大型模鍛水壓機分配器控制系統技術方案

一種大型模鍛水壓機分配器的控制系統，用絕對式光電編碼器作為轉角設定和跟蹤傳感器，轉角給定光電編碼器將操作手柄給轉角的設定值轉換成多位二進制數字信號，轉角檢測光電編碼器把分配器的轉角轉換成多位二進制數字信號，二進制信號被送到ＰＬＣ開關量輸入模塊，由可編程序控制器構成的數字控制系統輸出送給相應的伺服電磁閥，控制液壓缸，帶動齒條齒輪傳動裝置，驅動分配器轉動；分配器轉角跟蹤過程分為快速向設定值運動階段和精確調整階段。控制系統減小了欠壓量，提高了模鍛水壓機模鍛件尺寸加工精度，改善了模鍛件的內部織構和質量，同時提高了水壓機控制系統的工作可靠性。

【技術實現步驟摘要】
大型模鍛水壓機分配器控制系統的制作方法專利說明大型模鍛水壓機分配器控制系統 本專利技術涉及模鍛水壓機的控制系統，特別是模鍛水壓機分配器的控制系統。大型模鍛水壓機是機械制造工業中的一種重要機械設備，用于鍛造普通合金鍛件或帶孔的復雜鍛件。模鍛加工過程由四個可移動部分按順序協同動作完成，它們是垂直橫梁，左、右水平部分和移動工作臺，各部分的運動速度和行程都采用“油控水”方式實現控制，油壓系統帶動分配器，分配器控制水閥。分配器軸上安裝有一組凸輪，凸輪的形狀和安裝位置不同，當分配器轉動到不同的角度設定值時，凸輪帶動相應的頂桿上升或下降，從而打開或關閉相應的水閥，高壓水進入不同的工作缸驅動可移動工作部分完成模鍛加工動作。目前，大型模鍛水壓機分配器的控制系統采用自整角機作為轉角設定和跟蹤傳感器，由極化繼電器和相敏放大器構成模擬控制器。這種控制系統主要存在如下問題位置控制精度低，轉角跟蹤誤差大，達到±9°，欠壓量大；位置跟蹤過程產生振蕩，引起模鍛過程壓力波動，使鍛件內部織構不均勻，影響模鍛件質量。欠壓量是用來描述模鍛加工精度的物理量，它受壓力、轉角和轉角跟蹤誤差等因素的影響，其中轉角誤差的影響最大，減小欠壓量最有效的措施是提高分配器轉角位置的精度；然而分配器凸輪形狀曲線復雜，轉動慣量較大，機械系統折算到分配器軸上的轉動慣量是轉角的非線性函數，減小角度跟蹤誤差會使其轉動產生振蕩，如果分配器轉動產生振蕩，就會引起模鍛壓力波動，使鍛件內部織構和系統的可靠性變差。本專利技術的目的是提高大型模鍛水壓機分配器的轉角位置控制精度，減少分配器的欠壓量和消除轉角振蕩。本專利技術采用絕對式光電編碼器和可編程序控制器構成控制系統驅動分配器轉動。采用分段調整控制策略，減少分配器的跟蹤誤差，消除分配器轉角振蕩，提高鍛件尺寸的加工精度和內部織構質量。本專利技術主要包括以下幾方面內容首先用絕對式光電編碼器代替自整角機作為轉角設定和跟蹤傳感器。轉角給定光電編碼器安裝在操作臺上，通過彈性連軸節和操作手柄的轉動軸相連，轉角檢測光電編碼器安裝在分配器軸端，也用彈性連軸節和分配器轉動軸連接。操作手柄給出分配器轉角的設定值，編碼器把操作手柄和分配器的轉角轉換成多位二進制數字信號，送到PLC開關量輸入模塊。再用可編程序控制器構成的數字控制系統代替由極化繼電器和相敏放大器構成控制器的模擬控制系統。可編程序控制器的開關量輸出模塊輸出控制信號給相應的伺服電磁閥，控制液壓缸，帶動齒條齒輪傳動裝置，驅動分配器轉動，分配器軸上的凸輪帶動相應的頂桿上升或下降，打開或關閉相應的水閥改變高壓水的壓力。應用基于分段調整的智能控制技術，將分配器轉角跟蹤過程分為兩個階段進行調整。