一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法
【专利摘要】一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄和PLC控制箱，所述电控手柄的信号输出端与PLC控制箱的控制信号输入端相连接；所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀、比例阀、伺服泵、液压马达和角度传感器；所述PLC控制箱的开关信号输出端与开关阀的开关信号控制端电连接，所述PLC控制箱的比例信号输出端与比例阀的比例信号控制端电连接；所述伺服泵依次通过开关阀、比例阀与液压马达的手柄的进油口油路连接，所述手柄上设置有角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与PLC控制箱的反馈信号输入端电连接。本设计不仅控制精度高，随动性好，而且能够快速关闭拖缆机，避免液压马达手柄在中间位置发生震荡。
【专利说明】
-种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种比例控制装置，尤其设及一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置 及其控制方法，具体适用于提高控制精度。
【背景技术】
[0002] 海洋平台是海上油气开采的主力，但由于其不能自航，需要多种功能的平台工程 船作后勤支援，其中=用工作船(拖曳、错作、供应)是平台后勤支援必备的辅助船舶。拖缆 机是=用工作船的关键设备，拖缆机操控性能是=用工作船海上作业时的重要性能要求。 拖缆机采用电液驱动模式，由电动机驱动主累站提供马达动力，马达驱动高速齿轮组将动 力传递到驱动轴上的离合器，通过离合器的不同组合，分别或同时驱动上下滚筒上的低速 齿轮组，将马达动力分别或同时传递到上下滚筒。拖缆机马达操控模式为远程电液遥控，其 动力由伺服系统提供，将电控手柄的控制指令通过伺服系统比例阀开度作用于液压马达手 柄上，通过液压马达手柄位置带动马达叶片旋转，从而实现马达输出动力的改变，进而实现 拖缆机滚筒的速度改变。限于拖缆机液压马达构造，驱动液压马达手柄的伺服系统比例阀 控制一般采用开环控制，但由于液压系统特性(比如液压油油溫、粘度等)变化，导致电控手 柄开环控制液压马达的比例阀效果一直不好，直接影响拖缆机的操作性能。
[0003] 中国专利申请公布号为CN101859121A，申请公布日为2010年10月13日的发明专利 公开了一种拖缆机液压马达遥控控制系统，包括依次连接的遥控手柄、PLC信号处理单元、 比例阀控制器、电磁压力比例阀与液压马达，电磁压力比例阀包括互相并联的收缆电磁压 力比例阀与放缆电磁压力比例阀，所述化C处理器采取的信号线性化处理方法为分段线性 化处理方法，比例阀控制器的输出信号为PWM信号，电磁压力比例阀的控制电流的为140- 400mA。虽然该发明能够在一定程度提高液压马达稳定性，但其仍存在W下缺陷：
[0004] 1、该发明的液压马达遥控控制采用开环控制，控制精度低。
[0005] 2、该发明存在了较多的监控信号，信号处理过程复杂度高，系统运行速度较慢。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有技术中存在的控制精度低的问题，提供一种高控制精度 的带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法。
[0007] 为实现W上目的，本发明的技术解决方案是：
[000引一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄和化C控制箱，所述电控手 柄的信号输出端与化C控制箱的控制信号输入端相连接；
[0009] 所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀、比例阀、伺服累、液压马达和角度传感 器；
[0010] 所述PLC控制箱的开关信号输出端与开关阀的开关信号控制端电连接，所述PLC控 制箱的比例信号输出端与比例阀的比例信号控制端电连接；
