电液速度伺服系统（共6篇）
电液速度伺服系统 篇1
PID控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略。经过长期的工程实践,总结形成了一整套的PID控制方法。由于它已经形成了典型的结构,且参数整定方便、结构改变灵活,在大多数的工业过程控制中的效果较为满意,因此长期以来被广泛的采用。
1 确定电液速度伺服系统开环增益Kv
确定该系统的开环传递函数:
确定Kx=0.472×104cm2/s,K0=3.3×10-3cm/mA,Ka=8mA/V,
该系统的开环增益为
即:Kv≥31.292/s
该系统的闭环传递函数为:
则此闭环系统的特征方程为:
罗斯计算表:
显然此系统的稳定条件为:
综上所述,开环增益Kv的范围为:31.292/s≤Kv<560/s
2 系统仿真
利用基于Matlab平台的Simulink软件包来建立电液位置伺服系统经数学处理后理想化的动态仿真模型。Transfer Fcn可通过Block parameters:Transfer Fcn来设置参数:分子表示的开环增益Kv;而分母den(S)可通过设置系数来实现,它具体表示的函数为
取Kv=40,得到输入阶跃时的理想化的动态仿真模型,如图1。
利用Matlab语言编程仿真出开环bode图,见图2所示。
其输出的动态响应曲线如图3所示。
3 从根的轨迹图得出PID控制参数
利用Ziegler-Nichols方法[2]得出根的轨迹图:
在Simulink中建立如图5的模型图。
仿真结果如图6,可见其超调量比较大,不是理想的状态,对PID控制器的三个参数进行调节并仿真。通过对图形的分析,可以得出Kp=1.7389,Kd=0.0038,Ki=25时,其总体性能都能达到要求,其仿真图如图7。可见此参数是最优参数。
4 控制器单片机实现
对于控制规律,我们可用单片机实现,其控制程序如下:
控制程序:
摘要：根据电液速度伺服系统的传递函数,确定其开环增益Kv,利用MATLAB/Simulink软件进行仿真。通过对PID控制器的3个参数进行调节并仿真,得出最优参数。通过单片机实现其控制规律。
关键词：电液速度伺服系统,仿真,单片机
参考文献
[1]唐铃凤,王雷.基于Matlab电液速度伺服系统的设计与优化[J].机械传动,2006(3):54-59.
电液伺服系统的清洁度控制 篇2
电液伺服系统故障有70%～80%是由油液污染导致的,要保证系统正常、可靠地运行,必须要保持系统的清洁。油液的污染指的是混杂在油液中的各种有害物质,主要有颗粒状固体杂质、水、空气等。对于电液伺服系统,液压油液的清洁度要求更高,一般要求清洁度指标要优于美国NAS1638污染等级标准中的6级,液压油液中的各种有害物质,如固体颗粒和纤维将会影响伺服系统的工作性能及使用寿命。本文将对污染产生的原因和危害进行分析,并介绍液压元件和系统的清洗方法。
1 污染物的来源与危害
液压油液的污染物有多种来源,但它们的形成可以大致归结为3种情况:残留物的污染、再生污染和外部引入的污染。残留物的污染主要来自于油箱制造过程残留的焊渣、铁屑、灰尘等;软管在制造过程残留的胶皮等;管接头在加工过程中产生的毛刺、铁屑等。再生污染主要来自液压系统在工作过程中所产生的金属颗粒、密封圈磨损颗粒、气泡及油液变质后的胶状物等。外部引入的污染主要来自周围环境中的污染物,如油箱通气孔放气及注油孔注油,拆卸软管和伺服阀暴露在空气中侵入系统所造成的液压油污染。
液压油液中的污染物易造成伺服阀卡死和磨损。卡死是指伺服阀的阀芯被油液里的杂质挡住,致使摩擦力增大,无法驱动阀芯运动或运动缓慢。磨损是指伺服阀阀口的棱边不再保持尖锐,引起伺服阀的内泄漏增大,影响伺服阀的工作特性。
2 电液伺服系统的清洗
