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液壓機液壓系統(tǒng)比例壓力控制方法探討

文檔作者：李貴閃翟華文檔來源： 1．合肥鍛壓機床有限公司 2．合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車學(xué)院，		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月10日
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2011年8月
第39卷第16期
機床與液壓
MACHINE T0OL &amp;amp; HYDRAULICS
Aug．2011
V01．39 No．16
DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．16．024
液壓機液壓系統(tǒng)比例壓力控制方法探討
李貴閃 ，翟華
(1．合肥鍛壓機床有限公司，安徽合肥230601；2．合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車學(xué)院，安徽合肥230011)
摘要：介紹了液壓機比例壓力控制的3種方法，即開環(huán)控制、基于PID的閉環(huán)控制、加入初始信號的PID控制。并對
3種控制方法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：采取的加入初始信號的閉環(huán)控制算法具有控制結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、系統(tǒng)穩(wěn)定、精
度高等優(yōu)點，完全滿足該液壓機對壓力控制的要求。
關(guān)鍵詞：液壓；比例壓力控制；PID控制
中圖分類號： rP271+．31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001—3881(2011)16—067—2
Discussion on M ethods of Proportional Pressure
Control in Hydraulic System of Hydraulic Press
LI Guishan‘．ZHAI Hua
(1．Hefei Metalforming Machine T0ol Limited，Hefei Anhui 230601，China；
2．School of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Hefei Anhui 23001 1，China)
Abstract：Three methods of proportional pressure control on hydraulic presses were introduced and compared，which were open—
loop control，closed—loop control based on PID and PID control with addition of initial signals． Results of comparison showe that the
closed-loop control algorithm which is added with initial signals has many advantages such as simple control structure，easy debugging
operations，stable system and high precision，and ete．The requirements of this hydraulic press on pressure control can be fully satis—
fled．
Keywords：Hydraulic；Proportional pressure control；PID control
在液壓機液壓系統(tǒng)的比例壓力控制中，大多采用
比例壓力閥進(jìn)行壓力控制。目前大部分液壓機液壓系
統(tǒng)多采用開環(huán)壓力控制，存在著壓力精度低、受環(huán)境
溫度及液壓油溫度影響大等缺點。一部分液壓系統(tǒng)也
采用閉環(huán)壓力控制，即在主缸上腔安裝壓力傳感器，
與比例壓力閥構(gòu)成閉環(huán)控制，大多采用通用PID算
法，但這種算法在滿足精度和響應(yīng)速度及系統(tǒng)穩(wěn)定性
方面存在著相互制約的缺點。作者介紹一種控制算
法，與通用的PID控制算法相比，在滿足相同精度的
情況下，系統(tǒng)更加穩(wěn)定，在減少系統(tǒng)偏差的同時提高
系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1 對系統(tǒng)的基本要求
以某公司的一臺RZU800型8 000 kN快速薄板沖
壓液壓機作為測試機床進(jìn)行研究。對系統(tǒng)壓力的主要
要求為：(1)壓力調(diào)節(jié)范圍為3～25 MPa；(2)在壓
力調(diào)節(jié)范圍內(nèi)系統(tǒng)設(shè)定值與檢測值(壓力傳感器輸
出值)壓力差小于最大值的2％ (0．5 MPa)； (3)
壓力穩(wěn)定時間不大于2 S；(4)最大超調(diào)壓力不大于
l MPa
2 3種控制形式的比較
2．1 開環(huán)控制系統(tǒng)
首先采用開環(huán)進(jìn)行控制，控制原理圖見圖1。采
用直動式比例壓力閥1作為先導(dǎo)閥控制插裝閥2。由
PLC直接給比例閥1設(shè)定信號，由于系統(tǒng)本身是非線
性的，在從3～25 MPa進(jìn)行加壓試驗時，比例閥的設(shè)
定值與實際壓力值并不能成比例地對應(yīng)起來(見圖
2)，與理想的線性直線最大差值達(dá)到1．8 MPa。另外當(dāng)
油溫上升時，液壓系統(tǒng)的壓力增加值也非常大，在油
溫18和39℃進(jìn)行測定，壓力最大增加了1．2 MPa。
圖1 開環(huán)控制原理圖
試驗表明，雖然系統(tǒng)基本無超調(diào)，系統(tǒng)穩(wěn)定時間
也符合要求，但設(shè)定值與顯示值受系統(tǒng)的非線性和油
溫的影響，出現(xiàn)很大偏差，無法滿足要求。
收稿日期：2010—07—24
作者簡介：李貴閃(1971一)，男，碩士，高級工程師，研究方向為液壓機的研發(fā)設(shè)計。電話：13866167406，E—mail：
lgslgs2005@ 163．corn。
· 68· 機床與液壓 第39卷
00
70
40
10
80
50
20
9O
6O
30
l 2 3 4 5 6 7 8 9 lO
比例閥給定信號，v
圖2 開環(huán)控制給定信號與壓力對應(yīng)曲線
2．2 采用PID控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)
圖3為采用PID控制的閉環(huán)控制原理圖，在開環(huán)
控制基礎(chǔ)上增加了PID控制器，同時在PLC軟件中，
把壓力傳感器的反饋值與設(shè)定值 進(jìn)行求差值運算，
然后輸入PID控制器，PID控制器的輸出控制比例閥。
◇ ?
