電液比例畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

./WORD格式整理版摘要本次設(shè)計(jì)的是一個(gè)電液比例伺服成型計(jì)算機(jī)控制。其工作的最高壓力為12噸,液壓系統(tǒng)提供的壓力為16Mpa,最大流量為40L/min。本次設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)對(duì)電液比例伺服成型機(jī)的工作原理、工藝流程、工作特點(diǎn)、液壓回路的深入解的前提下,對(duì)液壓系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及PID控制算法進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì),并采用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)PID控制參數(shù)的智能化自動(dòng)整定,并利用整定后的控制參數(shù)控制比例伺服閥的運(yùn)行過(guò)程,最后利用數(shù)字化實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)的過(guò)程,并且在Visualbasic6.0環(huán)境下完成控制程序的編制。從而使得電液比例伺服成型機(jī)工作平穩(wěn),自動(dòng)完成成型過(guò)程。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的控制算法,使得控制系統(tǒng)能獲得較高的響應(yīng)速度、穩(wěn)定的控制精度和良好的控制效果。關(guān)鍵詞：壓力成型,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),PID控制算法,VB6.0。ABSTRACTThiswhattimedesignisacomputercontrolpressuremouldingmachineryforaproportional-undRegeventileproportionalandservosolenoidvalvesValvesproportionnellesetservo-distributeurs.It’spressurethatworkthattallestpressureis12tons,Hydraulicpressuresystemtoprovideto16Mpa,Thebiggestdischargeto40L/min.Thisdesigninghasbeenworkedtheproportional-undRegeventileproportionalandservosolenoidvalvesValvesproportionnellesetservo-distributeurstypemachineprinciple,craftprocess,workthecharacteristics,Hydraulicsystemthebacktrackdeepintothesolution’spremisenext、designhydraulicsystem,machineconstructiondesign、computercontrolsystemandPIDarithmeticofcontrolproceedreasonablely.AndadoptionthesoftwaretechniquerealizesPIDcontrolparameterofintelligenceautomaticadjust.Andmakeuseofwholecontrolparametercommandproportionnellesetservo-distributeursmovementprocess.AndfinallymakeuseofthearithmeticfigurerealizethePIDprocessmodulation,andcompletetocontroltheestablishmentoftheprocedureunderthevisualbasic6.0entironment.Frombutmaketogiveotgetanproportional-undRegeventileproportionalandservosolenoidvalvesvalvesporportionnellesetserov-distributeurspressuremouldingmachineryworkissteady,andautomaticallycompletemouldingprocess.Passthecontrolofreasonabledesigntherationalizationofcontrolarithmetic,andmaketocontrolthesystemtocanacquiretheuppertorespondofthevelocity,stablecontrolaccuracywiththegoodcontrolresult.KEYWORDS:PressureMoulding,ComputerControlSystem,PIDControlArithmeticway,VisualBasic6.01.前言目前,國(guó)內(nèi)所使用的中、小型壓力機(jī)以四柱式壓力機(jī)為主,由于液壓傳動(dòng)本身的優(yōu)點(diǎn),特別是便于傳遞較大的力和力矩這一特點(diǎn),所以在許多壓力機(jī)中采用液壓系統(tǒng)對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制,如液壓機(jī)、鍛壓機(jī)、成型機(jī)等。1.1電液比例成型機(jī)的簡(jiǎn)介傳統(tǒng)的壓機(jī)系統(tǒng)采用是普通的液壓閥,以致液壓系統(tǒng)非常龐大,而且維護(hù)困難,采用行程塊定位,重復(fù)定位精度不高。近年來(lái),隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,微型計(jì)算機(jī)在鍛壓生產(chǎn)中得到了廣泛的使用。微機(jī)的應(yīng)用大大提高了鍛件的產(chǎn)品的質(zhì)量,提高了節(jié)省了原材料,降低成本,明顯地提高了工作效率,并改善了工人的勞動(dòng)條件,具有明顯地提高生產(chǎn)效率,顯著地有經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)文化效益。目前,液壓機(jī)的計(jì)算機(jī)控制有兩大類(lèi),一類(lèi)是由微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成,的控制系統(tǒng)。另一類(lèi)是由可編程控制器〔簡(jiǎn)稱(chēng)PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)。由于機(jī)電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及,電液控制系統(tǒng)已在工程上普遍得到應(yīng)用,而且新開(kāi)發(fā)的設(shè)備絕大部分由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,這樣既經(jīng)濟(jì)又可以采用各種控制策略控制,使系統(tǒng)的性能更完善。電液控制器件也逐步成為機(jī)電一體化的產(chǎn)品如伺服缸、比例缸、數(shù)控缸等,這些元件將電液控制閥、液壓缸、檢測(cè)元件等組成一體,便于使用。有的電液控制閥也將控制放大器和電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器、液壓閥等組成一體。這樣,電液控制系統(tǒng)的使用將更為方便和可靠,應(yīng)用將更普及。采用計(jì)算機(jī)電液控制的壓機(jī),實(shí)現(xiàn)在工藝過(guò)程自動(dòng)化及提高各運(yùn)動(dòng)部分的控制精度,在生產(chǎn)過(guò)程中顯示出以下優(yōu)點(diǎn)：〔1節(jié)省原料,飛邊減少?！?冷卻時(shí)間縮短,調(diào)整時(shí)間較短?！?降低了廢品率,生產(chǎn)效率得到提高?！?更均一的產(chǎn)品,以前不可生產(chǎn)的制品。1.2本選題研究的意義根據(jù)流控專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃大要求,按高校教改的需要,應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)努力提高學(xué)生的動(dòng)手能力。機(jī)械專(zhuān)業(yè)為拓寬專(zhuān)業(yè)方向也應(yīng)開(kāi)設(shè)微機(jī)電液控制方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)課教學(xué)需要,努力提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)水平。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自控理論的應(yīng)用,本實(shí)驗(yàn)臺(tái)不但可測(cè)試典型的電液位置控制系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能參數(shù),而且可以實(shí)現(xiàn)典型的壓力成型機(jī)的工況。實(shí)驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán),并具有一定的生產(chǎn),加工能力。投入較少資金設(shè)計(jì),制造高水平,高精度實(shí)驗(yàn),生產(chǎn)設(shè)備。購(gòu)置一臺(tái)最基本的液壓伺服系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)需15萬(wàn)左右,而自行設(shè)計(jì)制造的是液壓伺服控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái),僅需10萬(wàn)左右。從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和理論研究上都有研制開(kāi)發(fā)的必要性和可行性。1.3設(shè)計(jì)的主要方法和內(nèi)容設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：1.電液比例伺服成型機(jī)的工作原理及其結(jié)構(gòu)。2.電液比例伺服成型機(jī)的工藝流程、液壓系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)。3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),PID調(diào)節(jié)軟件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要方法是采用面向?qū)ο蟮某绦蛘Z(yǔ)言實(shí)現(xiàn)成型機(jī)的自動(dòng)成型過(guò)程,使用反饋控制系統(tǒng),并且選擇合理的控制算法,從而達(dá)到成型機(jī)平穩(wěn)工作的目的。2.總體設(shè)計(jì)2.1綜述液壓機(jī)是用來(lái)對(duì)金屬、木材、塑料等材料進(jìn)行加壓力加工的機(jī)械,也是最早應(yīng)用液壓傳動(dòng)的機(jī)械之一。液壓傳動(dòng)目前已成為壓力加工機(jī)械的主要傳動(dòng)形式。