管路系统是电液伺服系统的重要组成部分,在加工、装配和拆卸等过程的每一个工艺环节中都不可避免地残留有污染物。将清洁度不符合要求的元件装入系统后,在系统油液冲刷和机械振动等作用下,管路系统内部固有的污染物会从粘附的表面脱落而进入油液中,使系统受到污染,因此电液伺服系统装配前必须采取清洗措施。清洗的对象主要有软管、管接头、油箱等,油泵和阀在出厂前已经充分清洗,对系统产生污染的影响不大。
软管、管接头和油箱清洗方法如下:将软管浸入干净的航空汽油中,并用干净的丝绸布通过软管内壁进行清洗,再用洁净的高压空气吹干净,完成后及时包扎好软管接头,防止二次污染。管接头在装配前首先应去除毛刺、用清洗剂脱脂、酸洗、中和,然后用洁净的高压空气吹干净,再使用超声波清洗、干燥后涂清洁液压油,用塑料薄膜封装接口。油箱加工完成后应对油箱的内表面进行喷砂处理,并将油箱开口处及时封装。在油箱内部安装磁棒,用以吸附油箱内的微小铁屑。清洗时,首先用丝绸布反复手工清洗,不能用棉纱或棉布来擦洗油箱,对于油箱死角处的焊渣及铁屑等,可用胶泥团或面粉团粘取。清洗完毕后,再进行酸洗,以彻底去除表面氧化物。
电液伺服系统完成装配后,必然会在系统中留有污染物。比如装配管接头和软管等螺纹零件上的镀层,毛刺和附着物由于相互摩擦而产生的脱落物;系统装配或油液加注时引入的外部污染物,如油液中溶解的空气、灰尘等。所以电液伺服系统在装配完成后需立即进行全面的清洗,以消除装配过程中侵入系统的污染物。电液伺服系统的清洗可按下述步骤进行:
(1)系统清洗前,不安装敏感元件(伺服阀),并将其连接管路短接,同时需注意在油泵进油口处安装粗滤,在油液进入敏感元件前安装精滤,精滤的滤芯精度与系统要求精度密切相关,要求达到NAS10级系统选用精度20μm的滤芯,要求达到NAS8级系统选用精度10μm的滤芯,要求达到NAS7级系统选用精度3μm～5μm滤芯,要求达到NAS6级系统选用精度1μm～3μm的滤芯。
(2)系统油箱注油后采用间歇冲击式管路过滤清洗,即开停电机交替进行,清洗方法为:启动电机驱动油泵,使油液在管路系统内部循环,使得所有油路都通过油液冲洗,要求电机每工作15min停机15min,油温不得超过60℃,累计冲洗时间不少于8h。
(3)完成上述过程后,进行动态取样。取样点在伺服阀、伺服缸的入口处。取样过程为:待冲洗完成后,停车后立即取样。用自动颗粒计数器检验油液清洁度,应优于美国NAS1638污染等级标准中的6级。
(4)如果多次清洗依然达不到清洁度要求,需放掉油箱以及管路系统内的油液,拆下并更换系统上的滤器及油泵进油口粗滤器,更换过程中应封闭好管路,防止污染物进入系统。
(5)重复上述过程直至油液清洁度满足要求。注意:在清洗过程中,如果滤器报警输出,必须更换新的滤芯。
电液伺服系统冲洗过程中还应该注意:(1)冲洗过程中,油箱、管路要封闭,避免空气中的污染物进入系统;(2)向油箱中注油使用滤油车,滤除油液中大的颗粒污染物;(3)在冲洗过程中应定期排出油液中的空气,因为油液中的空气可以使系统刚性下降,反应迟钝,破坏液压元器件,导致系统压力波动,从而产生振动、冲击;(4)在冲洗过程中要定期排出水蒸汽,油液中的水分由于油温的升高会蒸发出来,在油箱排气口上应有蒸汽逸出;(5)冲洗过程中系统的最佳工作油温为35℃～45℃,油温不得超过60℃,以免加速油液的氧化变质。
3 结束语
电液伺服系统的污染出现在整个装配过程中,装配前必须对软管、管接头和油箱进行严格的清洗,装配完成后应立即进行系统冲洗。经过严格的冲洗后,可减少敏感元件(伺服阀)被污染物卡死的概率,缩短系统的调试时间,减少不必要的拆卸过程。但是,系统的污染控制是一个不断进行的过程,不可能一劳永逸,在系统的运行期间还要定期检测油液状态,以保证油液控制在系统允许的清洁度范围内。
参考文献
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电液伺服机构故障树分析 篇3