[0011] 所述伺服累依次通过开关阀、比例阀与液压马达的手柄的进油口油路连接，所述 手柄上设置有角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与化C控制箱的反馈信号输入端 电连接。
[001^ 所述开关阀还包括开关阀进油口和开关阀出油口，所述比例阀还包括比例阀进油 口和比例阀出油口，所述开关阀进油口与伺服累的出油口油路连接，所述开关阀出油口与 比例阀进油口油路连接，所述比例阀出油口与液压马达的手柄的进油口油路连接，所述液 压马达的输出轴与拖缆机传动配合。
[0013] -种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法，所述控制方法包括W下步 骤：
[0014] 第一步:位置标定、数据归一化处理，首先，将电控手柄扳到中间位置，PLC控制箱 记录电控手柄的中位控制信号，并将上述中位控制信号设定为0位控制信号，液压马达在 PLC控制箱的信号作用下运动，直到液压马达停止转动后，PLC控制箱接收到的角度传感器 的信号维持定值不变，此时手柄位于中间位置，PLC控制箱记录角度传感器的中位反馈信 号，并将上述中位反馈信号设定为0位反馈信号；
[001引然后，将电控手柄扳到收缆最大位，PLC控制箱记录电控手柄的收缆最大位控制信 号，并将上述收缆最大位控制信号设定为-100%位控制信号，液压马达在化C控制箱的信号 作用下收缆，直到液压马达停止收缆后，PLC控制箱接收到的角度传感器的信号维持定值不 变，此时手柄位于收缆最大位，PLC控制箱记录角度传感器的收缆最大位反馈信号，并将上 述收缆最大位反馈信号设定为-100%位反馈信号；
[0016] 最后，将电控手柄扳到放缆最大位，PLC控制箱记录电控手柄的放缆最大位控制信 号，并将上述放缆最大位控制信号设定为100%位控制信号，液压马达在化C控制箱的信号 作用下放缆，直到液压马达停止放缆后，PLC控制箱接收到的角度传感器的信号维持定值不 变，此时手柄位于放缆最大位，PLC控制箱记录角度传感器的放缆最大位反馈信号，并将上 述收放最大位反馈信号设定为100%位反馈信号，位置标定完成，将电控手柄扳回到中间位 置；
[0017] 电控手柄输出的控制信号为连续变化值，PLC控制箱在接收电控手柄输出的控制 信号后将其归一化到-100%至100%之间，得到控制信号输入值W;
[0018] 角度传感器输出的反馈信号同样是连续变化值，PLC控制箱在接收角度传感器输 出的反馈信号后将其归一化到-100%至100%之间，得到反馈信号输入值X;
[0019] 第二步:开启开关阀，电控手柄的初始位置为中位，在需要拖缆机放缆或收缆时， 操纵电控手柄移动到相应的放缆或收缆位置，在操纵过程中化C控制箱接收到的电控手柄 的控制信号发生变化，PLC控制箱的开关信号输出端24跳变到高电位，开关信号控制端得 电，控制开关阀打开，此时开关阀开启完成；
[0020] 第S步：比例控制，当电控手柄移动到相应的放缆或收缆位置后，PLC控制箱接收 到的电控手柄的控制信号为一个定值，PLC控制箱将信号归一化后得到控制信号输入值W的 值，同时化C控制箱接收到角度传感器的反馈信号，并将其归一化后得到反馈信号输入值X 的值，然后采用PID控制算法，将上述控制信号输入值W的值、反馈信号输入值X的值带入W 下方程式，计算比例阀输出控制量y，
[0021]
[0022] 上式中kp为比例增益，kp = 1.05，T功积分作用时间，Ti = IO秒，Td为微分作用时间， 1<1 = 0.02秒，日为微分延时系数，日=0.8,6为比例作用权重系数，6 = 0.9，(3为微分作用权重， C = 0.1，S为拉普拉斯运算符，即S域；
[0023] 比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22输出至比例信 号控制端，比例阀根据接收到的信号调整比例阀的开度；
[0024] 第四步:反馈调节，比例阀的开度控制液压油的流量，从而控制手柄转动，角度传 感器根据手柄的角度变化向化C控制箱发出新的角度反馈信号，PLC控制箱重新归一化处理 得到新的反馈信号输入值X的值，此时控制信号输入值W的值不变，然后将控制信号输入值W 的值和新的反馈信号输入值X的值带入第=步的公式进行计算得到新的计算比例阀输出控 审IJ量y，新的比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端输出至比例信 号控制端，比例阀根据接收到的信号调整比例阀的开度;重复上述反馈调节过程，直到化C 控制箱接收到的反馈信号归一化处理得到反馈信号输入值X与控制信号输入值W相等时，y =0,比例阀关闭，此时拖缆机的放缆或收缆操作完成。