液壓機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是以壓力控制為主的系統(tǒng),由于液壓傳動(dòng)用于機(jī)器的主傳動(dòng),系統(tǒng)壓力高、流量大、功率大,因此特別要注意提高系統(tǒng)的效率,而且要防止泄壓時(shí)產(chǎn)生沖擊。液壓機(jī)根據(jù)其工作循環(huán)要求有快進(jìn)、減速接近工件及加壓、保壓延時(shí)、泄壓、快速回程及保持活塞停留在行程的任意位置等基本動(dòng)作。2.2明確設(shè)計(jì)要求制定基本方案2.2.1設(shè)計(jì)要求1．通過(guò)軟件可設(shè)計(jì)成型曲線(xiàn)。2．自動(dòng)完成成型過(guò)程。3．控制算法合理。4．成型機(jī)工作平穩(wěn)。2.2.2設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)額定壓力16MPa。系統(tǒng)額定流量40L/min。油缸最大輸出推力12噸。2.2.3制定控制系統(tǒng)的基本方案壓力機(jī)的典型工況有,位置控制、速度控制、壓力控制等,根據(jù)壓力機(jī)的典型工況和工藝過(guò)程,現(xiàn)把系統(tǒng)分成兩個(gè)控制過(guò)程,一個(gè)是位置控制系統(tǒng),另一個(gè)是壓力機(jī)工況,同時(shí)采用位置傳感器和壓力傳感器進(jìn)行反饋。另外,分別對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的PID控制算法。利用反饋環(huán)節(jié)來(lái)提高系統(tǒng)的加工精度,抗干擾、噪聲的能力,使壓力機(jī)過(guò)程工作平穩(wěn)。3.詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的選擇從壓力機(jī)系統(tǒng)的高強(qiáng)度、剛度的要求出發(fā),選擇典型的四柱式為基本結(jié)構(gòu)。這種液壓機(jī)在它的四個(gè)立柱之間安置著液壓缸,液壓缸驅(qū)動(dòng)上滑塊運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)"啟動(dòng)快速下行慢速加壓保壓延時(shí)快速返回原位停止"的動(dòng)作循環(huán)；具體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖紙2所示。強(qiáng)度、剛度的計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算油缸的的最大輸出壓力為12噸,所以總的拉力：FZ=12×1000×9.8=117600N所以,每個(gè)桿上所受的力為：F=FZ/4=117600/4=29400Nd——桿的直徑,F——桿的受的拉力,——許用應(yīng)力。材料為45鋼,=360Mpa,取安全系數(shù)n=4,則=/4=90Mpa取d=40mm>20.34mm,所以選擇用d=40mm是合適的,滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。有限元計(jì)算因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)為四柱式,可以把機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化成一個(gè)箱體的形式,由材料力學(xué)的知識(shí),在有限元中,具體是把箱體分為上板、下板和軸,簡(jiǎn)化結(jié)果如下圖、進(jìn)行有限元分析。在連接立柱的孔上加上X、Y、Z三個(gè)方向上的約束,在中間的大孔上加上向下的壓力,FZ=117600N,板厚為75mm,經(jīng)過(guò)ANSYS分析之后得到在大孔的邊緣所受的應(yīng)力最大,各種分析結(jié)果云圖見(jiàn)附頁(yè),具體結(jié)果如下：劃分單元數(shù)8979個(gè),結(jié)點(diǎn)數(shù)2209個(gè)結(jié)點(diǎn)。最大應(yīng)力點(diǎn)在179、160、20號(hào)結(jié)點(diǎn)上其值為：MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE17916020VALUE-0.58094E-05-0.50946E-05-0.26723E-04下板的簡(jiǎn)化模型圖如下：在連接立柱的孔上加上X、Y、Z三個(gè)方向上的約束,在中間連接液壓缸的螺栓孔上加向上的壓力,FZ=117600N,板厚為75mm,經(jīng)過(guò)ANSYS分析之后得到在連接液壓缸的邊緣所受的應(yīng)力最大,各種分析結(jié)果云圖見(jiàn)附頁(yè)。具體結(jié)果如下：劃分單元數(shù)32001個(gè),結(jié)點(diǎn)數(shù)6614個(gè)結(jié)點(diǎn)。最大應(yīng)力點(diǎn)在188、181、101號(hào)結(jié)點(diǎn)上其值為：MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE188181101VALUE-0.10913E-04-0.13691E-040.56048E-04上板的簡(jiǎn)化模型圖如下：在立柱的螺栓連接端加上X、Y、Z三個(gè)方向上的約束,在另一端加上拉力,FZ=29400N,經(jīng)過(guò)ANSYS分析之后得到在軸的中間所受的應(yīng)力最大,各種分析結(jié)果云圖見(jiàn)附頁(yè),具體結(jié)果如下：劃分單元數(shù)30850個(gè),結(jié)點(diǎn)數(shù)6295個(gè)結(jié)點(diǎn)。最大應(yīng)力點(diǎn)在7、2031、53號(hào)結(jié)點(diǎn)上其值為：MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE7203153VALUE-0.10507E-09-0.97792E-10-0.55560E-08軸的簡(jiǎn)化模型圖如下：由以上兩種方法可得,所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度要求。3.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓油源的選擇系統(tǒng)工作壓力高,省材料,結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,是液壓系統(tǒng)的發(fā)展方向。從控制系統(tǒng)的功能來(lái)看,執(zhí)行機(jī)構(gòu)不僅需要具有拖動(dòng)負(fù)載的力〔或力矩,而且要保證一定的速度。此二參數(shù)都要由能源來(lái)決定,例如負(fù)載力除以液壓缸活塞有效面積即是負(fù)載壓力,而速度乘以活塞有效面積又是負(fù)載流量。負(fù)載壓力與負(fù)載流量都由伺服閥來(lái)提供的,因此存在一個(gè)負(fù)載力和負(fù)載速度與伺服閥的流量和壓力的匹配問(wèn)題。從各方面的綜合考慮,初選液壓油源的壓力為31.5Mpa。伺服油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇根據(jù)負(fù)載情況及系統(tǒng)的要求選擇合適的元件,一般首先確定液壓動(dòng)力元件,并由此選擇液壓源及相應(yīng)的電控器件。以所要求油缸的最大推力為設(shè)計(jì)依據(jù),計(jì)算伺服油缸的作用面積。F=117600NF=PAA=πd2/4根據(jù)液壓缸的缸筒內(nèi)徑尺寸系列,選取液壓缸的缸筒內(nèi)徑為63mm。根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品,選擇伺服油缸的型號(hào)為：型號(hào)：CKP20-63/45×0200-G208KCK系列帶內(nèi)置傳感器的伺服油缸。缸的內(nèi)徑是63mm,活塞桿徑為45mm,有效長(zhǎng)度為200mm。前端緩沖,抗摩性,速度可達(dá)1m/s。傳感器：電阻式,線(xiàn)性度0.025％,最高速度1m/s?？芍貜?fù)精度<0.01％,最大行程200mm。性能：電阻=0.75KΩ/100mm<誤差20％>-絕緣電阻=>1000MΩ在500VDC時(shí)最大功率=0.3W/cm在25○C時(shí)提供功率=0～10VDC平均壽命30×106周期〔行程100mm比例伺服閥的選擇以前的液壓壓力機(jī)都采用普通的液壓閥組成回路,一個(gè)突出的缺點(diǎn)是使用閥的數(shù)目很多,而且布管困難,檢修維護(hù)復(fù)雜等。隨著電液比例技術(shù)的出現(xiàn),由于液壓比例技術(shù)具有價(jià)廉,對(duì)油質(zhì)要求不高,便于維護(hù)和在一定程度上滿(mǎn)足適時(shí)控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求等特點(diǎn),因而形成了用比例閥代替伺服閥的趨勢(shì),再結(jié)合編程實(shí)現(xiàn),利用調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。因此,選擇電液比例伺服為系統(tǒng)的控制閥,其具有伺服閥的特點(diǎn),又具有比例閥的性能。能同時(shí)實(shí)現(xiàn)方向控制和流量控制,而且能夠成比例的控制流量。電液伺服比例閥的性能參數(shù)如下：型號(hào)：PL-NG-10帶集成放大器的具有位置控制的電液伺服比例閥。單電磁鐵,輸入電壓10V最大流量,Q=100L/min。最大壓力,P=35Mpa滯環(huán)0.2％,頻響65Hz最大壓降1MPa。零開(kāi)口,零位泄漏QC=0.1L/min液壓回路的設(shè)計(jì)液壓機(jī)是用來(lái)對(duì)金屬、木材、塑料等材料進(jìn)行加壓力加工的機(jī)械,也是最早應(yīng)用液壓傳動(dòng)的機(jī)械之一。液壓傳動(dòng)目前已成為壓力加工機(jī)械的主要傳動(dòng)形式。液壓機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是以壓力控制為主的系統(tǒng),由于液壓傳動(dòng)用于機(jī)器的主傳動(dòng),系統(tǒng)壓力高、流量大、功率大。壓力機(jī)根據(jù)其工作循環(huán)要求有快進(jìn)、減速接近工件及加壓、保壓延時(shí)、泄壓、快速回程及保持活塞停留在行程的任意位置等基本動(dòng)作。在快慢行程轉(zhuǎn)換時(shí),為避免沖擊振動(dòng),必須要有減速回路。加壓、保壓延時(shí)要有保壓回路。快速回程時(shí)為防止液壓沖擊,產(chǎn)生水垂現(xiàn)象振動(dòng)和噪聲等必須要有泄壓回路。保持活塞停留在行程的任意位置必須要有平衡回路。保壓和泄壓是壓機(jī)必須考慮的兩個(gè)問(wèn)題：保壓直接影響工件制品的質(zhì)量。泄壓是泄掉保壓時(shí)主機(jī)的彈性形變,油液的壓縮和管道膨脹是形成的高壓。它影響系統(tǒng)沖擊、振動(dòng)和噪聲、密封、管路、閥門(mén)的壽命。保壓回路的設(shè)計(jì)：保壓的性能是指保壓時(shí)間和壓力的穩(wěn)定性。以下是幾種實(shí)現(xiàn)保壓方案：用液控單向閥保壓：在主缸進(jìn)油路串接液控單向閥,利用錐閥座具有自密封性實(shí)現(xiàn)。一般指標(biāo)：在20MPa下可保壓10minΔP<2MPa。