电液伺服机构既能控制很大的惯量和产生很大的力或力矩,又具有很高的精度和快速响应能力,因而得到了广泛应用。如用于飞机与船舶舵机控制、雷达与火炮控制、导弹与火箭姿态飞行控制等。作为飞行器控制系统的执行机构,伺服机构驱动摇摆发动机或摆动喷管来完成对飞行器的控制,其性能的好坏及可靠性高低直接关系到整个控制系统的性能及可靠性,由于伺服机构处在整个系统的后段,系统上游部件的一切故障瞬态都有可能传过来以致影响飞行品质,对伺服机构的可靠性要求很高。但作为控制系统中动特性复杂、工作环境恶劣的设备,它也是飞行器控制系统中故障率最高的部件[1]。其次,对于导弹之类一次性使用的武器,发射之后伺服机构一旦发生故障即无法排除[2]。因此其可靠性的高低,将直接影响到飞行器控制系统甚至整个飞行器的可靠性。电液伺服机构作为机电液产品,其故障呈现多样性,既有电气方面的,又有机械液压方面的,因而影响其可靠性指标的因素较多,而且比较复杂。
为提高电液伺服机构的可靠性水平,本研究采用直观性强、灵活性大、通用性好的故障树分析法对电液伺服机构进行全面的可靠性分析,建立可靠性模型,从而为电液伺服机构的改进和可靠性设计提供依据。
1 电液伺服机构
在某型号装备自动控制系统中,主要采用电动泵电液伺服机构,它具有力矩惯性比和功率质量比大、控制精度高、动态响应快、效率高等优点,该伺服机构的系统原理图如图1所示。
1—电机;2—油泵;3—单向阀;4—高压快卸接头;5—油滤;6—高压安全阀;7—磁性油滤;8—充气阀;9—气压传感器;10—清洗阀;11—油面传感器;12—低压安全阀;13—低压传感器;14—低压快卸接头;15—油滤;16—阀供油压力传感器;17—集成块基体;18—蓄能器;19—油箱;20—放气阀;21—压差传感器;22—旁通阀;23—作动器;24—反馈电位计;25—力矩马达;26—阀体;27—伺服放大器;28—温度传感器;29—分流器;30—控制电流测点;31—电压测点
伺服机构在功能上可划分为动力装置、液压油源回路和伺服控制回路3个组成部分。其中,动力装置包括电池,电机(1)和专用电缆;液压油源回路包括油泵(2),单向阀(3),过滤器(5)、(7)和(15),蓄能器(18),增压油箱(19),清洗旁通阀(10),高压安全阀(6),低压安全阀(12),高压快卸接头(4),低压快卸接头(14),放气孔(20),油面高度传感器(11)等;伺服控制回路包括电子伺服放大器(27),双喷嘴二级力反馈电液伺服阀(25),直线双作用式作动器(23),反馈电位计(21)及专用连接器和相应电缆。
当某型号装备转弯或克服干扰纠正姿态时,电机驱动油泵,油泵工作后,泵的吸油管经低压金属软管、活门组件、头部壳体内的低压管道从油箱中吸油,并经泵的排油嘴排出高压油。高压油通过高压金属软管、滤油器、活门组件、头部壳体的高压管道分两路分别进入蓄压器油腔(作为系统的辅助能源)和伺服阀入口。飞行控制系统向伺服控制回路输入电压指令信号,该信号经伺服放大器变换放大成电流信号输出至伺服阀的力矩马达线圈,使伺服阀的阀芯产生位移,阀芯位移打开伺服阀的输出窗口,从而输出方向一定的高压流体,流体流量的大小由电流与系统负载压差决定。高压流体进入作动器对应的一腔,推动活塞杆以与流量成比例的速度运动。活塞杆带动喷管绕定轴摆动,形成转角,从而产生侧向控制力,改变弹体姿态。
2 故障树的建立
故障树的建立把系统中最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标,然后找出导致下一级事件发生的全部因素,再找出导致下一级事件发生的全部直接因素,直到那些故障机理已知的基本因素为止[3]。本研究根据电液伺服机构生产、调试及试验情况,以及使用中所出现的故障情况[4]来建立故障树。电液伺服机构如果不能正常地进行工作,则认为机构发生故障,并以此作为故障树的顶事件建立故障树。机构分析表明,组成机构的三部分—动力装置、液压油源回路和伺服控制回路,只要其中一个出现事故,便可发生顶事件,因此三者之间由逻辑“或”门连接;其中动力装置出现故障可能由电池故障或电机故障引起,二者之间用逻辑“或”门连接,由于电池出现故障由很多因素决定,在这里作为未探明事件;液压油源回路由油箱组件、油泵和蓄压器组件组成,只要其中之一出现故障便可导致液压油源回路出现故障,所以三者之间也用逻辑“或”门连接;伺服控制回路主要由作动器组件和伺服阀组件组成,它们之间也用逻辑“或”门连接;如此逐级向下发展,直到所有最低一排原因事件都是底事件为止(如图2～图5所示)。由图可知一共有48个底事件(包括基本事件和未探明事件),用Xi(i=1,2,3,…,48)表示。