[0025] 第五步:停机归位，当电控手柄扳回到中间位置时，PLC控制箱的控制信号输入值W 的值为〇，PLC控制箱的开关信号输出端跳变到低电位，开关信号控制端失电，控制开关阀关 闭，同时比例阀输出控制量y强制归零，比例阀关闭，此时油路关闭，手柄快速回中间位置。 [00%]与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0027] 1、本发明一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置中在液压马达的手柄上安装角 度传感器，对手柄的角度进行实时反馈，PLC控制箱分析反馈信号和控制信号后输出比例控 制信号控制比例阀开度，从而实现拖缆机控制系统的闭环反馈，提高了比例阀的控制精度 和液压马达手柄的随动性。因此，本设计控制精度高，随动性好。
[0028] 2、本发明一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置中开关阀的设计能够在电控手 柄处于中间位置时强制关闭油路，使液压马达手柄快速回到中间位置，避免液压马达手柄 在中间位置发生震荡，同时让拖缆机快速停止，提高了拖缆机的安全性。因此，本设计能够 快速关闭拖缆机，避免液压马达手柄在中间位置发生震荡。
[0029] 3、本发明一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法中，利用PID控制器， 实时调整比例阀的开度，利用闭环反馈功能实现液压系统的自我校正，提高了拖缆机的可 控性。因此，本设计能够实现自我校正，可控性高。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明的结构示意图。
[0031] 图2是本发明的控制流程图。
[0032] 图中：电控手柄IJLC控制箱2、控制信号输入端21、比例信号输出端22、反馈信号 输入端23、开关信号输出端24、开关阀3、开关信号控制端31、开关阀进油口 32、开关阀出油 口 33、比例阀4、比例信号控制端41、比例阀进油口 42、比例阀出油口 43、伺服累5、液压马达 6、手柄61、角度传感器7。
【具体实施方式】
[0033] W下结合【附图说明】和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0034] 参见图1，一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄1和化C控制箱2， 所述电控手柄1的信号输出端与化C控制箱2的控制信号输入端21相连接；
[0035] 所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀3、比例阀4、伺服累5、液压马达6和角度传 感器7;
[0036] 所述化C控制箱2的开关信号输出端24与开关阀3的开关信号控制端31电连接，所 述化C控制箱2的比例信号输出端22与比例阀4的比例信号控制端41电连接；
[0037] 所述伺服累5依次通过开关阀3、比例阀4与液压马达6的手柄61的进油口油路连 接，所述手柄61上设置有角度传感器7,所述角度传感器7的信号输出端与化C控制箱2的反 馈信号输入端23电连接。
[0038] 所述开关阀3还包括开关阀进油口 32和开关阀出油口 33，所述比例阀4还包括比例 阀进油口 42和比例阀出油口 43,所述开关阀进油口 32与伺服累5的出油口油路连接，所述开 关阀出油口 33与比例阀进油口 42油路连接，所述比例阀出油口 43与液压马达6的手柄61的 进油口油路连接，所述液压马达6的输出轴与拖缆机8传动配合。
[0039] -种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法，所述控制方法包括W下步 骤：
