基于22MN快锻液压机多模态控制策略研究.pdfVIP

第五届全国流体传动与控制学术会议暨 2008 年中国航空学会液压与气动学术会议 基于22MN 快锻液压机多模态控制策略研究 孔祥东 窦雪川 姚静 李楠 赵悦 (燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室 秦皇岛 066004) 摘要：22MN 快锻压机液压系统是高压大流量的大功率系统，具有负载干扰大、运动惯量大、系统冲击大等特点， 为抑制这些负面影响，提高控制精度并改善系统的静动态特性, 针对 22MN 快锻液压机的工作特性，建立其数学模 型，设计了多模态控制器，用 MATLAB®/Simulink 软件进行仿真。结果表明，与单纯 PID 控制器相比，多模态控制 更好地抑制了外负载干扰，使系统动态性能得到了大幅度提高。 关键词：锻压机 多模态控制 建模 仿真 中图分类号：TG315.4+6 采取有效的控制策略，使其达到以下几点：1.应尽 * 0 前言 量满足动静态精度要求，严格优化设计使系统做到 快速而无超调；2.对时变、外负载干扰和非线性因 快锻液压机是重型机械设备，由于锻造速度快、 素引起的不定性，控制系统应呈现较强鲁棒性；3. 控制精度好、自动化程度高、工艺范围广以及节能、 控制策略应具有较强的智能；4.控制算法应简单可 节材显著，被广泛应用于工业生产中。快锻液压机 行，实时性强[4-6] 。 系统属于非线性、时变系统，它存在较大的参数变 化和大时变负载干扰，而且控制对象比较复杂，很 难根据其物理本质构造出一个完善精确的数学模 型，采用传统控制理论来解决这样的控制问题不能 取得令人满意的效果[1-2] 。本文根据快锻液压机系统 的特点，设计了多模态控制器，既满足液压机快速 性和精确性的要求，同时还具有一定的抗干扰能力。 1 快锻液压机工作特性 图 1 压机行程和时间关系曲线 锻造液压机的工作过程分为空程慢降、快降、 减速、加压、卸压、快速返程、减回 7 个工况。图 2 快锻过程建模 1 所示为理想的快锻液压机工作曲线。锻造液压机 在不同工况下的工作特性各不相同。图中A-B 段为 针对 22MN 快锻压机，建立其溢流快锻简化回 速度渐增的缓降段。B-C 段接近直线，为速度较高 路的数学模型，其简化回路如图 2 所示。当快锻压 的快速下降段。C-D 段速度逐渐变小。D-E 段为缓 机压下时，主缸进液阀 SV1 工作，回程缸排液阀 慢加压直至下停点 E 。E-F 段速度较低，以便实现 SV4 关闭，使锻压机快速下行；返程时，回程缸进 无冲击卸压。F-G 段为快速回程阶段。G-H 段回程 液阀 SV2 和主缸卸荷阀 SV3 同时投入工作，使锻 速度渐缓直至上停点 H 。整个曲线具有快而软的特 压机快速回程，完成一个工作循环。PV 为溢流阀， 性，表明快锻液压机既具有较快的速度，而冲击又 其压力可以调节。 很小[3] 。 液压机的活动横梁在主缸和回程缸作用下运 为了获得理想的控制性能，必须针对其特点， 动，其动力学方程为： · ·· p A -p A +G -F -F -B y =m y 1 1