使用場(chǎng)合：適于保壓要求不高,保壓時(shí)間較短,保壓中無(wú)大振動(dòng)。輔助泵保壓：保壓回路上增設(shè)小流量高壓泵自動(dòng)補(bǔ)油保壓：用液控單向、電接觸式壓力表和泵時(shí)開(kāi)時(shí)停方式。指標(biāo)：保壓時(shí)間長(zhǎng),壓力波動(dòng)不超過(guò)1～2MPa。蓄能器保壓：采用小型隔離式重錘蓄能器,節(jié)約功率,壓力基本不降,蓄能器加在主缸與液控單向閥之間進(jìn)油路上。蓄能器出口設(shè)單向節(jié)流閥,防止換向閥切換時(shí),蓄能器突然卸壓造成沖擊。指標(biāo)：保壓24小時(shí),ΔP<0.1～0.2MPa。小型保壓缸保壓：控制卸壓速度措施：延緩換向閥切換時(shí)間：用帶阻器,H或Y型電液換和閥。利用液壓控制：當(dāng)主缸壓力降至允許壓力時(shí),才自動(dòng)發(fā)出回程信號(hào),在主缸沒(méi)保壓時(shí),能及時(shí)發(fā)回信號(hào)節(jié)約輔助時(shí)間。泄壓回路有以下兩種方案：第一種方法：復(fù)式液控單向閥利用回程高壓油控制液控制單向閥使主缸上腔完成泄壓和回程排油。應(yīng)用廣泛。因卸荷閥控制壓力較小,只需工作壓力的0.05倍左右。故換抽閥切換后液控單向閥,控制活塞首先頂開(kāi)卸載,閥進(jìn)行卸壓,直至上腔壓力降到預(yù)定值<1～1.6MPa>。液控單向閥主閥芯被頂開(kāi)接通主油路,實(shí)現(xiàn)回程。另外,若主泵流量過(guò)大,會(huì)出現(xiàn)上腔壓力來(lái)不及泄完,下腔已達(dá)高壓,使卸載閥和主閥芯被同時(shí)頂開(kāi),造成上腔突然放油,使活塞向上"前沖"。上述方法適于小型機(jī)或主泵流量較小的場(chǎng)合。第二種方法：利用順序閥控制回壓力實(shí)現(xiàn)卸壓。保壓后換向,1DT上腔高壓打開(kāi)順序閥,此時(shí)油液從泵->順序閥->節(jié)流閥->油箱。由于節(jié)流閥背壓。作用主缸下腔壓力〔可調(diào)至2MPa不足以使活塞回程。但可頂開(kāi)液控單向閥的卸壓閥芯使上腔泄壓。泄壓中泵低速運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)上腔壓力降至順序閥調(diào)定壓力時(shí)〔一般2～4MPa。順序閥切斷泵低壓循環(huán)。油壓升高頂開(kāi)液控單向閥主閥芯,使缸上腔油路暢通,活塞回程。比較以上兩種方法,我們選擇第二種方案。因?yàn)榭紤]到其它的回路及系統(tǒng)的復(fù)雜性,在此基礎(chǔ)上我們只要比例閥在中位時(shí)即可,配以閥的時(shí)開(kāi)時(shí)閉就能形成保壓回路。閥在中位時(shí),且1DT得電就可以形成平衡回路。使活塞可靠的停在任意位置。這樣既簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng),又降低了成本,使系統(tǒng)易于維護(hù)和檢修。3.3系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即是一個(gè)理論問(wèn)題,又是一個(gè)工程實(shí)踐問(wèn)題,它既包含自動(dòng)控制理論與系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)與計(jì)算方法,也包括自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)。就計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)而言,包括"硬件"和"軟件"有關(guān)的兩個(gè)部分。硬件部分主要是計(jì)算機(jī)本身及接口電路。軟件部分包括系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇、應(yīng)用程序的編制。此外,還需要掌握生產(chǎn)過(guò)程的工藝特點(diǎn)。以及被控過(guò)程的靜、動(dòng)態(tài)特性。因此計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜的多學(xué)相結(jié)合的課題。數(shù)學(xué)模型是描述控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式,有了數(shù)學(xué)模型。計(jì)算機(jī)才能按照預(yù)定的規(guī)律去調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),要根據(jù)被控對(duì)象的物理性質(zhì)和控制系統(tǒng)的具體要求來(lái)建立數(shù)學(xué)模型。建模的一般方法是,先用微分方程或狀態(tài)方程表示,這是關(guān)鍵的一步。但建立一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型要把主要精力放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)上,熟悉工藝流程,摸清生產(chǎn)規(guī)律,結(jié)合應(yīng)用數(shù)學(xué)的一些計(jì)算方法,才能建立起精確地反映生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型來(lái)。反之這,若我們把注意力集中在計(jì)算機(jī)本身,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查方面做的不夠,這樣即使把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來(lái),也往往由于數(shù)學(xué)模型脫離生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況而不能成功。系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)：壓力機(jī)是一種用靜壓來(lái)加工金屬,塑料、橡膠、粉末制品的機(jī)械,在許多工業(yè)部門(mén)得到了廣泛的應(yīng)用。電液比例伺服成型機(jī)也是壓力機(jī)的一種。我們采用的四柱式壓力機(jī),適用于中、小型的壓力加工。這種壓力機(jī)在它的四個(gè)立柱之間安置液壓缸,液壓缸驅(qū)動(dòng)帶著模具的壓頭,實(shí)現(xiàn)"快速下行—>慢速加壓——>保壓延時(shí)——>快速返回——>原位停止"的循環(huán)動(dòng)作。在這種壓力機(jī)上,可以進(jìn)行沖剪,彎曲,翻邊,拉伸裝配,冷擠成型等多種成型加工工藝。壓力機(jī)由立柱、壓力機(jī)機(jī)架、伺服油缸、比例伺服閥、控制閥、液壓油源、模具、控制計(jì)算機(jī)等組成。系統(tǒng)原理圖如下：壓力機(jī)系統(tǒng)方框圖如下：計(jì)算機(jī)干擾干擾設(shè)定電壓U控制對(duì)象壓力傳感器位移傳感器A/D液壓缸比例閥放大器D/A壓力傳感器位移傳感器A/D液壓缸比例閥放大器D/AA/DA/D壓力機(jī)的工藝過(guò)程圖如下：位移原位停止原位停止200快速下行慢速加壓快速返回延時(shí)保壓0t1t2t3t4t5時(shí)間〔t壓力機(jī)根據(jù)其工作循環(huán)要求有快進(jìn)、減速接近工件及加壓、保壓延時(shí)、泄壓、快速回程及保持活塞停留在行程的任意位置等基本動(dòng)作。當(dāng)有輔助缸時(shí),如要求頂料,則有頂料缸活塞上升、停止和退回等動(dòng)作；薄板拉伸則要求有液壓墊上升、停止和壓力回程等動(dòng)作；有時(shí)還需用壓邊缸將料壓緊。系統(tǒng)的組成及工作原理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、電液比例伺服閥〔帶集成放大器、伺服液壓缸〔帶位移傳感器、和壓力傳感器等組成,如下圖。當(dāng)計(jì)算機(jī)給出電壓信號(hào)Ui控制系統(tǒng)就產(chǎn)生相應(yīng)的壓力使工件受力。變形。經(jīng)過(guò)位移傳感器和壓力傳感器反饋回來(lái)信號(hào)uf,經(jīng)過(guò)比較器與ui比較后產(chǎn)生偏差信號(hào)電壓ue,此信號(hào)電壓ue再經(jīng)比例伺服閥傳到油缸活塞上,使負(fù)載力向著減小偏差方向變化,直到負(fù)載力等于指令信號(hào)所規(guī)定的值為止。在穩(wěn)態(tài)的情況下,負(fù)載力與偏差信號(hào)成比例的,因?yàn)橐３忠欢ǖ呢?fù)載力就要求比例伺服閥有一定開(kāi)度,因此它是一個(gè)無(wú)靜差系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中含有積分環(huán)節(jié)。D/A比例伺服閥計(jì)算機(jī)uiueD/A比例伺服閥計(jì)算機(jī)uf壓力傳感器A/D伺服液壓缸壓力傳感器A/D伺服液壓缸系統(tǒng)組成圖系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)一個(gè)具體的液壓控制系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)一樣,總要滿(mǎn)足一些基本的技術(shù)指標(biāo),如系統(tǒng)的所有的零部件都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,執(zhí)行元件必須要輸出足夠的力和運(yùn)動(dòng)速度,系統(tǒng)要有正常工作的環(huán)境條件等等。除了這些常規(guī)的技術(shù)指標(biāo)外,還有控制系統(tǒng)特有的技術(shù)要求,如系統(tǒng)的穩(wěn)定性,快速性和系統(tǒng)的控制精度〔即誤差的大小,即穩(wěn)、準(zhǔn)、快。1.穩(wěn)定性由于系統(tǒng)存在慣性,當(dāng)系統(tǒng)的各參數(shù)配合不當(dāng)時(shí),將會(huì)引起系統(tǒng)的振蕩而失去工作的能力。因此,任何一個(gè)控制系統(tǒng),要想令人滿(mǎn)意的工作,首先應(yīng)該是穩(wěn)定的,也就是說(shuō)應(yīng)該具有這樣的性質(zhì)：輸出量偏離給定的輸入量的初始值應(yīng)該隨著時(shí)間增長(zhǎng)逐漸趨近于零。因此穩(wěn)定性的要求應(yīng)該考慮到滿(mǎn)足一定的穩(wěn)定裕度,以便照顧到系統(tǒng)工作時(shí)參數(shù)可能發(fā)生的變化。2.準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性是指在調(diào)整過(guò)程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差。稱(chēng)之為靜態(tài)誤差或穩(wěn)態(tài)精度。我們總是希望由一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)態(tài),輸出量盡量接近或復(fù)現(xiàn)給定的輸入量,或者說(shuō)要求穩(wěn)態(tài)精度要高。由于外干擾和給出定的信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)總是還可能看成是相對(duì)地不變的。3.快速性快速性是在系統(tǒng)是穩(wěn)定的前提下提出來(lái)的。所謂快速性就是指當(dāng)系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí),消除這種偏過(guò)程的快慢程度?？