3 故障树的分析
故障树是由顶事件和构成它的全部底事件按逻辑关系连结而成的。因此,可用结构函数给出其数学表达式,以便对故障树作定性分析和定量计算。为此必须首先确定故障树的最小割集,从而找出伺服机构最薄弱的环节,再由最小割集写出故障树的结构函数。本研究采用上行法自下而上地求顶事件与底事件的逻辑关系,以得到顶事件积和表达式,再用幂等律和吸收律分别去掉重复事件和多余的项,从而得到全部48个最小割集。若令Φ表示系统的状态,Kj表示第j个最小割集。那么,由最小割集可得该故障树的结构函数为:
由上式可知,所有的最小割集都是单一的底事件,说明X1,X2,…,X48任一底事件的发生都将引起伺服机构失效,它们的结构重要度是相同的。若假定各底事件和未探明事件相互独立,则在各独立事件的寿命分布已知的条件下,即可按逻辑关系用数值方法求得伺服机构的寿命分布曲线,进而可求出各种可靠性特征指标。
某型号伺服机构的外场故障中,50%以上是密封问题,29%是电子元件的失效[5]。从故障树可以得出密封部位主要的失效模式有:油泵气蚀、蓄压器气体漏入油中、油箱充气嘴密封不好、油箱活塞密封圈发生滚动、油箱活塞密封圈发生破损、蓄压器胶囊漏气、蓄压器密封圈增压杆密封圈发生滚动、蓄压器密封圈增压杆密封圈发生破损。经过对失效密封装置的分解检查发现,造成密封失效的主要原因有2种:①密封圈尺寸偏小,使有效密封面积减小,密封界面存在微缝隙;②密封圈压缩永久变形量和密封圈老化的影响,使密封圈弹性降低,法兰盘与密封圈的接触压力下降,或密封圈永久变形增大,起不到密封作用。
大量的事实证明,影响电子元器件性能和寿命的主要因素是环境条件,贮存环境中的温、湿度水平是影响电子元件的两个主要因素[6]。在温度、湿度的作用下也能导致其潜在的外壳、封装工艺缺陷失效(包括封装漏气失效、引线焊接失效、外引线腐蚀断裂)[7,8]。
4 可靠性模型的建立
通过对故障树的分析可知,影响伺服机构正常工作的因素很多。虽然通过对故障树的分析,依据其结构函数可建立完整的可靠性框图模型,从而可以定量地评定出伺服机构的可靠性指标,但这在实际中却是既不可能也没有必要的,原因有二:①上述模型反映不出影响伺服机构的主要失效因素;②在实际工作中无法得到足够的信息来估计各底事件的寿命分布。因此,根据伺服机构在实际使用和寿命试验中遇到的失效形式,以及各失效因素对伺服机构正常工作的影响程度和逻辑关系,对结构函数进行简化,得到简化后的故障树如图6所示。
按逻辑关系可知,简化后的电液伺服机构的可靠性框图模型为一串联系统(如图7所示)。串联系统要能正常工作,必须是组成它的所有单元都能正常工作,因此串联系统的可靠度为:
式中
5 结束语
本研究通过对电液伺服机构进行故障树分析,以探究电液伺服机构的故障与哪些因素有关、有怎么样的关系以及影响的程度。通过对电液伺服机构的可靠性建模,对寿命分布类型不同的零部件按逻辑关系进行了可靠性综合,从而实现了整机的可靠性评定,并找出对电液伺服机构影响最大的薄弱环节,通过可靠性设计以提高电液伺服机构的可靠性水平。
参考文献
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电液速度伺服系统 篇4
