一种多缸同步控制算法及应用

    液压元器件在现代冶金设备中的运用越来越多,它具有反应灵敏、速度快、动作稳定、运动精度高等特点。液压元件的广泛运用不仅对液压专业提出了高要求,同时对电气专业也提出了更高的要求。液压元件是执行器件,其运动规律完全依靠电气专业的控制,电气控制必须要安全、平稳、快速、高精度,但这些要求往往是相悖的,例如追求平稳就要牺牲速度,追求速度就要牺牲精度,控制时只能把这些要求控制在相对合理的范围内,以满足生产的工艺要求为目标。

　　在多缸驱动的设备中,很多情况都需要各缸同时运动。为了使多缸运动的协作更加完美,各缸之间的同步性变得十分重要,在电气控制策略上,可以通过软件方法来实现同步性的要求。对于软件同步控制,控制算法或思路有很多种,例如主从方式、速度匹配方式、位移匹配方式、力平衡方式、等待方式、追逐方式、回退方式等。这些方式各有特点,适用于不同的场合。

    本文介绍的控制算法就是针对多缸协同动作的一种同步控制算法。此同步控制有如下特点:(1)各缸外部环境相同; (2)各缸运动方式相同;(3)都做同起点同终点的直线运动,并且要求同步控制; (4)不限定运动的缸数; (5)不限定运动的行程; (6)速度和精度可通过参数调节; (7)同步越好运动速度越快。凡是有多缸同时运动的控制状况均可采用此算法进行控制,并且可以根据需要调节参数,以达到合理的速度与精度。

    1　控制思路

    以连铸机的翻转冷床设备为例,介绍多缸同步算法的思路。翻转冷床上升或下降运动有以下特点: (1)四缸同时驱动; (2)要求的运动速度比较快; (3)控制精度要求不是太高; (4)同步性要求比较高。

    鉴于以上特点,为了节约成本,液压执行器件选用了普通的比例阀,相对于伺服阀来说,给电气控制增加了相当大的难度。比例阀的动作精度、运动速度及线性度都不是很好,并且还有相当大的死区,这些对于电气控制来说都非常难处理。

    由于本系统的控制指标均是以位移为基础的,所以控制方式选择位移控制;又因在行进过程中有行程和同步精度要求,因此必须选择闭环控制。控制主回路选择带PID算法的位移闭环控制。这样,每个液压缸需要带一个位移传感器,以测量实际位移。从成本上考虑,不需要测量压力,因此取消压力传感器,仅由位移构成控制环路。一个单独的控制环路如图1所示。

    以上控制回路当仅有一个缸时,可以正常运行,但多只缸同时动作时,由于油路、阀、缸、载荷、变形等的差异性,势必会导致各缸运动的位移差。为了提高同步性,必须采用其他方式。