梢?jiàn)快速性是衡量系統(tǒng)性能的一個(gè)很重要的指標(biāo)。3.3.1位置控制1.設(shè)指令信號(hào)電壓與反饋信號(hào)電壓相比較得出偏差信號(hào)電壓為：ue=ui-uf=ui-kfxp式中：ui——指令信號(hào)電壓；uf反饋信號(hào)電壓；kf位移傳感器增益；xp活塞位移。如果忽略比例伺服閥放大器的動(dòng)態(tài),則其傳遞函數(shù)為：Δi=kaΔue式中：Δi比例伺服閥放大器輸出的差動(dòng)電流。2.比例伺服閥的傳遞函數(shù)為：式中：Xv比例伺服閥閥芯位移；Ksv比例伺服閥的增益；GsvKsv=1時(shí)伺服閥的傳遞函數(shù)。現(xiàn)在比例伺服閥是NG-10帶集成放大器的,額定流量為100L/min,最大壓力35Mpa,滯環(huán)0.2％,頻響為65Hz〔5％輸入信號(hào)。零位漏損Qc=0.1L/min,額定電壓為10V。ωsv=65×6.28=408.2rad/s.ζsv=0.5故比例伺服閥與放大器的傳遞函數(shù)由廠家提供的資料可知。式中：ωsv比例伺服閥固有頻率；ζsv比例伺服閥的阻尼系數(shù)；Kq比例伺服閥的流量系數(shù)。流量增益：Kq=84x10-3/8x60=0.63m3/v.s壓力增益：6/2=1.26x107N/m2.v流量-壓力系數(shù)：Kc=0.63/1.26x107=5x108m5/s.N代入具體的數(shù)據(jù)后閥的傳遞函數(shù)為：3.液壓缸-負(fù)載的傳遞函數(shù)：已知伺服油缸的缸徑為D=63mm,桿徑d=45mm,行程H=200mm.A1A2hkhRhk+hR=200mm所以,hk=82mm閥到油缸的總?cè)莘e:Vt=hk*A1+hR*A2+Vg-3+0.118x1.526x10-3=4.47x10-4m3液壓剛度為：因?yàn)橄到y(tǒng)用的是40號(hào)液壓油,由手冊(cè)查得,βe=7x108N/m2粘性阻尼系數(shù),βp=1.6x107Ns/m流量方程：QL=KqXv-KcPL流量連續(xù)性方程：QL=ApsXp-CtpPL+Vt/βesPL力平衡方程：FL=Ms2Xp+BLsXp+KsXp設(shè),KqApFLKqApXvXp液壓缸的系統(tǒng)方塊圖位移傳感器電阻式位移傳感器,有效長(zhǎng)度為H=200mm,輸出電壓為0~10V所以,位移傳感器的傳遞函數(shù)為:G1<S>=K1=50V/m壓力傳感器壓力變送器,測(cè)量范圍0~30Mpa,輸出電壓為,0~5VKs所以,壓力傳感器的靈敏度為:P1XvG2<S>=K2=1/6V/MPa當(dāng)位置控制時(shí),設(shè)FL=0。P2液壓缸的傳遞函數(shù)為:KhXpmm液壓缸的固有頻率為:FL液壓缸-負(fù)載的簡(jiǎn)化模型液壓缸的阻系數(shù)為:-50GSvKa50GSvKa位置控制系統(tǒng)方塊圖系統(tǒng)分析系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:根據(jù)系統(tǒng)要求和穩(wěn)態(tài)精度,頻寬與系統(tǒng)類(lèi)型之間的關(guān)系,可以近似確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益KV,下面試按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度要求來(lái)初步確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益KV,首先根據(jù)系統(tǒng)總的精度要求進(jìn)行誤差分配。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的定位精度為R1=2μm,按系統(tǒng)的參數(shù)和所選用的元件的精度,將誤差分配如下：1.由伺服閥、電氣元件的零飄、死區(qū)、滯回引起的誤差以及由液壓缸、軸承座等摩擦力等引起的誤差ΔeG為R1×5％2.由位移傳感器在0.1mm內(nèi)引起的誤差Δew為R1×60％。3.由輸入信號(hào)引起的誤差Δe1為R1×20％。4.由負(fù)載力引起的誤差ΔeL為R1×15％。為繪制波德圖方便,先計(jì)算由輸入信號(hào)引起的誤差來(lái)初步確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益KV’,由于系統(tǒng)是I型系統(tǒng),所以。Δe1=0.1×10-3/KV’=R1×20％=0.4×10-6m因?yàn)镵V’>>1,將上式改寫(xiě)一下即可得KV’=0.1×10-3/Δe1=250即在波德圖中,ω=1處,幅值增益應(yīng)為20lg250=48dB系統(tǒng)才達(dá)到精度要求。系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益為:KV=0.63×64885.2x50×Ka=2043883.8Ka根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)可以繪出系統(tǒng)的波德圖.如下圖:68L<dB>20lg2511.89-120lg250240408.21102.9111.18dBW<rad/s>-3-5-90W<rad/s>35.69。-180-450由圖可得20lgKV=68dB,所以KV=2511.89Ka=KV/2043883.8=2511.89/2043883.8=0.123A/V系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅值裕量為:求Wg值:求得:Wg=348rad/s所以,Kg=1.386Kg=20logKg=11.17dB系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)相位裕量為:求Wc值,需滿(mǎn)足下面的等式:求得:Wc=240rad/s求公式如下:所以求得:頻帶寬為:所以快速性基本滿(mǎn)足要求.計(jì)算穩(wěn)態(tài)的跟隨誤差。從開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)看,此系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)。階躍輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差為零。速度輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差為:mm因此,上述計(jì)算結(jié)果表明,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位置誤差大于R1=2μm,應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正。為此,在系統(tǒng)中增設(shè)比例積分環(huán)節(jié)即可。其傳遞函數(shù)為,Kp為比例放大增益。取系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益為KV=3000,Kp=1.2則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：幅值裕量Kg=12dB相位裕量系統(tǒng)的頻寬可見(jiàn)系統(tǒng)采用比例積分校正后,滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能更為合理。壓力機(jī)工況由上可知,位移傳感器、壓力傳感器的傳遞函數(shù)為：位移傳感器的傳遞函數(shù)為:G1<S>=K1=50V/m壓力傳感器的傳遞函數(shù)為:G2<S>=K2=1/6V/MPa閥的傳遞函數(shù)為：液壓缸-負(fù)載的傳遞函數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷可得,系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方塊圖如下。GV<S>KaGV<S>UieQXpPGV<S>KaGV<S>--50V/m501/6V/MPa1/6壓力機(jī)工況系統(tǒng)方塊圖負(fù)載的粘性和液壓缸的泄漏均很小,即BL=0,Ctp=0則Kce=Kc=5×108m5/S·N系統(tǒng)剛度：Ks=2.512×106N/m液壓剛度：液壓缸固有頻率：伺服油缸一般取ζh=0.1～0.2,這里取ζh=0.2液壓缸的流量系數(shù)：取伺服閥芯直徑d=6mm則面積梯度W=πd=18.9×10-3m,伺服閥閥芯與套間隙可取rc=5×10-6m。40#液壓油絕對(duì)粘度所以,因?yàn)榭紤]到壓力機(jī)工況下的工藝流程,在快速下行時(shí),只要考慮壓力即可,位移值我們可以不關(guān)心,在壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí),這時(shí)位移才有實(shí)際意義,這個(gè)位移是控制工件壁厚和精度的,非常重要,這時(shí)的壓力值作用不是很大,在保壓時(shí),位移又不是主要的,因?yàn)槲覀兊膲毫艽?即使有1MPa的波動(dòng)工件的壁厚也不會(huì)有變化,所以在這個(gè)過(guò)程中,我們只要保證壓力保持在一定的范圍以?xún)?nèi)就可以完成壓力成型的要求。所以在設(shè)計(jì)控制算法的時(shí)候,能夠把它們分開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)。有利于簡(jiǎn)化控制算法。快速下行時(shí),壓力起主要作用,這時(shí)把位移位傳感器的值屏蔽。即開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：根據(jù)以上可繪制波德圖,其開(kāi)環(huán)頻率特性有四個(gè)轉(zhuǎn)折頻率1=20.34rad/S2=224.12rad/S,3=408.2rad/S,4=1102.9rad/S。其中關(guān)鍵是1、3。由圖可得系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K=45.8dBL<dB>45.8201.55224.12408.21102.9020.347.78W<rad/S>0W<rad/S>46.5-180-270系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅值裕量為：1.47Wg=348rad/SKg=20log<kg>=7.78dB系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)相位裕量為：γ=180+求得,Wc=201.55rad/Sγ=46.5頻帶寬為:Kv=Ka×0.63/6×1.26×107/1.96×106=9.88所以,Ka=14.7由上可知,系統(tǒng)滿(mǎn)足要求。慢速加壓時(shí),位移傳感器起主要作用,壓力傳感器起輔助作用,在反饋時(shí)不考慮時(shí)來(lái)。這個(gè)工況也是最主要的工況,是恒量壓力成型機(jī)的性能和技術(shù)指標(biāo)的階段。在此階段的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：根據(jù)上式可繪制波德圖,其開(kāi)環(huán)頻率特性有三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率1=20.34rad/S2=408.2rad/S,3=1102.9rad/S。其中關(guān)鍵是1、2。