第一階段為分配器轉角快速向設定值運動階段，采用人工神經網絡自學習算法，根據高壓水的壓力、分配器轉角跟蹤誤差和轉角跟蹤誤差變化率的大小計算出合適的斷電時間提前量，使電磁閥斷電，驅動系統由于慣性作用，分配器繼續旋轉一個角度后停下；第二階段為分配器轉角精確調整階段，判斷轉角跟蹤誤差是否滿足設定的范圍，若不滿足，則根據轉角跟蹤誤差的大小和符號、高壓水的壓力和要求的控制精度，采用模糊推理規則決定給相應的電磁閥再次通電的時間，讓分配器繼續轉動一個比較小的角度，使其轉角跟蹤的誤差達到要求。通過上述控制裝置和控制算法，分配器的跟蹤誤差由±9°減少為±3°，減小了欠壓量，解決了大型模鍛水壓機因欠壓量大影響模鍛件尺寸加工精度的難題，改善了模鍛件的內部織構和質量，同時提高了水壓機控制系統的工作可靠性。下面結合附圖對本專利技術作進一步的詳細說明。附圖說明圖1分配器控制系統硬件結構示意圖；圖2為分段調整控制系統原理框圖；圖3εi-NN結構示意圖。分配器控制系統硬件結構如圖1所示，轉角給定光電編碼器4安裝在操作臺1上，通過彈性連軸節3和操作手柄2的轉動軸相連，轉角檢測光電編碼器6安裝在分配器軸端，也用彈性連軸節3和分配器轉動軸7連接。操作手柄2給出分配器轉角的設定值，編碼器把操作手柄和分配器的轉角轉換成多位二進制數字信號，通過電纜5送到PLC開關量輸入模塊。由可編程序控制器計算出控制量信號經可編程序控制器的開關量輸出模塊輸出給相應的伺服電磁閥11，控制液壓缸10，帶動齒條齒輪傳動裝置12、9，驅動分配器轉動。分配器軸上安裝有一組凸輪13，凸輪的形狀和安裝位置不同，當分配器轉動到不同的角度設定值時，凸輪帶動相應的頂桿8上升或下降，從而打開或關閉相應的水閥改變高壓水的壓力。如圖2，水壓機分配器轉角可分為二個階段，第一階段為分配器轉角快速向設定值運動階段，采用人工神經網絡自學習εi-NN算法根據此時高壓水的壓力、分配器轉角跟蹤誤差和轉角跟蹤誤差變化率的大小按擬合計算出合適的斷電時間提前量εi，使電磁閥斷電，驅動系統由于慣性作用，分配器繼續旋轉一個角度后停下；第二階段為分配器轉角精確調整階段，判斷轉角跟蹤誤差Δθi是否滿足-δi＜Δθi＜δi，若不滿足，則根據Δθi的大小和符號、高壓水的壓力和要求的控制精度δi采用模糊推理規則決定給相應的電磁閥再次通電的時間τi，讓分配器繼續轉動一個比較小的角度，從而使其轉角跟蹤的誤差達到±3°以內。例如，操作手柄可在0°～180°范圍內移動，分別設置“空程”、“工作”、“回程”和“停止”四個位置，它們分別對應一定的角度值。模鍛工作時，扳動操作手柄，給出要求的分配器轉動的角度值，假定為“回程”50°，要求的控制精度δi為±3°，則先根據此時高壓水的壓力、分配器轉角跟蹤誤差和轉角跟蹤誤差變化率的大小按神經網絡擬合輸出一個電磁閥斷電時間提前量讓分配器轉動到大約40°的位置，由于慣性作用，它會繼續轉動一個角度，假定停在43°的位置，此時轉角跟蹤誤差Δθi為50°-43°＝+7°，而控制精度δi為±3°，不滿足-δi＜Δθi＜δi。由于Δθi的符號為正，根據Δθi的大小、高壓水的壓力和要求的控制精度δi采用模糊推理規則算出給相應的伺服閥再次通電的時間τi，讓分配器繼續同向轉動5°，加上分配器慣性作用繼續轉動1°，則分配器在整個過程中一共轉過了49°，足50±3°范圍的精度要求，且不會出現振蕩情況。εi-NN算法和模糊推理控制控制算法的具體實現分列如下a.