1 1页 波浪线 轨迹 得到的 ，图 c 是 阴极 旋转 得到 的。可 以看出使用该机床可以几乎完全复制原型的所有细 微特 征 ，质 量 良好 。 4结束语 从电铸的原理和工艺要求出发，设计了具有双工 作槽的电铸装备，主要包含阴极的旋转部件和阴极移 动工作台，运用这两种方式进行有效的搅拌从而保证 铸液里的物质对流；通过分析 ，选择了合适的电铸专 业正负脉冲电源 ；自主设计了基于 P L C的温度控制 方案和 p H值检测方案。这些措施为精密电铸工艺提 供良好保证，利用该装置能高效 、高质量地进行生 产 。 参考文献 【 1 】李冠男， 黄成军． 微电铸技术及其工艺优化进展研究 [ J ] ． 微细加工技术 ， 2 0 0 6 6 1 4 ． 【 2 】MC G E O U G H J A， R A J U R K A R M C ． E l e c t ro f o r m i n g P r o c e s s a n d A p p l i c a t i o n t o Mi c r o ／ Ma c r o Ma n u f a c t u r i n g [ J ] ． C I R P A n ． n a l s M anu f a c t u r i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ， 5 0 2 4 9 9- 5 1 4 ． 【 3 】贺捷山， 郭钟宁． 电铸和半导体薄膜电沉积的发展和应 用[ J ] ． 机电工程技术 ， 2 0 1 0， 3 9 3 1 31 7 ． 【 4 】吕 益艳， 王帮峰， 黄因慧． 发展中的电铸技术 [ J ] ． 电加 工与模具 ， 2 0 0 0 4 4 4 4 6 ． 【 5 】张文峰． 电铸技术的研究进展 [ J ] ． 机 电产品开发与创 新 ， 2 0 0 8 ， 2 1 4 4 5- 4 6 ． 【 6 】陈天玉． 镀镍工艺基础[ M] ． 北京 化学工业 出版社。 2 00 7． 【 7 】 姜笃山． 精密 电铸法制造负责薄壁零件 的工艺研究 [ D] ． 大连 大连理工大学， 2 0 0 7 ． 【 8 】 冯立明， 王钥， 等． 电镀工艺与设备[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 9 】S H A O L G ， D U L Q ， WA N G L D ． S t u d y o n E l e c t ro c r y s t a l l i ． z a t i o n o f P u l s e Mi c roe l e c t r o f o m i n g V L I G A[ C] ／ ／ I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n Me e h a t r o n i c s a n d Au t o ma t i o n， 2 0 0 7 58 ． 【 1 0 】 刘海军， 杜立群． 微电铸器件均匀性的研究[ D ] ． 大连 大连理工大学， 2 0 0 7 ． 【 1 1 】WO N G K P， C H A N K C， Y U E T M． A S t u d y o f S u rf a c e F i n i s h i n g i n P u l s e Cu r r e n t E l e c t rof o r mi n g o f Ni c k e l b y U t i l i z i n g D i ff e r e n t S h a p e d Wa v e f o r m s [ J ] ． S u rf a c e and C o a t i n g s T e c h n o l o gy， 1 9 9 9 ， 1 1 5 2 ／ 3 1 3 21 3 9 ．