當(dāng)=20.34rad/S時(shí),L〔dB66.7408.21102.9020.34106W<rad/S><0>0W<rad/S>79.8-180-450當(dāng)Kv=1時(shí),Wg=402.8rad/S,Kg=78.7dB。一般裕量取12dB。此時(shí),20lgKv=66.7dB,所以Kv=2162.72Kv=Ka×0.63×50×3.116×10-3/1.978/106所以Ka=3445。由圖上可知Wc=106rad/Sγ=180+γ=79.80頻帶寬為:所以快速性基本滿(mǎn)足要求.計(jì)算穩(wěn)態(tài)的跟隨誤差。從開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)看,此系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)。階躍輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差為零。速度輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差為:mm因此,上述計(jì)算結(jié)果表明,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位置誤差大于R1=2μm,應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正。為此,在系統(tǒng)中增設(shè)比例積分環(huán)節(jié)即可。其傳遞函數(shù)為,Kp為比例放大增益。取系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益為KV=3000,則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：校正傳遞函數(shù)為：Kp=1.39快速返回時(shí),同快速下行。3.4控制算法的確定數(shù)字PID控制在生產(chǎn)過(guò)程中是一種最普遍采用的控制方法,在冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。在模擬控制系統(tǒng)中,控制器常用的控制規(guī)律PID控制。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如下。比例比例被控對(duì)象積分r<t>+++u<t>c<t>被控對(duì)象積分微分-+微分模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖PID控制器是一種線(xiàn)性控制器,它根據(jù)給定值r<t>與實(shí)際輸出值c<t>構(gòu)成控制偏差,e<t>=r<t>-c<t>將偏差的比例〔P、積分〔I和微分<D>通過(guò)線(xiàn)性組合構(gòu)成控制量,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制,其控制規(guī)律為：或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式：式中：Kp——比例常數(shù)；Ti——積分時(shí)間常數(shù)；TD——微分時(shí)間常數(shù)。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái),PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：1.比例環(huán)節(jié)即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e<t>,偏差一旦產(chǎn)生,控制器立即產(chǎn)生控制作用,以減少偏差。2.積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差,提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越大,積分作用越弱,反之則越強(qiáng)。3.微分環(huán)節(jié)能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)〔變化速率,并能在偏差信號(hào)得太大之前,在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào),從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度,減小調(diào)節(jié)時(shí)間。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,使用的是數(shù)字PID控制器,數(shù)字PID控制算法通常又分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。下面介紹一下位置式PID算法和增量式PID控制算法：位置式PID控制算法由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制,它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差計(jì)算控制量,因此積分和微分項(xiàng)不能直接使用,需要進(jìn)行離散化處理。按模擬PID控制算法的算式,現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時(shí)間t,以和式代替積分,以增量式代替微分,則可用如下近似變換：式中：T——采樣周期。顯然,上述離散化過(guò)程中,采樣周期T必須足夠短,才能保證有足夠的精度。為書(shū)寫(xiě)方便,將e<kT>簡(jiǎn)化表示成e<k>等,即省去T?？傻秒x散的PID表達(dá)式為：或式中：k——采樣序號(hào),k=0,1,2…；u<k>——第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e<k>——第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e<k-1>——第〔k-1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；KI——積分系數(shù),KI=KpT/TI;KD——微分系數(shù),KD=KpTD/T。這種算法的缺點(diǎn)是,由于是全量輸出,所以每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān),計(jì)算時(shí)要對(duì)e<k>進(jìn)行累加,計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大。而且,因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的u<k>對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置,如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障,u<k>的大幅度變化,會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化,這種情況往往是產(chǎn)生實(shí)踐中不允許的,在某些場(chǎng)合,因而產(chǎn)生了增量式PID控制的控制算法。增量式PID控制算法：所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Δu<k>。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí),可由位置式導(dǎo)出。根據(jù)遞推原理可得：上式與位置式相減可得,式中：可以將上式進(jìn)一步改寫(xiě)為：式中：它們都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)?？梢钥闯?由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T一旦確定了Kp、KI、KD,只要使用前后3次測(cè)量值的偏差,即可求出控制增量。根據(jù)偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制〔簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制。是目前過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論的分析都充分證明：這種控制規(guī)律對(duì)相當(dāng)多工業(yè)對(duì)象進(jìn)行控制時(shí),都能夠取得比較滿(mǎn)意的效果。系統(tǒng)性能的分析在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),我們常常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題：設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)不能滿(mǎn)足提出來(lái)的所有指標(biāo)的要求,往往指標(biāo)間發(fā)生矛盾,比如滿(mǎn)足了對(duì)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度的要求,穩(wěn)定性可能遭到破壞,控制系統(tǒng)要有足夠的穩(wěn)定性,穩(wěn)態(tài)指標(biāo)又可能達(dá)不到要求。系統(tǒng)的性能是指衡量系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性等指標(biāo)。一個(gè)好的系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的,只有穩(wěn)定的系統(tǒng)才有準(zhǔn)確性和快速性可言。在很多時(shí)候改變參數(shù)是達(dá)不到預(yù)期的目的,只有從結(jié)構(gòu)方面入手。用校正方法加入某種裝置來(lái)改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),以使其全面滿(mǎn)足給定的指標(biāo)要求。位置控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度達(dá)不到要求,另外穩(wěn)定的幅值裕量和相位裕量達(dá)不到要求,必須進(jìn)行校正,我這里采用的是首先考慮穩(wěn)態(tài)精度,必須增加開(kāi)環(huán)增益值,另外再增加一個(gè)積分環(huán)節(jié),以減小系統(tǒng)的超調(diào)。校正裝置的傳遞函數(shù)為：壓力機(jī)工況時(shí),首先,在快速下行時(shí),由于精度要求不是很高,從前面的分析可知,系統(tǒng)不需要校正就可以滿(mǎn)足要求。在慢速下行時(shí),是壓力成型的關(guān)鍵階段。由于它的穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)不到要求,另外,響應(yīng)速度不是很快,所以必須進(jìn)行校正。校正裝置的傳遞函數(shù)為：3.4.2控制算法的確定由前述分析可知,在位置控制時(shí),系統(tǒng)需要進(jìn)行PI調(diào)節(jié),可以使系統(tǒng)在階躍,斜坡、速度信號(hào)輸入時(shí)所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差都為零。穩(wěn)態(tài)裕量也達(dá)到要求。