[0040] 第一步:位置标定、数据归一化处理，首先，将电控手柄1扳到中间位置，PLC控制箱 2记录电控手柄1的中位控制信号，并将上述中位控制信号设定为0位控制信号，液压马达6 在PLC控制箱2的信号作用下运动，直到液压马达6停止转动后，PLC控制箱2接收到的角度传 感器7的信号维持定值不变，此时手柄61位于中位，PLC控制箱2记录角度传感器7的中位反 馈信号，并将上述中位反馈信号设定为0位反馈信号；
[0041] 然后，将电控手柄1扳到收缆最大位，PLC控制箱2记录电控手柄1的收缆最大位控 制信号，并将上述收缆最大位控制信号设定为-100%位控制信号，液压马达6在化C控制箱2 的信号作用下收缆，直到液压马达6停止收缆后，PLC控制箱2接收到的角度传感器7的信号 维持定值不变，此时手柄61位于收缆最大位，PLC控制箱2记录角度传感器7的收缆最大位反 馈信号，并将上述收缆最大位反馈信号设定为-100%位反馈信号；
[0042] 最后，将电控手柄1扳到放缆最大位，PLC控制箱2记录电控手柄1的放缆最大位控 制信号，并将上述放缆最大位控制信号设定为100%位控制信号，液压马达6在化C控制箱2 的信号作用下放缆，直到液压马达6停止放缆后，PLC控制箱2接收到的角度传感器7的信号 维持定值不变，此时手柄61位于放缆最大位，PLC控制箱2记录角度传感器7的放缆最大位反 馈信号，并将上述收放最大位反馈信号设定为100%位反馈信号，位置标定完成，将电控手 柄1扳回到中间位置；
[0043] 电控手柄1输出的控制信号为连续变化值，PLC控制箱2在接收电控手柄1输出的控 制信号后将其归一化到-100%至100%之间，得到控制信号输入值W;
[0044] 角度传感器7输出的反馈信号同样是连续变化值，PLC控制箱2在接收角度传感器7 输出的反馈信号后将其归一化到-100%至100%之间，得到反馈信号输入值X;
[0045] 第二步:开启开关阀3,电控手柄1的初始位置为中间位置，在需要拖缆机放缆或收 缆时，操纵电控手柄I移动到相应的放缆或收缆位置，在操纵过程中化C控制箱2接收到的电 控手柄1的控制信号发生变化，PLC控制箱2的开关信号输出端24跳变到高电位，开关信号控 制端31得电，控制开关阀3打开，此时开关阀3开启完成；
[0046] 第S步：比例控制，当电控手柄1移动到相应的放缆或收缆位置后，PLC控制箱2接 收到的电控手柄1的控制信号为一个定值，PLC控制箱2将信号归一化后得到控制信号输入 值W的值，同时化C控制箱2接收到角度传感器7的反馈信号，并将其归一化后得到反馈信号 输入值X的值，然后采用PID控制算法，将上述控制信号输入值W的值、反馈信号输入值X的值 带入W下方程式，计算比例阀输出控制量y，
[0047]
[004引上式中kp为比例增益，kp = 1.05，T功积分作用时间，Ti = IO秒，Td为微分作用时间， 1<1 = 0.02秒，日为微分延时系数，日=0.8,6为比例作用权重系数，6 = 0.9，(3为微分作用权重， C = 0.1，S为拉普拉斯运算符，即S域；
[0049] 比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22输出至比例信 号控制端41，比例阀4根据接收到的信号调整比例阀4的开度；
[0050] 第四步:反馈调节，比例阀4的开度控制液压油的流量，从而控制手柄61转动，角度 传感器7根据手柄61的角度变化向化C控制箱2发出新的角度反馈信号，PLC控制箱2重新归 一化处理得到新的反馈信号输入值X的值，此时控制信号输入值W的值不变，然后将控制信 号输入值W的值和新的反馈信号输入值X的值带入第=步的公式进行计算得到新的计算比 例阀输出控制量y，新的比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22 输出至比例信号控制端41，比例阀4根据接收到的信号调整比例阀4的开度;重复上述反馈 调节过程，直到化C控制箱2接收到的反馈信号归一化处理后得到的反馈信号输入值X与控 制信号输入值W相等时，y = 0,比例阀4关闭，此时拖缆机8的放缆或收缆操作完成。
[0051] 第五步:停机归位，当电控手柄1扳回到中间位置时，PLC控制箱2的控制信号输入 值W的值为0，PLC控制箱2的开关信号输出端24跳变到低电位，开关信号控制端31失电，控制 开关阀3关闭，同时比例阀输出控制量y强制归零，比例阀4关闭，此时油路关闭，手柄61快速 回中间位置。
[0052] 本发明的原理说明如下：