TZ 100KN电液伺服综合试验机是一种拉压双向动静试验系统, 主要用于测试各种金属材料、高强度非金属、复合材料及部件, 如汽车板簧、门锁、链条等, 在常温下的动静力学性能, 可对被测试件施加规则波形和任意波形试验, 其负荷、位移 (变形) 两种状况任意转换。试件装夹、横梁升降、锁紧均为液压驱动、操作方便, 安全可靠。随着电子技术、虚拟仪器仪表技术、总线技术的快速发展, 原系统的硬件、软件功能已经跟不上科技发展的步伐, 应用现有的技术成果和先进经验对其进行技术升级改造, 使设备更能满足具体要求, 尤其在我国产品更新换代缓慢的条件下, 具有较大的意义。
1 存在的问题
原系统使用年限已久, 计算机、信号调制电路、伺服阀驱动器、控制电路、油源系统出现不同程度老化;负荷传感器及其信号调制电路出现问题, 致使负荷测量不准确;试验操作界面不友好, 参数设定不直观、不方便, 试验时操作繁琐, 且其程序为16位程序, 不利于升级和修改;液压源采用调压回路和旁路分油的方式实现输出压力调节, 耗电量大。
2 系统设计
由于出现上述问题, 该试验系统已无法正常使用, 为了恢复系统功能, 延长系统寿命, 对原系统进行下列技术升级改造 (如图1所示) , 系统由高压油源 (变频器和液压泵等) 、检测变送装置 (位移、负荷传感器和位移、负荷变送器) 、控制器 (PLC) 、执行机构 (伺服阀及其驱动器) 以及操作界面 (上位机) 组成。
Lab VIEW是虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化编程开发平台, 它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受, 视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。上位机采用基于Lab VIEW开发的人机界面, 通过RS232与PLC进行通讯, 实时监测和显示油源系统以及PLC的状态, 完成数据记录、数据分析、数据保存、参数设置、报表统计、打印等功能。
3 系统工作原理
电液伺服综合试验系统有位移控制和负荷控制两种方式, 位移控制系统位移跟随设定变化, 负荷控制系统负荷跟随设定变化。控制算法为PID控制算法, 比例系数、积分增益、微分增益三个参数可调。将位移、负荷传感器信号以及伺服阀控制信号转化成标准电流信号, PLC按一定的时间间隔采集位移、负荷、压力信号, 并对数据进行运算、存储, PLC根据上位机的操作, 载入不同类型的试验 (包括静态位移试验、静态负荷试验、动态负荷试验、动态位移试验) , 位移、负荷PID控制运算输出通过DA模块变成0~10V信号后做为伺服放大器的输入, 伺服放大器在将其转换成-40m A~40m A的控制信号, 控制电液伺服阀中高压油的流量, 从而改变油缸的位置和负荷;压力PID控制运算输出通过DA模块变成0~10V信号后做为变频器是频率设定, 控制液压泵的转速, 从而调整油源系统的出口压力, 控制程序流程图如图2所示。
基于Lab VIEW开发的电液伺服综合试验系统, 操作界面程序部分采用了生产者/消费者的设计模式, 该设计模式要求有一个队列, 生产者以事件驱动方式生成队列中的项, 消费者根据队列中的元素异步执行代码。本系统程序中, 数据通讯和部分需要重复使用的功能, 使用了这一设计模式来设计。
生产者就是一个定时循环结构和一个用户事件结构, 消费者就事件处理器。定时循环中的代码产生周期性事件, 比如数据采集、数据记录和通讯侦测;用户事件结构产生用户进行操作时触发的事件, 比如数据处理、参数设置等等;指令队列处理器包含了多条指令, 每条指令都有不同的功能, 它们主要实现与PLC通讯和显示界面的更新 (如图3所示) 。
4 电液伺服综合试验机信息化管理系统
本信息化管理系统用于微机控制电液伺服综合试验机, 进行各种金属及非金属的试验, 按照相应标准完成实时测量与显示、实时控制及数据处理、结果输出等各种功能 (部分功能如下图4、图5、图6所示) , 具有以下主要特点:
(1) 分权限管理, 不同级别的操作者有不同的操作权限, 可操作的菜单等内容也不同, 有效的保护了系统;
(2) 实时测量与显示试验力及峰值、位移、变形等各信号;
(3) 实现了负荷-变形, 负荷-位移等多种试验曲线的实时屏幕显示, 可随时切换观察, 曲线的放大与缩小非常方便;
(4) 具备试验参数的计算机存储、设定、加载等功能, 调零、标定等操作都从软件上进行, 各参数可方便的进行存储和调入;
(5) 试验数据以文本文件存贮, 以方便用户查询, 以及利用任何通用商业报表、字处理软件对试验数据进行再处理, 同时方便联网传递数据;
(6) 可记录、保存试验全过程的数据曲线, 并具有演示功能, 实现试验曲线再现, 还可以进行曲线叠加对比, 便于对比分析;
(7) 可按用户要求格式打印试验报告, 用户可以自己选择报告输出基本信息和试验结果及试验曲线的内容, 满足各种需要;
(8) 具备过载保护自动停机功能, 并可以自动判断试样断裂, 自动停机。
5 结语
我们设计的这套基于PLC和Lab VIEW的电液伺服综合试验系统, 能够对电液伺服综合试验机性能及工艺参数进行高速实时的数据采集, 并将数据及时地送入计算机进行分析、处理, 最后将结果形象地显示在计算机屏幕上。系统升级改造交付厂家使用以来, 显现出以下优点:人机界面友好、程序结构清晰、易于阅读与维护、数据准确、参数设置简单、操作方便, 企业投入少量的资金对原有设备进行技术改造, 使旧设备再生并获得巨大的经济效益, 同时可使旧设备升值, 该系统适用性好、可移植性强, 具有很好的推广应用前景。
参考文献
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电液速度伺服系统 篇5
为了检测游梁式抽油机的性能指标, 有必要对抽油机进行加载试验, 电液伺服加载系统的参数能够方便地进行改变, 是一种有效的加载试验系统[1]。抽油机伺服加载系统, 是一个典型的位置扰动型施力系统, 其加载过程受被加载体运动的影响[2]。为了减少抽油机运动位置和加载力之间的相互干扰, 现有文献多采用顺馈控制, 补偿位置扰动对系统加载力输出的干扰, 但顺馈控制在实际应用中难以做到完全补偿。由于伺服加载系统建立精确数学模型比较困难, 基于模型的控制方法[3,4], 在应用中消除位置干扰的效果受限。
本文在分析抽油机加载系统原理的基础上, 考虑悬点位置和加载力之间的干扰, 通过一个模糊-PID切换控制系统来补偿悬点位置干扰下加载力精确模拟问题, 从而提高了抽油机加载系统整体的控制精度。
2 抽油机伺服加载系统模型分析
抽油机电液伺服加载系统的原理如图1。
首先由位移传感器检测抽油机悬点位移, 经由A/D转换器、力函数发生器, 把悬点位移转换为加载力, 此力为加载液压缸的输入信号。输入加载力信号通过D/A转换器、伺服放大器进入伺服阀, 驱动加载液压缸产生输出力。当力传感器检测到的实际输出力与给定输入力有偏差时, 误差信号通过D/A转换器、伺服放大器进入伺服阀, 控制加载液压缸, 实现对给定加载力的闭环反馈控制[5]。
3 模糊-PID切换控制系统设计
本文采用模糊-PID切换控制系统, 控制原理如图2所示。PID控制和模糊控制结合, 在输出加载力和输入设定值之间偏差较大时以模糊控制为主, 在偏差较小时进行PID控制;两种控制的输出信号Ufuzzy和UPID利用模糊方法进行切换, 实现两种控制切换的平稳性[6,7,8]。图中KE、KEC和KU为模糊控制输入偏差信号、偏差变化率信号和输出信号Ufuzzy的系数。
3.1 设计模糊控制
模糊控制系统中, 输入量为液压缸加载力的偏差e及其变化率ec, 输出量为Ufuzzy。
设偏差语言变量|e|, 偏差变化率语言变量|ec|的论域为{B, M, S, Z}={0, 3, 6, 10}, 隶属函数为高斯y=gaussmf (x) 。输出变量的语言变量论域为{VB, B, M, S}={0, 0.5, 1.0, 1.5}, 隶属函数取为三角形隶属函数y=trimf (x) 。
