篦冷機多缸協同運動的控制方法

向東湖，汪偉

篦冷機多缸協同運動的控制方法

向東湖，汪偉

Controlling Method of Grate Cooler Multi-cylinder Coordinated Movement

現代工業裝備中，多個液壓缸同時作用于同一設備的應用越來越多，為了保證多缸的協同運動，除了液壓執行元件的選型一致外，電氣控制對同步也起到了非常重要的作用。本文以顆粒物料輸送設備步進式篦冷機為實例，介紹一種適用于配合多個液壓缸的電氣同步控制方法，并對該方法的應用進行簡要的說明和評述。

篦冷機；多缸協同；控制方法；位置控制器

1 前言

液壓元件在設備中的運用越來越多，它的廣泛運用不僅對液壓系統設計提出了高要求，同時也對電氣專業提出了更高的要求。液壓元件是執行器件，其運動完全依靠電氣專業的控制，必須要做到安全、平穩、快速、高精度，但這些要求往往是互相牽制的，控制時只能把這些要求控制在相對合理的范圍內，以滿足生產的工藝要求為目標。本文介紹的控制方法就是針對多缸協同動作的一種同步控制算法。

2 控制思路

在多缸液壓系統中，如果要求執行元件以相同的位移或相同的速度運動時，應采用同步回路。從理論上講，只要兩個液壓缸的有效面積相同、輸入的流量也相同的情況下，應該做出同步動作。但是，實際上由于負載分配的不均衡，摩擦阻力不相等，泄漏量不同，均會使兩液壓缸運動不同步，因此需要采用同步回路。同步回路的控制方法一般有三種：容積控制、流量控制和伺服控制。容積式同步回路如串聯缸的同步回路；流量控制式同步回路如用調速閥、比例閥或用分流集流閥的同步回路；伺服式同步回路的同步精度最高。

篦冷機的篦床是由相對獨立的列向單元構成，每列由單獨油缸驅動，多缸協同運動以完成顆粒物料的輸送。圖1是該設備液壓系統原理圖，每臺油缸由單獨的比例換向閥控制其運動的方向和速度，多缸由一臺負載敏感泵提供壓力油，分析可以得出，系統設計上采用比例閥控制流量實現多缸協同運動。其油缸往復運動有以下特點：

（1）多缸活塞桿伸出時同步運動，縮回時分步進行。

（2）要求的運動速度可以調整。

（3）速度控制精度要求不太高。

（4）同步性要求比較高。

一般比例閥的動作精度、運動速度及線性度都不是很好，并且有相當大的死區，這些都給電氣控制帶來了一定的難度。由于本系統的控制指標均是以位移或速度為基礎的，所以控制方式選擇位置同步控制或者速度同步控制；又因在行進過程中有行程和速度同步精度要求，因此必須選擇閉環控制。控制主回路選擇帶PID算法的位移或者速度閉環控制。每個獨立運動機構的液壓缸需要配置一個位移速傳感器，以測量實際位移或者速度，同時從成本上考慮，不需要測量壓力，可以取消壓力傳感器。由位移傳感器構成的PID控制回路原理見圖2。

圖1 液壓系統原理圖

3 控制算法

控制主回路選擇帶PID算法模塊的位置控制器，每個獨立運動機構的液壓缸需要配置一個位移速傳感

器。PID閉環控制原理見圖3。

從圖3可以看出，位置控制器可選擇速度同步控制方式或者位置同步控制方式，位置控制器將從油缸電位計反饋的實際值與從PLC給出的設定值進行比較，然后將偏差發送給閥放大器，如果輸入信號變化發生突變，系統就會以高動態性能做出反應。借助該調節器模塊，就能很方便的進行位置調節和速度調節，控制油缸的運動與規定的運動一致。

根據上述對液壓系統和油缸運動要求的描述，我們可以繪出多缸協同運動的速度－時間曲線（圖4）。v1和v2分別表示油缸活塞桿伸出和縮回時設定的速度值，該值根據工況需要可以調節，v1和v2的最大值主要由液壓系統的能力決定；t0表示設定的多缸活塞桿同時伸出的運動時間，t1、t2和t3分別表示設定的單缸活塞桿縮回時的運動時間。通過規定油缸運動總行程、4個階段時間分配以及各階段斜坡時間（加減速時間），從而可以定義出設定速度v1和v2的值，以及各個階段的加速度和減速度。定義完各個階段的時間、加速度和速度，通過PLC將每個油缸各個時刻設定的速度值或者位移值發送給位置控制器模塊，從而完成對算法的定義。

圖2 閉環控制回路

圖3 PID模塊閉環控制原理

圖4 多缸運動速度－時間曲線

在實際的調試過程中，由于系統性能上的問題會造成系統調節的困難。具體的問題出現在比例閥、液壓管路和容量不足等問題，在實際調試中，以上問題均可以通過設定值與反饋值偏差來處理。

通過實際應用，采用此同步算法的效果相當明顯，同步控制精度以及運動速度均滿足要求。在適當放寬同步精度的條件下，還可以提高運行速度，當然，這要根據實際需要來確定。如果要縮短油缸運動周期，可以適當縮短斜坡時間；如果要使得油缸換向平穩無沖擊，可以適當加長斜坡時間。但這些參數是相互制約的，修改某一項時，一定要考慮到對其他因素的影響。通過對位置控制器各參數的調試，無論液壓缸的低速伸缸，還是高速的縮回，都具有響應速度快、動態過程跟隨誤差小，到達終止位置靜態誤差小的特點。

4 結語

此同步控制方法可有效地解決因閥、油路、液壓缸、機械設備、載荷等因素導致的多油缸運動的不同步性，保證同步到達目標值，不受運動缸數目和運動行程的限制，運行速度與同步精度可以通過參數進行調節。如果有類似兩個以上液壓缸同時驅動同一設備做直線運動，可以使用本文介紹的方法進行同步控制。

TQ172.622.4

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2013-05-06；編輯：呂光