[0053] 由于液压系统随着运行时间和油溫变化等因素变化，会导致液压系统性能发生变 化，采用本发明通过闭环反馈的方式实现系统的自我校正，从而确保拖缆机控制精准，提高 拖缆机控制系统的可靠性。
[0化4] 实施例1:
[0055] -种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄1和化C控制箱2,所述电控 手柄1的信号输出端与化C控制箱2的控制信号输入端21相连接;所述拖缆机比例控制装置 还包括开关阀3、比例阀4、伺服累5、液压马达6和角度传感器7;所述化C控制箱2的开关信号 输出端24与开关阀3的开关信号控制端31电连接，所述化C控制箱2的比例信号输出端22与 比例阀4的比例信号控制端41电连接;所述伺服累5依次通过开关阀3、比例阀4与液压马达6 的手柄61的进油口油路连接，所述手柄61上设置有角度传感器7,所述角度传感器7的信号 输出端与化C控制箱2的反馈信号输入端23电连接;所述开关阀3还包括开关阀进油口 32和 开关阀出油口 33，所述比例阀4还包括比例阀进油口 42和比例阀出油口 43，所述开关阀进油 口 32与伺服累5的出油口油路连接，所述开关阀出油口 33与比例阀进油口 42油路连接，所述 比例阀出油口 43与液压马达6的手柄61的进油口油路连接，所述液压马达6的输出轴与拖缆 机8传动配合。
[0056] -种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法，所述控制方法包括W下步 骤：
[0057] 第一步:位置标定、数据归一化处理，首先，将电控手柄1扳到中间位置，PLC控制箱 2记录电控手柄1的中位控制信号，并将上述中位控制信号设定为0位控制信号，液压马达6 在PLC控制箱2的信号作用下运动，直到液压马达6停止转动后，PLC控制箱2接收到的角度传 感器7的信号维持定值不变，此时手柄61位于中位，PLC控制箱2记录角度传感器7的中位反 馈信号，并将上述中位反馈信号设定为0位反馈信号；
[0058] 然后，将电控手柄1扳到收缆最大位，PLC控制箱2记录电控手柄1的收缆最大位控 制信号，并将上述收缆最大位控制信号设定为-100%位控制信号，液压马达6在化C控制箱2 的信号作用下收缆，直到液压马达6停止收缆后，PLC控制箱2接收到的角度传感器7的信号 维持定值不变，此时手柄61位于收缆最大位，PLC控制箱2记录角度传感器7的收缆最大位反 馈信号，并将上述收缆最大位反馈信号设定为-100%位反馈信号；
[0059] 最后，将电控手柄1扳到放缆最大位，PLC控制箱2记录电控手柄1的放缆最大位控 制信号，并将上述放缆最大位控制信号设定为100%位控制信号，液压马达6在化C控制箱2 的信号作用下放缆，直到液压马达6停止放缆后，PLC控制箱2接收到的角度传感器7的信号 维持定值不变，此时手柄61位于放缆最大位，PLC控制箱2记录角度传感器7的放缆最大位反 馈信号，并将上述收放最大位反馈信号设定为100%位反馈信号，位置标定完成，将电控手 柄1扳回到中间位置；
[0060] 电控手柄1输出的控制信号为连续变化值，PLC控制箱2在接收电控手柄1输出的控 制信号后将其归一化到-100%至100%之间，得到控制信号输入值W;
[0061] 角度传感器7输出的反馈信号同样是连续变化值，PLC控制箱2在接收角度传感器7 输出的反馈信号后将其归一化到-100%至100%之间，得到反馈信号输入值X;
[0062] 第二步:开启开关阀3,电控手柄1的初始位置为中间位置，在需要拖缆机放缆或收 缆时，操纵电控手柄1移动到相应的放缆或收缆位置，在操纵过程中化C控制箱2接收到的电 控手柄1的控制信号发生变化，PLC控制箱2的开关信号输出端24跳变到高电位，开关信号控 制端31得电，控制开关阀3打开，此时开关阀3开启完成；
[0063] 第S步：比例控制，当电控手柄1移动到相应的放缆或收缆位置后，PLC控制箱2接 收到的电控手柄1的控制信号为一个定值，PLC控制箱2将信号归一化后得到控制信号输入 值W的值，同时化C控制箱2接收到角度传感器7的反馈信号，并将其归一化后得到反馈信号 输入值X的值，然后采用PID控制算法，将上述控制信号输入值W的值、反馈信号输入值X的值 带入W下方程式，计算比例阀输出控制量y，
[0064]
[0065] 上式中kp为比例增益，kp = l .05，Ti为积分作用时间，Ti = IO秒，Td为微分作用时间， 了<1 = 0.02秒，日为微分延时系数，日=0.8,6为比例作用权重系数，6 = 0.9，。为微分作用权重， C = 0.1，S为拉普拉斯运算符，即S域；
