簡(jiǎn)介
壓裝機是汽車(chē)變速箱生產(chǎn)線(xiàn)的主要生產(chǎn)設備，用于生產(chǎn)汽車(chē)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(guò)大或過(guò)小的壓裝力都會(huì )對產(chǎn)品造成一定的影響，嚴重時(shí)會(huì )把工件壓壞造成廢品或壓裝不完全，因此，嚴格控制壓裝力已成為壓裝機生產(chǎn)所必須解決的問(wèn)題。常規壓裝機的壓裝力的調節依靠理論計算，手動(dòng)調節液壓系統的壓力閥來(lái)實(shí)現，其液壓原理圖，如圖1所示。
但是由于手動(dòng)調節具有一定的誤差，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，該誤差已經(jīng)可能造成較大的影響。為了解決手動(dòng)調節的誤差問(wèn)題及頻繁手動(dòng)調節的繁瑣問(wèn)題，針對某單位的40噸壓裝機設計了電液比例控制液壓系統。
電液比例控制壓裝機
根據常規壓裝機的壓力調節問(wèn)題，對其液壓系統進(jìn)行了改造，改造后的液壓系統，如圖2所示。
其閉環(huán)控制系統框圖，如圖3所示。本系統的液壓泵采用恒壓變量柱塞泵;溢流閥采用先導式電液比例溢流閥;在液壓缸與工件之間增加了力傳感器，作為電液控制系統的反饋元件。與傳統的手動(dòng)調節和普通開(kāi)關(guān)型液壓閥相比，電液比例控制閥能大大提高液壓系統的控制精度，并且可以彌補普通液壓控制閥只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、不能進(jìn)行連續控制的缺陷。
該系統的控制過(guò)程如下：由計算機輸出電壓信號，該信號通過(guò)比例放大器轉變?yōu)殡娏餍盘?，通過(guò)改變比例溢流閥開(kāi)口調節油缸無(wú)桿腔的壓力從而改變壓頭輸出力的大小，通過(guò)力傳感器實(shí)時(shí)檢測壓頭輸出力并輪換為電壓信號通過(guò)采集卡傳給計算機，該實(shí)測值與程序中設定值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)控制算法運算輸出新的控制信號實(shí)現力的閉環(huán)控制。由電磁換向閥控制油路方向實(shí)現壓下力輸出控制和壓頭縮回。在系統中計算機參與實(shí)現了對數據采集、控制決策及控制輸出三個(gè)基本功能。
系統數學(xué)模型的建立
如圖4所示，為系統液壓模塊的分析簡(jiǎn)圖。據此可列出壓裝機的壓下力的動(dòng)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——活塞及負載的粘性阻尼系數;
K——負載彈簧剛度。
假設忽略活塞及負載的粘性阻尼，則式(1)中活塞及負載的粘性阻尼系數B=0。
式(1)經(jīng)拉普拉斯變換之后，改寫(xiě)為：
(2)
模糊PID控制器設計
壓裝機模糊控制系統的組成具有傳統計算機控制系統的結構形式，主要由模糊控制器、輸入輸出接口、執行機構、被控對象和測量裝置組成，其控制系統組成框圖，如圖5所示。
對于壓裝機壓力模糊控制系統，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，在運行中通過(guò)不斷檢測E和EC，再根據模糊控制原理對參數進(jìn)行在線(xiàn)修改并滿(mǎn)足在不同和時(shí)對控制參數的不同要求，使被控對象具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。如表1~3所示，分別為ΔKP、ΔKI、和ΔKD的模糊控制規則。
給系統輸入一個(gè)階躍信號，則采用MATLAB/SIMULINK計算機仿真工具對其模糊PID控制的壓裝機壓力控制系統仿真曲線(xiàn)，如圖6所示。
由圖6可見(jiàn)，該系統無(wú)穩定誤差和超調，壓裝力峰值時(shí)間0.17s，上升時(shí)間0.12s，調整時(shí)間0.14s，滿(mǎn)足控制系統的技術(shù)要求及現場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際需求，具有較好的控制效果。
結論
采用電液比例控制系統和模糊PID控制器對壓裝機壓裝力進(jìn)行控制，可以較好地實(shí)現壓裝力的精準控制，以實(shí)現現場(chǎng)生產(chǎn)對壓裝力的精度要求控制，并可以方便地通過(guò)計算機對壓裝力進(jìn)行修改，進(jìn)而可以采用一臺設備實(shí)現多臺設備的功能，實(shí)現現場(chǎng)產(chǎn)品生產(chǎn)的多樣化和經(jīng)濟化。