根据经验得到表1的模糊控制规则。
3.2 设计模糊-PID切换方案
对于K时刻的模糊切换输入变量E (K) 和EC (K) 的隶属度函数如图3所示。模糊控制的输出用w表示, PID控制的输出用1-w表示, 则模糊切换输出变量w的隶属度函数如图4所示。
根据模糊切换输入、输出隶属度函数及经验, 设计模糊切换规则为:
If E is PB or NB then w is P;If E is NM, and EC is not (NM or NB) , then w is M;If E is PM, and EC is not (PM or PB) , then w is M;If E is O then w is O
则模糊-PID切换系统输出为
U (k) =w·Ufuzzy+ (1-w) UPID
4 实验验证
为验证模糊-PID切换控制系统对抽油机电液伺服加载系统的有效性, 在伺服加载实验台上进行实验研究。输入为阶跃力信号, 大小为0.15×105N, 位置干扰为10sin (10πt) (mm) 。加载系统在PID控制和在模糊-PID切换控制系统作用下的阶跃响应曲线如图5所示, 图中曲线1为PID控制输出, 曲线2为模糊-PID切换控制输出。
实验表明, 模糊-PID切换控制系统, 最大振荡幅度为0.1×105N, 系统输出趋于稳定。在上升阶段, 模糊-PID切换控制系统比普通PID控制平稳。实验中, PID控制参数确定为kp=0.69, ki=0.06, kd=0.06;模糊控制参数确定为KE=1.8, KEC=7和KU=1.4。
5 结论
模糊-PID切换控制系统, 补偿了悬点位置干扰下加载力精确模拟问题, 提高了抽油机加载系统整体的控制精度。
摘要：文中设计一种模糊-PID切换控制系统来解决抽油机伺服加载系统悬点位置干扰下加载力精确模拟问题。在加载力输出偏差较大时, 系统采用模糊控制, 以快速抑制超调;在加载力输出偏差较小时, 系统采用PID控制, 以保证稳态输出。并采用模糊方式避免两种控制切换时的扰动。实验证明该控制系统提高了抽油机加载系统整体的控制精度。
关键词：抽油机,电液伺服加载系统,模糊-PID切换控制系统,模糊切换
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煤矿开采液压支架电液控制系统 篇6
电液控制系统是一种提高煤矿开采效率的自动化设备, 能够有效改善煤矿开采工作环境。电液控制系统最早被研制开发是在20世纪末英国、德国等工业发达国家。但是, 正式开始尝试运行是在80年代左右, 发展到90年代, 这种电液控制系统技术已经非常成熟。电液控制系统在美国和德国的发展状况最为良好, 各项生产和技术指标都处于世界领先地位。我国开始研究该系统是在1991年, 但是, 这一阶段仅仅为实验阶段, 并没有真正投入生产使用。到了2001年, 我国最大的电液控制系统公司成立了, 其专门从事各种智能化、自动化控制系统的生产和研发, 其中电业控制系统就是其研发和生产的关键内容, 我国电业控制系统开始全面应用于市场当中。
二、电液控制系统优点分析
1. 技术先进, 效率高
电液控制系统与传统控制方式相比具有多种技术上的融合性, 不但包括基本的电流控制系统, 还增加了很多先进的控制技术, 比如电子计算机技术、电子技术、机械技术等, 所以, 电液控制系统的控制要远远优于传统的控制。同时, 这种控制系统的使用还能够提高煤矿开采行业的经济效益, 通过对专业调查数据进行分析了解到, 如果在液压支架中应用电液控制系统, 其工作效率能提高30%左右。
2. 技术提高, 工艺好
电液控制系统具有一定的自动性和智能性, 在实际操作流程上与原来的工艺相比具有一定的先进行, 同时, 也适应了社会经济发展对“过程”的重视, 能够加强对操作流程的监督, 从流程上保证各项开采工作的操作质量。