在壓力機(jī)工況時(shí),由于系統(tǒng)的工況較復(fù)雜,我們采用的是PID調(diào)節(jié)。對(duì)采用位置式和增量式的比較：采用位置式時(shí),每次都得計(jì)算前n項(xiàng)的和,化費(fèi)計(jì)算機(jī)的時(shí)間很多。采用增量式算法時(shí),計(jì)算機(jī)輸出的控制增量ΔU<k>對(duì)應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的增量。我采用的算式是：有了上式我們就可以通過(guò)軟件執(zhí)行來(lái)完成。另外,就整個(gè)系統(tǒng)而言,位置式與增量式控制算法并無(wú)本質(zhì)區(qū)別,仍然全部由計(jì)算機(jī)承擔(dān)其計(jì)算。但增量式控制雖然只是算法上作了一點(diǎn)改進(jìn),卻帶來(lái)了不少優(yōu)點(diǎn)：1.由于計(jì)算機(jī)輸出增量,所以誤動(dòng)作時(shí)影響小,必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉。2.當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí),由于輸出通道或?qū)π盘?hào)的鎖存作用,故能仍然保持原值。3.算式中不需要累加。控制增量ΔU<k>的確定僅與最近k次的采樣值有關(guān),所以較容易通過(guò)加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。但是,增量式控制也有其不足之處,積分截?cái)嘈?yīng)大,有靜態(tài)誤差；溢出的影響大。綜合以上的分析我采用增量式控制。增量式PID控制算法的程序框圖如下：開(kāi)始開(kāi)始計(jì)算控制參數(shù)A、B、C計(jì)算控制參數(shù)A、B、C設(shè)初值e<k-1>=e<k-2>=0設(shè)初值e<k-1>=e<k-2>=0被控對(duì)象A/D本次采樣輸入c<k>被控對(duì)象A/D本次采樣輸入c<k>計(jì)算偏差值e<k>=r<k>-c<k>計(jì)算偏差值e<k>=r<k>-c<k>計(jì)算控制量計(jì)算控制量Δu<k>Δu<k>=Ae<k>-Be<k-1>+ce<k-2>D/A輸出D/A輸出Δu<k>為下一時(shí)刻作準(zhǔn)備為下一時(shí)刻作準(zhǔn)備e<k-1>—>e<k-2>,e<k>—>e<k-1>采樣時(shí)刻到嗎？采樣時(shí)刻到嗎？NY3.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)硬件部分電液比例伺服成型機(jī)的硬件部分是由機(jī)械部分,液壓控制部分,計(jì)算機(jī)控制部分,外圍電路、傳感器等組成。機(jī)械部分和液壓部分在前面已經(jīng)講過(guò)。在這兒我主要敘述計(jì)算機(jī)控制部分。采用計(jì)算機(jī)來(lái)控制比例閥,以調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)工作所需的液體流量或壓力。常規(guī)的電液比例閥要求輸入模擬式的電信號(hào)；而數(shù)字式計(jì)算機(jī)只能發(fā)出二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào),因此在計(jì)算機(jī)的輸出口和比例閥的輸入口之間要連接一個(gè)數(shù)—模轉(zhuǎn)換器〔D/A。為了進(jìn)行數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換,在環(huán)前處理系統(tǒng)中需采用數(shù)—模轉(zhuǎn)換器〔D/A；在外圍處理系統(tǒng)中還需增加一個(gè)模—數(shù)轉(zhuǎn)換器〔A/D。這種系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)是作為一個(gè)閉環(huán)控制器,以代替模擬式閉環(huán)系統(tǒng)中的求和點(diǎn)和校正電路。計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力,除了能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的校正電路功能以外,還能實(shí)現(xiàn)一般模擬式電路難以實(shí)現(xiàn)的功能,由此獲得比較優(yōu)良的控制效果。計(jì)算機(jī)的選擇：計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)越長(zhǎng),它能表示的數(shù)值范圍越大,計(jì)算出結(jié)果的有效位數(shù)越多,精度越高?，F(xiàn)在很多的生產(chǎn)廠家所用的計(jì)算機(jī)是工業(yè)PC〔也就是一般所說(shuō)的PLC,但是考慮到它的價(jià)格比較高,而且不利于多任務(wù)工作。所以選擇個(gè)人計(jì)算機(jī)作為控制計(jì)算機(jī),而且現(xiàn)在市場(chǎng)上的計(jì)算機(jī)已經(jīng)能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。價(jià)格性能比也比較高,所以采用PC機(jī)控制液壓系統(tǒng),代替以前的單片機(jī),利用可視化編程的方法更利于控制及參數(shù)的修改。傳感器和比例調(diào)節(jié)元件主要根據(jù)精度選擇傳感器,當(dāng)然也要考慮傳感器的動(dòng)態(tài)特性〔傳感器允許的工作頻率應(yīng)滿(mǎn)足測(cè)試要求。由于計(jì)算機(jī)可進(jìn)行非線(xiàn)性校正,故傳感器的線(xiàn)性度如何已退居次要,第一是精密度〔重復(fù)性。本次設(shè)計(jì)所選擇的位移傳感器,可重復(fù)性小于0.01％獨(dú)立線(xiàn)性度0.025%。壓力傳感器基本誤差0.20％,回程誤差0.01％。在這兒存在一個(gè)很大的問(wèn)題,因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在所用的油源是16MPa,在工作時(shí),由于工作壓力比較低,壓力傳感器的線(xiàn)性度不是很好。比例調(diào)節(jié)元件除壓力應(yīng)滿(mǎn)足系統(tǒng)要求外,最重要的是工作可靠和穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)采用閉環(huán)控制各項(xiàng)液壓參數(shù),故比例調(diào)節(jié)元件的線(xiàn)性度并不重要。軟件部分我的設(shè)計(jì)主要是采用計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。首先是用一路反饋控制實(shí)現(xiàn)成型機(jī)的位置控制〔位置反饋,用位移傳感器實(shí)現(xiàn)。這只是一個(gè)實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)工況的中間階段,還有一個(gè)需要是為了以后在做實(shí)驗(yàn)時(shí),能夠精確的確定閥和缸的性能,在工作時(shí)是否能夠?qū)崿F(xiàn)在任意指定位置可靠的停住,且振蕩較小。另外,再實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)工況,用二路反饋即位置反饋和壓力反饋,從而實(shí)現(xiàn)精確控制目的。液壓系統(tǒng)采用伺服閥控制液壓缸動(dòng)作,并采用模擬式的位移傳感器〔直線(xiàn)變阻器來(lái)進(jìn)行反饋。計(jì)算機(jī)在每隔一定的時(shí)間T對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)采樣一次〔時(shí)間間隔T稱(chēng)為采樣周期,經(jīng)比較后得出誤差信號(hào),再按控制算法進(jìn)行運(yùn)算,將計(jì)算出的控制信號(hào)輸出到液壓系統(tǒng)。這里的控制算法的作用相當(dāng)于模擬式伺服系統(tǒng)中的校正環(huán)節(jié)。由于計(jì)算機(jī)是按采樣周期一次次地進(jìn)行控制作用的,因此這種系統(tǒng)屬于采樣控制系統(tǒng)或稱(chēng)離散控制系統(tǒng)。其有關(guān)控制理論用到了離散控制理論來(lái)解決。采樣和量化計(jì)算機(jī)的采樣作用常用虛構(gòu)的采樣開(kāi)關(guān)表示。其作用相當(dāng)于每隔一采樣周期T,采樣開(kāi)關(guān)閉合一次,其閉合時(shí)間τ相對(duì)于是T非常短暫。設(shè)被采樣的連續(xù)變化的模擬信號(hào)x<t>如圖的示,在采樣后便得到間隔為T(mén)的一系列脈沖信號(hào)X*<t>,如圖所示,根據(jù)式,采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：δ——脈沖函數(shù)。其中的K=0,1,2···。這是因?yàn)橹辉趖=kT時(shí)才進(jìn)行采樣,在其他時(shí)間的x*〔t值都無(wú)實(shí)際意義。當(dāng)被采樣信號(hào)是連續(xù)的模擬信號(hào)時(shí),由采樣得到的每一個(gè)脈沖信號(hào)仍然是模擬量。而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算卻需要并行的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。因此計(jì)算機(jī)在進(jìn)行采樣之前,先要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為量化。當(dāng)然,如果被采樣的信號(hào)本來(lái)就是數(shù)字信號(hào),那就不必采用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化了。我們采用位數(shù)為N=12的A/D轉(zhuǎn)器來(lái)對(duì)電壓在0至10V之間的模擬信號(hào)進(jìn)行量化,這時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)便只能是從000H到FFFH當(dāng)中的某一個(gè)整數(shù)。相鄰的兩個(gè)整數(shù)之間所對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電壓值稱(chēng)為量化單位q。于是,A/D轉(zhuǎn)換器的量化單位是：q=M/<2N-1>=10V/4095=0.00244VD/A轉(zhuǎn)換器和零階保持器從計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)是并行二進(jìn)制的數(shù)字脈沖信號(hào),這種脈沖信號(hào)也是按采樣周期T一次次地發(fā)出的。為了表示這種信號(hào)的離散性質(zhì),在圖中的計(jì)算機(jī)輸出端繪制了一個(gè)采樣開(kāi)關(guān)符號(hào)。計(jì)算機(jī)輸出的信號(hào)需要經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器和保持器的變換才能輸入到模擬式的控制對(duì)象。