[0066] 比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22输出至比例信 号控制端41，比例阀4根据接收到的信号调整比例阀4的开度；
[0067] 第四步:反馈调节，比例阀4的开度控制液压油的流量，从而控制手柄61转动，角度 传感器7根据手柄61的角度变化向化C控制箱2发出新的角度反馈信号，PLC控制箱2重新归 一化处理得到新的反馈信号输入值X的值，此时控制信号输入值W的值不变，然后将控制信 号输入值W的值和新的反馈信号输入值X的值带入第=步的公式进行计算得到新的计算比 例阀输出控制量y，新的比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22 输出至比例信号控制端41，比例阀4根据接收到的信号调整比例阀4的开度;重复上述反馈 调节过程，直到化C控制箱2接收到的反馈信号归一化处理后得到的反馈信号输入值X与控 制信号输入值W相等时，y = 0,比例阀4关闭，此时拖缆机8的放缆或收缆操作完成。
[006引实施例2:
[0069] 实施例2与实施例1基本相同其不同之处在于：
[0070] 所述控制方法还包括：
[0071] 第五步:停机归位，当电控手柄1扳回到中间位置时，PLC控制箱2的控制信号输入 值W的值为0，PLC控制箱2的开关信号输出端24跳变到低电位，开关信号控制端31失电，控制 开关阀3关闭，同时比例阀输出控制量y强制归零，比例阀4关闭，此时油路关闭，手柄61快速 回中间位置。
【主权项】
1. 一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄⑴和PLC控制箱(2)，所述电 控手柄(1)的信号输出端与PLC控制箱(2)的控制信号输入端(21)相连接，其特征在于： 所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀（3)、比例阀(4)、伺服栗(5)、液压马达(6)和角 度传感器(7); 所述PLC控制箱（2)的开关信号输出端（24)与开关阀（3)的开关信号控制端（31)电连 接，所述PLC控制箱(2)的比例信号输出端(22)与比例阀(4)的比例信号控制端(41)电连接； 所述伺服栗(5)依次通过开关阀（3)、比例阀(4)与液压马达(6)的手柄(61)的进油口油 路连接，所述手柄(61)上设置有角度传感器(7)，所述角度传感器(7)的信号输出端与PLC控 制箱(2)的反馈信号输入端(23)电连接。2. 根据权利要求1所述的一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，其特征在于： 所述开关阀（3)还包括开关阀进油口（32)和开关阀出油口（33)，所述比例阀（4)还包括 比例阀进油口（42)和比例阀出油口（43 )，所述开关阀进油口（32)与伺服栗（5)的出油口油 路连接，所述开关阀出油口（ 33)与比例阀进油口（42)油路连接，所述比例阀出油口（43)与 液压马达(6)的手柄(61)的进油口油路连接，所述液压马达(6)的输出轴与拖缆机(8)传动 配合。3. -种权利要求1或2所述的带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法，其特征在 于： 所述控制方法包括以下步骤： 第一步：位置标定、数据归一化处理，首先，将电控手柄（1)扳到中间位置，PLC控制箱 (2)记录电控手柄（1)的中位控制信号，并将上述中位控制信号设定为O位控制信号，液压马 达(6)在PLC控制箱(2)的信号作用下运动，直到液压马达(6)停止转动后，PLC控制箱(2)接 收到的角度传感器(7)的信号维持定值不变，此时手柄(61)位于中间位置，PLC控制箱(2)记 录角度传感器(7)的中位反馈信号，并将上述中位反馈信号设定为O位反馈信号； 然后，将电控手柄（1)扳到收缆最大位，PLC控制箱(2)记录电控手柄（1)的收缆最大位 控制信号，并将上述收缆最大位控制信号设定为-100%位控制信号，液压马达(6)在PLC控 制箱(2)的信号作用下收缆，直到液压马达(6)停止收缆后，PLC控制箱(2)接收到的角度传 