3. 反应加快, 可靠性强
液压控制系统中存在很多小的控制系统, 这些子控制系统的协调控制实现了整个控制系统完全处于控制当中, 而总线就能够通过对各个子系统的控制和协调提高反应速度, 从而实现全面控制。同时, 电液控制系统还具有较强的可靠性, 传统的控制系统一旦出现故障问题就会直接中断整个操作系统, 会严重影响到煤炭工程的开发, 其他相关的生产工艺也会受到不良影响。而电液控制系统能够缓解这一问题, 具有一定的可靠性。
三、煤矿开采液压支架电液控制系统的组成
1. 电液控制系统的组成
第一部分, 控制器。在电业控制系统组成中, 电液控制器是整个控制系统得以工作运行的关键环节, 主要部件有数据接收和处理装置以及作为操作工具的键盘。主要功能可以分为两个方面, 一方面是执行功能, 就是根据操作中心所发布的指令对电磁阀进行开关, 同时还可以对支架立柱和千斤顶的行为进行控制和优化。另一方面是及时回收液压支架所发出的数据信息, 并对其进行分析和判断, 对支架进行自动化控制, 还能够及时发现支架中所存在的故障和问题, 便于及时找到问题的解决方式。第二部分, 控制台。控制台作用的发挥对于整个系统来说都有着重要作用, 在电液控制系统中存在着一种电液控制器, 这种控制器的存在能够实现自动化控制, 当前, 在电液控制系统中常见的控制系统就是“一控四”。第三部分, 辅助设备。在煤矿开采液压支架中应用电液控制系统能够对液压支架的工作状态进行测定, 同时, 能够把这些测定的数据转换为另一种信号表现方式, 而这一过程的实现就依靠于电液控制系统中重要辅助设备———压力传感器。任何一个传感器都具有独立的信号输出能力, 一旦线路出现故障时, 能够对位置进行精确定位并及时采取有效的处理措施。
2. 电液控制系统软、硬件设计
第一, 软件设计。软件设计主要是应用很多指令内容让设备进行不同的工作内容, 对于电液控制系统中的软件设计而言, 需要精心设计以实现更好的接收和反馈信息。在整个系统中含有三种主要命令信号, 即“受命单元编码地质;单元编组方式;被控单元的动作指令”, 只有对这些不同的命令信号都能够准确识别, 才能够保证系统发挥正常的功效。对于软件中的控制功能来说, 是一个比较复杂的设计内容, 其主要组成部分有监控模块;命令的接收、处理和发送模块等, 任何一个模块都是控制系统得以正常发挥的必要组成部分。
第二, 硬件设计。在煤矿开采工作中电液控制系统的外在设备是必不可少的, 这种外在设备就是我们所说的硬件, 其在设计和连接上都需要根据工作内容而具体确定。但是在当前技术条件下, 采用CAN总线结构对不同的设备连接点进行布置, 其从结构形式上来看具有很大的优越性。
CAN线路结构布置方式需要在每一个液压支架上都配备一个子控机来实施控制工作, 这样就实现了多个子控制系统同时工作的局面。但是, 这些子系统在设计上需要注意以下几项内容:其一, 子系统的控制功能需要与煤炭的开采相符合。在煤炭开采过程中子系统不但要实现自身结构的控制之外, 还要对液压支架进行控制。其二, 总系统和子系统相协调。总控制系统功能的发挥需要以各个子系统功能的发挥为基础, 只有所有子系统都向所控制的设备发出工作命令, 才会实现对煤矿开采设备的自动化操控。
结束语
电液控制系统在煤矿开采过程中应用能够大大提高我国煤矿开采工作效率, 具有应用的必要性。希望通过对其系统的组成进行了解之后, 能够推动其在煤矿开采中的应用范围。
摘要：在煤矿开采过程中, 液压支架是实现机械开采的基础设备, 在整个行业中的应用范围比较广泛。与此同时, 我国科学技术的全面发展和应用也改变了液压支架的控制方式, 实现了自动化控制, 而这一自动化实现的基础就是电液控制系统的应用。
关键词：煤矿,液压支架,电液控制系统
参考文献
[1]李首滨.国产液压支架电液控制系统技术现状[J].煤炭科学技术, 2010 (01) .