D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將二進(jìn)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量的電壓信號(hào),這種電壓信號(hào)仍然是離散的電壓信號(hào)變換成連續(xù)的電壓信號(hào)。目前最常用的是零階保持器。當(dāng)采樣周期T和量化單位q都足夠小時(shí),可以將保持器輸出的梯形信號(hào)近似地當(dāng)作連續(xù)變化的模擬信號(hào)。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的D/A轉(zhuǎn)換器和保持器是合成一體的。在分析計(jì)算時(shí),將保持器與控制對(duì)象連在一起,合稱(chēng)為廣義控制對(duì)象。計(jì)算機(jī)控制伺服系統(tǒng)中,其反饋傳感器是比例環(huán)節(jié),在經(jīng)過(guò)調(diào)整后可以繪制成以傳遞函數(shù)和脈沖函數(shù)表示的方框圖。X〔zE〔zU〔zY〔zD〔ZD〔ZD〔ZD〔ZD〔ZD〔ZY〔z控制器零階保持器控制對(duì)象采樣控制系統(tǒng)方框圖在這個(gè)采樣控制系統(tǒng)中,零階保持器的傳遞函數(shù)Gh<s>是給定不變的,控制對(duì)象的傳遞函數(shù)Gs<S>在所用的液壓系統(tǒng)確定之后通常也不易改變。因此系統(tǒng)的綜合與設(shè)計(jì)任務(wù),主要就是確定計(jì)算機(jī)脈沖傳遞函數(shù)D<z>,使系統(tǒng)的品質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求。計(jì)算機(jī)的控制功能,在用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)稱(chēng)為控制器或調(diào)節(jié)器,在用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)稱(chēng)為控制算法或調(diào)節(jié)算法,這兩種名稱(chēng)也?？赡芡ㄓ?。在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí),先將D〔z作為比例環(huán)節(jié),選用適當(dāng)?shù)牟蓸又芷赥,然后檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采樣周期T和開(kāi)環(huán)增益K對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有較大影響。一般來(lái)說(shuō),T過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定；但T小到一定程度后再減小便沒(méi)有必要,只能加重計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。在系統(tǒng)其他參數(shù)不變且T一定時(shí),使K增大會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。采樣周期的選擇,一般是根據(jù)香農(nóng)定理確定采樣周期式中：T——采樣周期；Wmax——信號(hào)頻率的最高角頻率。香農(nóng)采樣定理是采樣信號(hào)恢復(fù)成原連續(xù)信號(hào)的條件。由于控制系統(tǒng)有慣性,系統(tǒng)輸出量往往不能復(fù)現(xiàn)輸入量,因此實(shí)際先用的采樣周期可大于用香農(nóng)采樣定理所確定的采樣周期。根據(jù)連續(xù)系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間確定采樣周期。若ts為連續(xù)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)中允話(huà)誤差Δ=0.05時(shí)的調(diào)節(jié)時(shí)間,采樣周期可取按經(jīng)驗(yàn)k可取6~15。根據(jù)連續(xù)系統(tǒng)帶寬頻率確定采樣周期式中：W0——連續(xù)系統(tǒng)閉環(huán)帶寬角頻率,即閉環(huán)系統(tǒng)幅頻特性下降到-3dB是的角頻率。數(shù)字PID的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)在連續(xù)控制系統(tǒng)中,PID調(diào)節(jié)器的表達(dá)式為：式中e<t>=x<t>-y<t>是輸入PID調(diào)節(jié)器誤差信號(hào),亦即系統(tǒng)的輸入信號(hào)x<t>與反饋信號(hào)y<t>之差；u<t>是PID調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)；Kp、Ki和Kd分別為PID調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)。對(duì)PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行數(shù)字化,相當(dāng)于對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣,將上式寫(xiě)成差分方程。在這樣做的目的是對(duì)調(diào)節(jié)器中的積部分常采用矩形近似法或梯形近似法。現(xiàn)在采用梯形法近似。便得出數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的差分方程。式中T采樣周期。把上在的式子進(jìn)一步變形可得：式中：位置控制時(shí),校正傳遞函數(shù)為：Kp=0.4Ti=0.05壓力機(jī)控制時(shí),校正傳遞函數(shù)為：Kp=0.24Ti=0.051Td=0.0064在這里采用的控制算法是改進(jìn)的數(shù)字PID控制算法,積分分離的PID控制算法。在普通的PID數(shù)字控制器中引入積分環(huán)節(jié)的目的,主要是為了消除靜差、提高精度。但在過(guò)程的啟動(dòng)、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定值時(shí),短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的輸出有很大的偏差,會(huì)造成PID運(yùn)算的積分積累,致使算得的控制量超過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能最大動(dòng)作范圍對(duì)應(yīng)的極限控制量,最終引起系統(tǒng)較大的超調(diào),甚至引起系統(tǒng)的振蕩,這是生產(chǎn)過(guò)程中絕對(duì)不允許的。引進(jìn)積分分離PID控制處算法,既保持了積分作用,又減小了超調(diào)量,使得控制性能有了較大的改善。其具體實(shí)現(xiàn)如下：根據(jù)實(shí)際情況,人為設(shè)定一閾值>0。當(dāng)|e<k>|>時(shí),也即偏差值|e<k>|比較大時(shí),采用PD控制,可避免過(guò)大的超調(diào),又使系統(tǒng)有；較快的響應(yīng)。當(dāng)|e<k>|〈=時(shí),也即偏差值|e<k>|比較小時(shí),采用PID控制,可保證系統(tǒng)的控制精度。寫(xiě)成計(jì)算式,可在積分項(xiàng)乘一個(gè)系數(shù),按下式取值：采用增量式就是：有了上式便可編制出計(jì)算機(jī)的控制程序,其程序框圖如下所示：開(kāi)始開(kāi)始取給定值取給定值r<k>和測(cè)量值c<k>e<k>=r<k>-c<k>e<k>=r<k>-c<k>|e<k>||e<k>|?U<k>=A’U<k>=A’e<k>-f<k-1>U<k>=Ae<k>+g<k-1>g<k>=u<k>-g<k>=u<k>-Be<k>+Ce<k-1>f<k>=B’e<k>輸出U〔k輸出U〔kg<k>->g<k-1>g<k>->g<k-1>g<k>->f<k-1>g<k>->f<k-1>e<k>->e<k-1>e<k>->e<k-1>返回返回積分分離PID控制算法程序框圖c<k>21εC0<k>εKT積分分離PID控制效果由上圖可見(jiàn),采用積分分離PID控制算法之后使得控制系統(tǒng)的性能有了較大改善。數(shù)據(jù)采集壓力由壓力傳感器的模擬量輸出至PC機(jī)A/D轉(zhuǎn)換,位置由位移傳感器的模擬量輸出至PC機(jī)A/D轉(zhuǎn)換。閥的開(kāi)度由D/A轉(zhuǎn)換器輸出來(lái)控制。模擬量采樣速度達(dá)30000次/S,即使同時(shí)測(cè)量20點(diǎn),每一點(diǎn)的采樣頻率達(dá)300Hz的動(dòng)態(tài)測(cè)量,對(duì)壓力成型機(jī)來(lái)說(shuō)是足夠了。數(shù)據(jù)處理通過(guò)編程實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)處理的程序用VB編寫(xiě)。實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)采集利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)〔DLL直接讀取A/D卡上的數(shù)據(jù)。由于壓力控制時(shí)的壓力變化比較慢,所以取采樣時(shí)間為0.1S,是合適的。在一個(gè)采樣間隔里,采樣20次進(jìn)行平滑濾波,以減小振動(dòng),噪聲對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,從而達(dá)到較滿(mǎn)意的控制效果。然后經(jīng)過(guò)判斷,進(jìn)入數(shù)字PID控制器進(jìn)行校正,從D/A轉(zhuǎn)換器輸出控制結(jié)果,去控制電液比例伺服閥的開(kāi)度。3.6軟件的程序?qū)崿F(xiàn)及VB原代碼3.6.1軟件實(shí)現(xiàn)的基本功能簡(jiǎn)介由前面的分析可得,控制系統(tǒng)的程序流程圖如下：設(shè)定位移值m<u0>開(kāi)始設(shè)定位移值m<u0>開(kāi)始檢測(cè)位移傳感器值u1檢測(cè)位移傳感器值u1u0是否等于u1u0是否等于u1NY原位停止等待再次輸入位移值原位停止等待再次輸入位移值位置控制系統(tǒng)軟件流程圖開(kāi)始開(kāi)始設(shè)定壓力值P0,輸入工件壁厚S0,保壓延時(shí)時(shí)間t秒,設(shè)定壓力值P0,輸入工件壁厚S0,保壓延時(shí)時(shí)間t秒,讀壓力、位移傳感器值讀壓力、位移傳感器值讀1DT、2DT的狀態(tài),讀壓力表的值檢測(cè)壓力傳感器的當(dāng)前值P1檢測(cè)壓力傳感器的當(dāng)前值P1PID控制輸出控制電壓UkPID控制輸出控制電壓UkP1是否等于P0`P1是否等于P0NY記錄位移傳感器值S1記錄位移傳感器值S1S2=S1+S0S2=S1+S0檢測(cè)位移傳感器值u1S2-S1是否等于S0S2=S1+S0記錄位移傳感器值S1檢測(cè)位移傳感器值u1S2-S1是否等于S0S2=S1+S0記錄位移傳感器值S1檢測(cè)位移傳感器值S1檢測(cè)位移傳感器值S1PID控制輸出控制電壓UkPID控制輸出控制電壓UkS2-S1是否等于S0S2-S1是否等于S0記錄當(dāng)前壓力值P2記錄當(dāng)前壓力值P2延時(shí)保壓t秒延時(shí)保壓t秒設(shè)定退出的位置S3=S0設(shè)定退出的位置S3=S0檢測(cè)位移傳感器值U2檢測(cè)位移傳感器值U2S是否等于S3S是否等于S3NY原位停止原位停止壓力機(jī)工況程序流程圖結(jié)束結(jié)束是否定時(shí)到P1是否等于P2向系統(tǒng)供油結(jié)束結(jié)束是否定時(shí)到P1是否等于P2向系統(tǒng)供油NYNY延時(shí)保壓程序流程圖3.6.2功能簡(jiǎn)介：本軟件是壓力成型機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它具有的功能包括：可完成位置控制和壓力機(jī)控制二項(xiàng)功能。