基于SIT的内高压液压成形机位置同步系统控制研究

　　0 引言

　　在航空、航天和汽车制造等领域,减轻质量以节约材料和运行中的能量是人们长期追求的目标,也是现代先进制造技术发展的趋势之一。除采用轻体材料外,减轻质量的另一主要途经就是采用“以空代实”结构和变截面等强构件。内高压成形正是在此背景下开发出来的一种制造空心轻体构件的先进制造技术^[1],它已在欧美等发达国家被广泛采用^[2-3]。内高压成形机的核心部件是侧缸电液比例控制系统,其作用主要是根据管件胀形量的变化控制侧缸轴向位移补料。当管件对称,则控制侧缸两轴位移同步。同时,对如航天和汽车制造等工业领域,快速建立控制原形并对其进行有效性验证已变得越来越重要^[4],本文就是结合使用Simulink、SIT及测量硬件即研华PCI-1711数据采集卡实现对PID控制算法的实时仿真,通过在线调节其控制参数,从而快速整定控制参数,达到侧缸电液比例系统位置同步控制的目的,比起传统的离线仿真设计验证控制器,该方法能更好地满足了产品开发快速性要求。

　　1 液压系统结构基本描述

　　现已开发了一台内高压液压成形机,它由4个部分组成:机械和模架、液压系统、计算机自动控制系统和超高压压力源。液压系统实现控制管件两端冲头的推力液压缸驱动和内高压生成,采用了增压缸产生高压,这里的主要控制量即为两个侧推力缸的位移(或压力)和内高压的压力,液压系统主要由油源系统、电液比例阀控液压缸(包括位置和压力两个系统)、测量反馈系统和计算机控制系统组成。内高压成型过程中,液压控制系统主要用来驱动侧推力缸的移动和内压的生成,并且要保证此两者之间的伺服关系。

　　本文把两个位置液压缸称为左缸和右缸,左、右两缸和增压缸采用了电液比换向阀控制。

　　2 侧缸位置同步控制系统的数学建模

　　在本内高压成形液压机中,液压放大元件是比例方向换向阀,液压执行元件是液压缸。由此组成的液压动力机构是比例位置控制系统的一个关键性部件,它直接影响到系统的动、静态品质。

　　图1表示了内高压液压成形机侧缸位置同步控制系统的结构,对其中一个回路进行分析。由比例方向阀和单活塞杆液压缸组成系统的液压动力机构,其数学模型为:

　　液压缸的力平衡方程为:

　　由式(1)和(2)得侧缸位置同步控制系统方框图如图2所示(其位移反馈增益用K_y表示)。

　　3 联合仿真确定侧缸位置同步控制系统的PID控制参数

　　3.1 控制策略