εi-NN算法采用三層BP神經網絡實現斷電提前量εi的擬合。輸入層節點3個，分別為轉角跟蹤誤差Δθi及其變化率Δθi&以及壓力Pi等，要進行歸一化處理；由于訓練時間受到生產實際情況的限制，隱含層節點Q取5個；輸出層節點1個，為提前量εi。由于εi不能為負值，所以輸出層神經元的活化函數取非負的Sigmoid函數，而隱含層神經元的活化函數可取正負的Sigmoid函數。第i個BP神經網絡NN的輸入為 神經網絡隱含層的輸入輸出為netn2(k)=Σm=03wmn2om1(k)on2(k)=f[netn2(k)](n=0,1,,L4)OQ2(k)=1---(2)]]>式中wmn2為隱含層加權系數；w3n2為閾值，w3n2=1;]]>f(·)為活化函數，f(·)＝tanh(x)為超越正切函數；上角標1、2、3分別表示輸入層、隱含層和輸出層。神經網絡輸出層的輸入輸出為net13(k)=Σn=0Qwn13on2(k)o13(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大型模鍛水壓機分配器控制系統，包括操作臺，操作手柄和分配器，其特征在于：（１）用絕對式光電編碼器作為轉角設定和跟蹤傳感器，安裝在操作臺上的轉角給定光電編碼器，通過彈性連軸節和操作手柄的轉動軸相連，將操作手柄給轉角的設定值轉換成多 位二進制數字信號，安裝在分配器軸端的轉角檢測光電編碼器，用彈性連軸節和分配器轉動軸連接，把分配器的轉角轉換成多位二進制數字信號，二進制信號被送到ＰＬＣ開關量輸入模塊，作為可編程序控制器構成的數字控制系統的輸入信號，可編程序控制器的開關量輸出模塊輸出控制信號給相應的伺服電磁閥，控制液壓缸，帶動齒條齒輪傳動裝置，驅動分配器轉動，分配器軸上的凸輪帶動相應的頂桿上升或下降，打開或關閉相應的水閥改變高壓水的壓力；（２）用分段調整的智能控制技術，將分配器轉角跟蹤過程分為兩個階段進 行調整，第一階段為分配器轉角快速向設定值運動階段，根據高壓水的壓力、分配器轉角跟蹤誤差和轉角跟蹤誤差變化率的大小，采用人工神經網絡自學習算法，計算出斷電時間提前量；第二階段為分配器轉角精確調整階段，當轉角跟蹤誤差大于設定范圍時，采用模糊推理規則給相應的電磁閥再次通電的時間，讓分配器繼續轉動一個比較小的角度。...

【技術特征摘要】
1.一種大型模鍛水壓機分配器控制系統，包括操作臺，操作手柄和分配器，其特征在于(1)用絕對式光電編碼器作為轉角設定和跟蹤傳感器，安裝在操作臺上的轉角給定光電編碼器，通過彈性連軸節和操作手柄的轉動軸相連，將操作手柄給轉角的設定值轉換成多位二進制數字信號，安裝在分配器軸端的轉角檢測光電編碼器，用彈性連軸節和分配器轉動軸連接，把分配器的轉角轉換成多位二進制數字信號，二進制信號被送到PLC開關量輸入模塊，作為可編程序控制器構成的數字控制系統的輸入信號，可編程序控制器的開關量輸出模塊輸出控制信號給相應的伺服電磁閥，控制液壓缸，帶動齒條齒輪傳動裝置，驅動分配器轉動，分配器軸上的凸輪帶動相應的頂桿上升或下降，打開或關閉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：桂衛華，喻壽益，賀建軍，周繼能，王華，陽春華，謝永芳，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：43[中國|湖南]