通過(guò)軟件可設(shè)定成型曲線(xiàn)。自動(dòng)完成成型過(guò)程。采用數(shù)字PID算法,并可在線(xiàn)修改控制參數(shù)。采用數(shù)字濾波技術(shù),提高了抗干擾、噪聲的功能?？稍诰€(xiàn)檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù)值。利用可視化界面增強(qiáng)了交互性。下圖是通過(guò)圖設(shè)定加工曲線(xiàn)的界面：由上圖可以輸入5個(gè)在壓力成型過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)確定壓力機(jī)的加工工藝流程。這樣既直觀,又容易操作,交互性好。在設(shè)定好之后自動(dòng)生成備份文件,這樣加工過(guò)程中既可以現(xiàn)場(chǎng)加工,也可以作為資料以后調(diào)用,不但做到了成型機(jī)加工的靈活性特點(diǎn),而且逼免了工業(yè)計(jì)算機(jī)的加工產(chǎn)品單一的缸點(diǎn)。下圖是成型機(jī)自動(dòng)完成成型過(guò)程的控制界面：該項(xiàng)功能可以動(dòng)態(tài)測(cè)試出成型機(jī)在加工過(guò)程是的位置和控制壓力的變化情況,同時(shí)和設(shè)定的理論曲線(xiàn)進(jìn)行比較,可以直觀的看出加工過(guò)程中,數(shù)字PID控制器的控制效果。在壓力圖中反映出不同的階段系統(tǒng)的壓力值。并且通過(guò)在線(xiàn)調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)定框可以設(shè)定PID控制的三個(gè)參數(shù)、根據(jù)不同的工件材料設(shè)定不同的保壓時(shí)間。另外利用七段碼技術(shù)模擬儀器顯示,使顯示效果得到了增強(qiáng)。下圖是在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的當(dāng)前狀態(tài)：采用模擬儀表的顯示形式,隨時(shí)檢測(cè)液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)。在試運(yùn)行時(shí),加工過(guò)程中都可以以不同的方式增強(qiáng)了與用戶(hù)的交互性。3.6.3數(shù)據(jù)采樣時(shí)相關(guān)函數(shù)調(diào)用說(shuō)明：VB調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的聲明：DeclareFunctionpci7484checkLib"pci7484y.dll"<ByValdwVendorID%,ByValdwDeviceID%,ByValfUseIntAsBoolean>AsLong此函數(shù)用于查找板卡,返回值為板卡句柄,對(duì)板卡調(diào)用開(kāi)入天出函數(shù)前必須調(diào)用此函數(shù)。應(yīng)用程序默認(rèn)調(diào)用hplx=PCI7484check<0,0,false>即可。DeclareFunctionpci7484adLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong,ByValaddrAsBoolean,ByValch%,ByValdelay%>AsInteger此函數(shù)返回值為板卡某通道采集的數(shù)字量,應(yīng)用程序調(diào)用DATA=PCI7484ad<hplx,false,i>,hplx為句柄,addr默認(rèn)為false,i通道號(hào)〔0-15對(duì)應(yīng)板上16路通道。DeclareSubpci7484daLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong,ByValaddrAsBoolean,ByValdata%,ByValch%>hplx為句柄,addr默認(rèn)為false,ch<0-3>為板上4個(gè)DA通道,data為某要輸出的電壓數(shù)字量值〔000-FFF。DeclareFunctionpci7484diLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong,ByValaddrAsBoolean,ByValch%>AsInteger此函數(shù)返回值為板卡某組8通道此時(shí)輸入的開(kāi)關(guān)量〔00-FF,hplx為句柄,addr默認(rèn)為false,ch為組號(hào)〔0-1對(duì)應(yīng)板上2組〔每組8路共16路通道。DeclareSubpci7484doLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong,ByValaddrAsBoolean,ByValch%,ByValdata%>Hplx為句柄,addr默認(rèn)為false,ch為組號(hào)〔0-1對(duì)應(yīng)板上2組〔每組8路共16路通道,data為某組將要輸出的開(kāi)關(guān)量值〔00-FF。DeclareFunctionpci7484closeLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong>AsInteger此函數(shù)為關(guān)閉句柄函數(shù),返回值為1,對(duì)板卡調(diào)用開(kāi)入開(kāi)出函數(shù)后必須調(diào)用此函數(shù)歸還句柄。應(yīng)用程序默認(rèn)調(diào)用hplx=PCI7484close<hplx>。下面是的定義的變量：Publicch<16>AsBooleanPublicdelayAsIntegerPublichplxAsLongPublicaddrAsBooleanPublicdwVendorIDAsIntegerPublicdwDeviceIDAsIntegerPublicfUseIntAsBoolean調(diào)用函數(shù)時(shí)必須依照打開(kāi)并找到板卡句柄->使用板卡->關(guān)閉并歸還句柄的順序來(lái)進(jìn)行,否則將會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)知的錯(cuò)誤。3.6.4數(shù)據(jù)的采集及濾波程序：hplx=0hplx=pci7484check<0,0,False>Fori=0To20data<1,i>=pci7484ad<hplx,False,0,32000>'對(duì)通道0采樣,壓力傳感器Forj=0To1000'延時(shí)時(shí)間需要調(diào)整s=100Nextdata<2,i>=pci7484ad<hplx,False,1,32000>'對(duì)通道1采樣,位移傳感器Forj=0To1000'延時(shí)時(shí)間需要調(diào)整s=100Nextdata<3,i>=pci7484ad<hplx,False,2,32000>'對(duì)通道0采樣,壓力表1Forj=0To1000'延時(shí)時(shí)間需要調(diào)整s=100Nextdata<4,i>=pci7484ad<hplx,False,3,32000>'對(duì)通道1采樣,壓力表2Forj=0To1000'延時(shí)時(shí)間需要調(diào)整s=100NextNexti'讀入電磁鐵的狀態(tài)did<0>=pci7484di<hplx,False,0>'1DT狀態(tài),接在0端口上did<1>=pci7484di<hplx,False,1>'2DT狀態(tài),接在1端口上hplx=pci7484close<hplx>'把二十個(gè)數(shù)據(jù)由大到小排列Fori1=1To4Fori2=0To19Fori3=i2To20Ifdata<i1,i2><data<i1,i2+1>Thentemp=data<i1,i2>data<i1,i2>=data<i1,i2+1>data<i1,i2+1>=tempEndIfNextNext'去掉最大的和最小的,取平均值Fori3=1To18average=data<i1,i3>+averageNexti3data<i1,0>=format1<average/18>Nexti1data<1,0>=6*data<1,0>*5/4095#‘壓力傳感器的值data<2,0>=20*data<2,0>*10/4095#‘位稱(chēng)傳感器的值data<3,0>=6*data<3,0>*5/4095#‘壓力表1的值data<4,0>=6*data<4,0>*5/4095#‘壓力表2的值PID調(diào)節(jié)算法程序：PrivateFunctionPIDAdjust<ByValpressureAsSingle,ByValdataAsSingle,ByValmaxAsSingle>AsSingleDimaAsSingleDimBAsSingleDimCAsSingleDimSPAsSingleDimPVAsSingleE=0.02SP=pressure'壓力設(shè)定值PV=data'本次采樣的壓力反饋值EK=SP-PVIfAbs<EK><=EThen'分離積分A=Kp*<1+1/Ti+Td>B=Kp*<1+2*Td>C=Kp*Td'計(jì)算控制參數(shù)A、B、CElseA=Kp*<1+Td>B=Kp*TdC=0#EndIfUk=Uk1+A*EK-B*EK1+C*EK2IfInt<Uk><=0ThenUk=0'對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)理,實(shí)際使用時(shí)靈活掌握。IfInt<Uk>>maxThenUk=maxUk1=Uk'Uk,Uk1,E,Ek,Ek1,Ek2是全局變量,記錄歷史數(shù)據(jù)EK2=EK1EK1=EKPIDAdjust=Uk'返回輸出EndFunctionUk1=UkEK=SP-PV取給定值SP和測(cè)量值PV開(kāi)始輸出U〔k|Ek|?計(jì)算A、B、C值Uk1=UkEK=SP-PV取給定值SP和測(cè)量值PV開(kāi)始輸出U〔k|Ek|?計(jì)算A、B、C值U<k>=Uk1+AEk-BEk1Uk=Uk1+AEk-BEk1+CEk2U<k>=Uk1+AEk-BEk1Uk=Uk1+AEk-BEk1+CEk2返回Ek2=Ek1,Ek1=Ek返回Ek2=Ek1,Ek1=Ek增量型PID算式程序流程圖以下是最能體現(xiàn)面向?qū)ο蟪绦蛘Z(yǔ)言的類(lèi),它們與面向過(guò)程的編程有了本質(zhì)的區(qū)別下面是一個(gè)畫(huà)珊格的類(lèi)PublicHorzSplitsAsLongPublicVertSplitsAsLongPrivateGridColorAsLongPrivateShowGridAsBooleanPrivatePBoxAsPictureBoxPrivatepBoxHeightAsLongPrivatepBoxWidthAsLongPrivateGridPositionAsLongPublicEnumDrawLineTypeTYPE_LINE=0TYPE_POINT=1EndEnumPubl