感器(7)的信号维持定值不变，此时手柄(61)位于收缆最大位，PLC控制箱(2)记录角度传感 器(7)的收缆最大位反馈信号，并将上述收缆最大位反馈信号设定为-100%位反馈信号； 最后，将电控手柄⑴扳到放缆最大位，PLC控制箱(2)记录电控手柄（1)的放缆最大位 控制信号，并将上述放缆最大位控制信号设定为100%位控制信号，液压马达(6)在PLC控制 箱(2)的信号作用下放缆，直到液压马达(6)停止放缆后，PLC控制箱(2)接收到的角度传感 器(7)的信号维持定值不变，此时手柄(61)位于放缆最大位，PLC控制箱(2)记录角度传感器 (7)的放缆最大位反馈信号，并将上述收放最大位反馈信号设定为100%位反馈信号，位置 标定完成，将电控手柄(1)扳回到中间位置； 电控手柄（1)输出的控制信号为连续变化值，PLC控制箱(2)在接收电控手柄（1)输出的 控制信号后将其归一化到-100 %至100 %之间，得到控制信号输入值w; 角度传感器(7)输出的反馈信号同样是连续变化值，PLC控制箱（2)在接收角度传感器 (7)输出的反馈信号后将其归一化到-100%至100%之间，得到反馈信号输入值X; 第二步:开启开关阀（3)，电控手柄（1)的初始位置为中间位置，在需要拖缆机放缆或收 缆时，操纵电控手柄（1)移动到相应的放缆或收缆位置，在操纵过程中PLC控制箱(2)接收到 的电控手柄（1)的控制信号发生变化，PLC控制箱(2)的开关信号输出端(24)跳变到高电位， 开关信号控制端(31)得电，控制开关阀（3)打开，此时开关阀（3)开启完成； 第三步：比例控制，当电控手柄（1)移动到相应的放缆或收缆位置后，PLC控制箱（2)接 收到的电控手柄（1)的控制信号为一个定值，PLC控制箱(2)将信号归一化后得到控制信号 输入值w的值，同时PLC控制箱(2)接收到角度传感器(7)的反馈信号，并将其归一化后得到 反馈信号输入值X的值，然后采用PID控制算法，将上述控制信号输入值w的值、反馈信号输 入值X的值带入以下方程式，计算比例阀输出控制量y，上式中kP为比例增益，kP = 1.05，Ti为积分作用时间，Ti = IO秒，Td为微分作用时间，Td = 0.02秒，a为微分延时系数，a = 0.8，b为比例作用权重系数，b = 0.9，c为微分作用权重，c = 〇. 1，s为拉普拉斯运算符，即s域； 比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端(22)输出至比例信号 控制端(41)，比例阀(4)根据接收到的信号调整比例阀(4)的开度； 第四步:反馈调节，比例阀（4)的开度控制液压油的流量，从而控制手柄(61)转动，角度 传感器(7)根据手柄(61)的角度变化向PLC控制箱（2)发出新的角度反馈信号，PLC控制箱 (2)重新归一化处理得到新的反馈信号输入值X的值，此时控制信号输入值w的值不变，然后 将控制信号输入值w的值和新的反馈信号输入值X的值带入第三步的公式进行计算得到新 的计算比例阀输出控制量y，新的比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号 输出端(22)输出至比例信号控制端(41)，比例阀(4)根据接收到的信号调整比例阀(4)的开 度;重复上述反馈调节过程，直到PLC控制箱(2)接收到的反馈信号归一化处理后得到的反 馈信号输入值X与控制信号输入值w相等时，y = 〇,比例阀(4)关闭，此时拖缆机(8)的放缆或 收缆操作完成。4.根据权利要求3所述的一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法，其特征 在于： 所述控制方法还包括： 第五步:停机归位，当电控手柄（1)扳回到中间位置时，PLC控制箱(2)的控制信号输入 值w的值为0，PLC控制箱(2)的开关信号输出端(24)跳变到低电位，开关信号控制端(31)失 电，控制开关阀（3)关闭，同时比例阀输出控制量y强制归零，比例阀（4)关闭，此时油路关 闭，手柄(61)快速回中间位置。
【文档编号】F15B9/00GK106015131SQ201610554022
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】陶诗飞, 高怡, 刘宁, 李建涛, 孙钊, 肖开明
【申请人】武汉船用机械有限责任公司