簡介
壓裝機(jī)是汽車變速箱生產(chǎn)線的主要生產(chǎn)設(shè)備，用于生產(chǎn)汽車變速箱的各種齒輪件及齒輪軸件，其壓裝力的大小決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，過大或過小的壓裝力都會對產(chǎn)品造成一定的影響，嚴(yán)重時會把工件壓壞造成廢品或壓裝不完全，因此，嚴(yán)格控制壓裝力已成為壓裝機(jī)生產(chǎn)所必須解決的問題。常規(guī)壓裝機(jī)的壓裝力的調(diào)節(jié)依靠理論計算，手動調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力閥來實現(xiàn)，其液壓原理圖，如圖1所示。
但是由于手動調(diào)節(jié)具有一定的誤差，且壓力表的顯示也存在一定的誤差，對于壓裝力要求的工件生產(chǎn)，尤其是小噸位壓裝機(jī)，該誤差已經(jīng)可能造成較大的影響。為了解決手動調(diào)節(jié)的誤差問題及頻繁手動調(diào)節(jié)的繁瑣問題，針對某單位的40噸壓裝機(jī)設(shè)計了電液比例控制液壓系統(tǒng)。
電液比例控制壓裝機(jī)
根據(jù)常規(guī)壓裝機(jī)的壓力調(diào)節(jié)問題，對其液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改造，改造后的液壓系統(tǒng)，如圖2所示。
其閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖，如圖3所示。本系統(tǒng)的液壓泵采用恒壓變量柱塞泵;溢流閥采用先導(dǎo)式電液比例溢流閥;在液壓缸與工件之間增加了力傳感器，作為電液控制系統(tǒng)的反饋元件。與傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)和普通開關(guān)型液壓閥相比，電液比例控制閥能大大提高液壓系統(tǒng)的控制精度，并且可以彌補(bǔ)普通液壓控制閥只能進(jìn)行開關(guān)控制、不能進(jìn)行連續(xù)控制的缺陷。
該系統(tǒng)的控制過程如下：由計算機(jī)輸出電壓信號，該信號通過比例放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘枺ㄟ^改變比例溢流閥開口調(diào)節(jié)油缸無桿腔的壓力從而改變壓頭輸出力的大小，通過力傳感器實時檢測壓頭輸出力并輪換為電壓信號通過采集卡傳給計算機(jī)，該實測值與程序中設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)過控制算法運(yùn)算輸出新的控制信號實現(xiàn)力的閉環(huán)控制。由電磁換向閥控制油路方向?qū)崿F(xiàn)壓下力輸出控制和壓頭縮回。在系統(tǒng)中計算機(jī)參與實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)采集、控制決策及控制輸出三個基本功能。
系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立
如圖4所示，為系統(tǒng)液壓模塊的分析簡圖。據(jù)此可列出壓裝機(jī)的壓下力的動態(tài)方程：
(1)
式中：Fg——作用在工件上的奪下力;
A2——油缸活塞有桿腔的面積;
p2——系統(tǒng)的背壓(即壓下油缸有桿腔的壓力);
M——活塞桿、力傳感器和壓頭的質(zhì)量;
B——活塞及負(fù)載的粘性阻尼系數(shù);
K——負(fù)載彈簧剛度。
假設(shè)忽略活塞及負(fù)載的粘性阻尼，則式(1)中活塞及負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)B=0。
式(1)經(jīng)拉普拉斯變換之后，改寫為：
(2)
模糊PID控制器設(shè)計
壓裝機(jī)模糊控制系統(tǒng)的組成具有傳統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，主要由模糊控制器、輸入輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對象和測量裝置組成，其控制系統(tǒng)組成框圖，如圖5所示。
對于壓裝機(jī)壓力模糊控制系統(tǒng)，先確定輸出變量ΔKP、ΔKI、和ΔKD與偏差E和偏差變化率EC之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過不斷檢測E和EC，再根據(jù)模糊控制原理對參數(shù)進(jìn)行在線修改并滿足在不同和時對控制參數(shù)的不同要求，使被控對象具有良好的動、靜態(tài)性能。如表1~3所示，分別為ΔKP、ΔKI、和ΔKD的模糊控制規(guī)則。
給系統(tǒng)輸入一個階躍信號，則采用MATLAB/SIMULINK計算機(jī)仿真工具對其模糊PID控制的壓裝機(jī)壓力控制系統(tǒng)仿真曲線，如圖6所示。
由圖6可見，該系統(tǒng)無穩(wěn)定誤差和超調(diào)，壓裝力峰值時間0.17s，上升時間0.12s，調(diào)整時間0.14s，滿足控制系統(tǒng)的技術(shù)要求及現(xiàn)場生產(chǎn)的實際需求，具有較好的控制效果。
結(jié)論
采用電液比例控制系統(tǒng)和模糊PID控制器對壓裝機(jī)壓裝力進(jìn)行控制，可以較好地實現(xiàn)壓裝力的精準(zhǔn)控制，以實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)對壓裝力的精度要求控制，并可以方便地通過計算機(jī)對壓裝力進(jìn)行修改，進(jìn)而可以采用一臺設(shè)備實現(xiàn)多臺設(shè)備的功能，實現(xiàn)現(xiàn)場產(chǎn)品生產(chǎn)的多樣化和經(jīng)濟(jì)化。
