《電子技術應用》
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開煉機伺服閥位置控制
來源:微型機與應用2013年第23期
陳 卓1,燕林滋2,張步幸1
(1.天津工業大學 電氣工程與自動化實驗室,天津 300387; 2.銀川能源學院 電力學院,寧夏
摘要: 采用研華設備及AI調節器相結合的控制算法對開煉機伺服閥進行過程控制,調距精度高,壓力值控制準確。同時具備調距控制響應快、數字信號處理靈活、易于實現參數反饋等特點。系統實踐效果較好,能夠廣泛應用于輪胎等生產行業中。
Abstract:
Key words :

摘  要: 采用研華設備及AI調節器相結合的控制算法對開煉機伺服閥進行過程控制,調距精度高,壓力值控制準確。同時具備調距控制響應快、數字信號處理靈活、易于實現參數反饋等特點。系統實踐效果較好,能夠廣泛應用于輪胎等生產行業中。
關鍵詞: 開煉機;過程控制;AI調節器

 近年來,隨著我國運輸事業的迅猛發展以及人民物質生活水平的不斷提高,輪胎橡膠行業一直處于高速發展的狀態。輪胎橡膠類加工企業在擴大生產的同時,不斷更新生產工藝和配方,大大提高了子午線輪胎的高速行駛安全性、舒適性和使用壽命。由于子午線輪胎膠料的硬度很高,一次煉制橡膠量加大,在生產過程中對煉制橡膠的生產設備的承載能力提出了更高的要求。開煉機作為整條生產線前端設備,其性能的好壞直接關系到生產的連續性。而對設備承載能力起決定因素的就是設備的安全裝置,它能保證整個設備在過載的情況下不會受到損壞[1]。
1 開煉機液壓調距系統
 開煉機液壓調距系統與其他的液壓伺服控制系統相同,都是一種以液壓動力機械作為執行機構并具有反饋控制的控制系統。它不僅能自動準確、快速地復現輸入量的變化規律,并且還能對輸入的數字信號實現變換的作用[2]。該控制系統與傳統開煉機調距系統相比具有如下特點:
 (1)動態性能好、穩態精度高
 調距最大行程L為100 mm。位置調節時域動態指標:上升時間tr<0.021 s,超調量σp<6%,調整時間ts<0.11 s。位置調節頻率動態指標:幅值裕量KS>6.9 dB相位裕量r=40°~70°。性能指標:位置控制精度e<±0.016 mm。
 (2)高壓大功率、高可靠性。
 (3)理論解析與特性補償。液壓控制的理論解析近期的研究傾向是利用微型計算機對復雜系統(如多變數液壓系統)和復雜因素(非線性及時變等)進行仿真分析的研究。
2 開煉機液壓調距控制系統的組成
 開煉機液壓調距控制系統采用SHT公司生產伺服油缸,型號:FB335X200X101ST。選用M00G公司生產G761-3004型伺服閥。阻尼比?灼h=0.7,固有頻率?棕h=721 rad/s。位移傳感器選擇MTS公司生產的磁致

3 智能調節器與研華系列模塊
 智能調節器AI808的功能除了涵蓋傳統過程控制系統的串級控制、前饋控制、比值控制、均勻控制等功能外,已經普遍應用了模糊控制、專家控制和神經網絡控制等新理論與新技術[3]。
 智能調節器具有“遙控”功能,可由PLC的模擬量輸出單元輸出4~20 mA(或0~20 mA,或DC1~5 V,或DC 0~10 V,或DC 0~5 V)的電壓或電流信號,實現各種過程的閉環控制系統。在初次使用AI808時,可啟動AT功能來協助確定M5、P、I等控制參數[4]。
 研華系列模塊包括Adam-5000TCP,Adam-4017,Adam-4055。其中Adam-5000TCP使用ARM 32 bit RISC CPU10/100Base-T自動偵測高速通信端口,支持Modbus/TCP通信協議,Adam-4017具有通道:6路、差分、兩路、單端;輸入類型:mV、V、mA,采樣速率:10采樣點/s。Adam-4055具有I/O類型:8 DO/DI,輸入電壓:DC 10~50 V,集電極開路DC 40 V,過壓保護:DC 70 V,DC 2 500 V光學隔離。
4 液壓調距控制系統
 該系統由定量泵和蓄能器共同供油,并設置了手動控制泵作為系統的輔助供油裝置,以便在緊急狀況下能夠保證輥距的順利打開;系統中在每個調距缸附近設置電磁溢流閥來保護開煉機軸筒和機架;采用比例閥控制輥距的調整速度和精度,同時保持輥距[5]。根據輥距對速度和精度的調整,采用電磁比例閥可以很好地解決這些問題,同時還可以實現對輥距調整的自動化控制,提高輥距調整效率,改善系統性能[6]。
5 系統程序
 系統程序應當基于設計系統的模型建立,該系統的數學模型如圖2所示。

 首先對上述數學模型進行PID校正。根據仿真的結果選用試湊法進行PID校正:(1)調整比例部分。將控制器中的積分系數和微分系數置零,使之成為純比例控制,將系統投入運行,再由大到小調節比例度,觀察系統的響應,直到出現約4:1的衰減過渡曲線。(2)整定積分環節。整定時,先將調整好的比例系數降低20%,以補償因加入積分而引起的系統穩態誤差上升,然后由小到大調節積分系數,消除靜差。(3)最后加入微分環節。此時可適當增加比例系數,以補償因加入微分后而引起的系統穩定性的下降。經過PID整定后原先的響應曲線如圖6虛線所示。理想的PID參數如下所示:

 

 

 其上升時間tr=0.004 29 s<0.01 s,調節時間ts=0.016 3 s<0.1 s,超調δp:3.72%<5%。從圖6的系統響應曲線可以看出校正后的控制系統是穩定的,幅值穩態裕量Ks=7.27 dB,相位穩態裕量r=65.4°。從表1的數據中可以看出,經PID校正后的系統特性完全達到設計要求。理想PID參數經過試湊后,應針對該PID參數書寫控制器算法,并寫到工控機中。按照研華模塊提供的協議往485串口上傳輸ASCII字符串。字符串的內容取決于工控機中計算的結果。現對上述系統加入負載擾動。加入負載擾動的響應曲線如圖6的實線所示。從圖6中可以看出加入負載擾動后,系統依舊可以達到本文提出的控制要求。
    開煉機是生產子午線橡膠輪胎的重要設備,其調距性能的好壞直接影響到輪胎的質量。液壓調距具有以下優點:調距精度高、安全保護性好及生產連續性好,是傳統的調距方法不能相比的。本文設計了、并對其控制方法做了重點研究。通過仿真研究該系統的特性,建立了液壓驅動調距控制系統的數學模型。設計了常規PID控制器,并進行了仿真,基本滿足設計要求。
參考文獻
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[2] 于江華,蘇東海.電液伺服系統的理論與實踐[J].機械,2007(34):17-18.
[3] VISIOLI A. A new design for a PID plus feedforward controller[J]. Journal of ProcessControl,2004(14):457-458.
[4] 許賢良.控制工程基礎[M].北京:國防工業出版社,2008.
[5] 梁莉,葛斌.基于AI調節器的過程計算機控制系統[J].微計算機信息,2006,22(6-2):293-294.
[6] 唐國俊,李健鎮.橡膠機械設計[M].北京:化學工業出版社,1995.

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