一×1 ：
? ? ?
_{?岳：囪
～
一一 ? ．
圖3 常規(guī)PID控制原理圖
首先設(shè)置積分系數(shù)K =0、微分系數(shù)K。=0，依
次從小到大增加比例系數(shù) 進(jìn)行試驗，用示波器對
壓力進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示在 為30時，系統(tǒng)基本無
震蕩和無超調(diào)，但系統(tǒng)設(shè)定壓力與實際壓力最大差值
達(dá)到8％ 。繼續(xù)增加 值，系統(tǒng)開始發(fā)生震蕩。
K =80，設(shè)定壓力為10 MPa時，系統(tǒng)發(fā)生4次震蕩
才趨于穩(wěn)定，震蕩時間達(dá)到2．8 s，而且設(shè)定值與實
際值最大差距仍然達(dá)到1．1 MPa。
把 設(shè)為20，然后把K 設(shè)為4，把％ 設(shè)為1，
設(shè)定壓力為10 MPa進(jìn)行試驗，結(jié)果顯示系統(tǒng)震蕩加
劇，系統(tǒng)經(jīng)過大約3．2 s后才基本趨于穩(wěn)定。可見加
入積分項和微分項后，雖然提高了系統(tǒng)的最終壓力精
度，但系統(tǒng)震蕩加劇，達(dá)到需要精度的時間也過長，
仍然不能滿足液壓機對系統(tǒng)的需要。
經(jīng)過多次改變 、 、K。的參數(shù)進(jìn)行試驗，都
不能在3～25 MPa范圍內(nèi)均達(dá)到系統(tǒng)的要求，可見
普通PID控制系統(tǒng)很難滿足系統(tǒng)的控制要求，而且參
數(shù)設(shè)定過于依賴現(xiàn)場調(diào)試。
2．3 加入初始信號的PID控制
圖4為加人初始信號的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在PID閉
環(huán)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加開環(huán)輸入 和求和計算器，
PID的輸出與開環(huán)設(shè)定 求和后再輸出給比例閥。
此種控制系統(tǒng)很大程度上削弱了PID的輸出，PID的
輸出只是把開環(huán)控制出現(xiàn)的差值進(jìn)行修正。
? ·
? ? ? ? ? ?
一× 囪
圖4 加入初始信號的閉環(huán)控制系統(tǒng)
首先 按第2．1節(jié)開環(huán)控制進(jìn)行取值，同時另
KI=0、KD=0、 =30進(jìn)行試驗，結(jié)果在3～25 MPa
范圍內(nèi)設(shè)定值與實際值非常接近，最大差值只有0．3
MPa，在示波器中測試系統(tǒng)的穩(wěn)定時間均小于1．8 S，
系統(tǒng)的超調(diào)小于0．5 MPa。減少 值，適當(dāng)加入積分
和微分項，系統(tǒng)精度得到進(jìn)一步提高，穩(wěn)定時間更短。
由于僅僅使用PID中的比例環(huán)節(jié)就可滿足系統(tǒng)的
要求，控制就變得非常簡單了，最后在該機床中取消
了PID控制器，把比例環(huán)節(jié)由PLC來完成，得到的
結(jié)果滿足系統(tǒng)的需要。
3 結(jié)論
該設(shè)備最后采取的加入初始信號的閉環(huán)控制算法
具有控制結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、系統(tǒng)穩(wěn)定、精度高等
優(yōu)點，完全滿足該液壓機對壓力控制的要求，同時也
可推廣到對速度、流量等領(lǐng)域的控制。
參考文獻(xiàn)：
【1】周祖德．機電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)[M]．華中理工大
學(xué)出版社，1992．1．
【2】楊叔子，楊克沖．機械工程控制基礎(chǔ)[M]．華中科技大學(xué)
出版社，2005．
(上接第44頁)
所設(shè)定的壓力時，則發(fā)出電信號，進(jìn)行銑削加工。當(dāng)
真空破壞電磁閥7通電后(真空供應(yīng)電磁閥2同時斷
電)，空氣經(jīng)真空破壞電磁閥7、密閉腔Ⅱ處進(jìn)入真
空吸附夾具密封腔，消除真空，釋放工件。
3 結(jié)束語
該夾具結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、操作方便，改變定
位元件型腔結(jié)構(gòu)，可以加工異形薄壁零件，具有一定
的推廣意義。實踐證明：利用該真空吸附夾具高速銑
削薄板零件有效提高了加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率。
參考文獻(xiàn)：
【1】姚榮慶．薄壁零件的加工方法[J]．機床與液壓，2007
(8)：250—253．
【2】袁峰，王太勇，王雙利．高速切削技術(shù)的發(fā)展與研究
[J]．機床與液壓，2005(12)：8一l1．
【3】劉守勇．機械制造工藝與機床夾具[M]．北京：機械工業(yè)
出版社，2005．
【4】徐炳輝．氣動手冊[M]．上海：上海科學(xué)出版社，2005．
【5】張利平，等．液壓氣動技術(shù)手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出
版社，2007．

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