专利名称：特大型水压机活动横梁位置自适应预控方法
技术领域：
本发明涉及特大型自由锻造水压机设备控制方法。
背景技术：
目前国内老式大型水压机目前的锻件尺寸精度约为^ 士10mm，即使是技术水平比 较高的新式大型水压机也只能达到士5mm。提高锻件精度对节约能源、原材料具有重要意 义。为提高锻造精度，必须提高动梁的控制运动精度。但在动梁位于不同位置时，因立柱的 弯曲变形程度不同导致两者间隙不同；锻件辐射热也会在立柱内引起温度梯度，加大立柱 的变形。若按纯位置闭环控制动梁行程，因活动部分质量达600余吨，同时，在工作压力下， 工作缸内水的弹性变形较大，给水阀关闭后，动梁仍继续压下，同时，锻件品种不同，变形量 也不一样；加之压下频次高，动梁位置很难达到精确控制要求。针对上述现有技术中所存在 的问题，研究设计一种新型的特大型水压机活动横梁位置自适应预控方法，从而克服现有 技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是针对这种特大型自由锻造水 压机锻造过程的大压力、大惯性、品种多的特点，开发研制出活动横梁位置自适应预控方 法，设计出一种预测控制运算模型，从而解决水压机活动横梁及相连部件在锻造过程中锻 件尺寸精度的控制难题，开发一种除具有正常的位置闭环控制外带有活动横梁位置自适应 预控的方法，对锻件多品种、水压机锻造压力、惯性、控制阀组滞后等因素综合考虑，通过简 单的工程算法对位置预控，从而达到解决问题的目的。 本发明所述的特大型水压机活动横梁的控制系统是由可编程控制器、执行控制元 件、主工作缸控制阀、温度传感器、主工作缸、回程缸、活动横梁、位移传感器、主工作缸压力 传感器、回程缸高压控制阀所组成；所述的特大型水压机活动横梁位置自适应预控方法步 骤如下 第一步，在第一次锻造过程中，通过位移传感器实时测量锻造过程中活动横梁位 置并计算运行速度，通过主工作缸压力传感器测量锻造压力，温度传感器测量锻造温度；在 位置闭环控制中输出停止加压时，即控制主工作缸控制阀关断，采样此时的活动横梁位置、 运行速度、锻造压力、锻造温度。 第二步，采样开始泄压时的活动横梁位置；由可编程控制器计算出上一次惯性锻 造行程量(AH(n—d)，此值作为下一次锻造时预控量基准值； 第三步，在本次(第二次)锻造过程中，根据测量的活动横梁位置，锻造压力，锻造 温度；经运算模型 y(H) = K AH(n—d ------(模型1) 其中AH(n—d 上一次惯性锻造行程量 [OOTO] K 压力、速度、温度加权系数
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y(H) 本次锻造惯性补偿量 计算出预控位置惯性提前量(y(H))，再经工程算法 y(h) = k* (Ahn+y(H)) ------(模型2) 其中Ahn 表示给定终锻位置与实际行程差
k 控制主工作缸控制阀输出系数
y(h) 主工作缸控制阀实际输出控制值 运算后得到本次(第二次)锻造时带预控的位置闭环控制输出量，并通过执行控 制元件控制主工作缸控制阀开口大小及关闭； 将本次锻造采集的数据作为下一次锻造时的上一次数据，进入下一次锻造运算模 型数据中。 本发明所述的特大型水压机活动横梁位置自适应预控方法，简化实施过程就是
1.实时测量活动横梁位置并计算运行速度，测量锻造压力，锻造温度；
2.采样停止加压时的活动横梁位置、运行速度、锻造压力、锻造温度；
3.采样开始泄压时的活动横梁位置； 4.将上诉数据经工程算法运算后得下次锻造时预控位置提前量。
本发明所述的水压机锻造控制精度，主要是对活动横梁的位置进行精确控制。精 确控制需要精确位移测量，以两台较高精度的磁滞式位移传感器，分别放置在水压机对角 线两侧回程缸内，以得到高精度位移值。 本发明对行程采用位置比例闭环控制，对于其大压力、大惯性、品种多的特点，设 计了上述方法的一种预测控制运算模型计算预控量，以对位置闭环进行预控补偿，修正因 品种不同、动横梁惯性大、传动介质弹性变形能释放引起的位置偏差。控制系统需要用大流 量、响应快的控制比例阀组作为执行元件，保证系统可控。 本发明应用实践表明，该方法有效地消除了锻件多品种、大压力、大惯性、控制阀 组滞后等影响控制锻造精度问题，减少了后续加工时间，提高了生产效率，降低了能耗及材 料损耗。
本发明共有一幅附图， 图1是本发明控制系统示意图 图中1、可编程控制器 2、执行控制元件 3、主工作缸控制阀 4、温度传感器 5、主工作缸6、回程缸7、活动横梁8、位移传感器9、主工作缸压力传感器10、回程 缸高压控制阀。
具体实施例方式
本发明的具体实施例如附图所示，附图l所示为本发明控制系统示意图，是由可
编程控制器1、执行控制元件2、主工作缸控制阀3、温度传感器4、主工作缸5、回程缸6、活
动横梁7、位移传感器8、主工作缸压力传感器9、回程缸高压控制阀IO所组成； 所述的特大型水压机活动横梁位置自适应预控方法步骤如下 第一步，在第一次锻造过程中，通过位移传感器8实时测量锻造过程中活动横梁位置并计算运行速度，通过主工作缸压力传感器9测量锻造压力，温度传感器4测量锻造温 度；在位置闭环控制中输出停止加压时，即控制主工作缸控制阀3关断，采样此时的活动横 梁位置、运行速度、锻造压力、锻造温度。 第二步，采样开始泄压时的活动横梁位置Hx ;由可编程控制器1计算出上一次惯 性锻造行程量(AH(n—d)，此值作为下一次锻造时预控量基准值； 第三步，在本次(第二次)锻造过程中，根据测量的活动横梁位置，锻造压力，锻造 温度；经运算模型 y(H) = K AH(n—d ------(模型1) 其中AH(n—d 上一次惯性锻造行程量 K 压力、速度、温度加权系数 y(H) 本次锻造惯性补偿量 计算出预控位置惯性提前量(y (H))，再经工程算法 y (h) = k ( A hn+y (H)) ------(模型2) 其中Ahn 表示给定终锻位置与实际行程差
k 控制主工作缸控制阀3输出系数
y(h) 主工作缸控制阀3实际输出控制值 运算后得到本次(第二次)锻造时带预控的位置闭环控制输出量，并通过执行控 制元件2控制主工作缸控制阀3开口大小及关闭； 将本次锻造采集的数据作为下一次锻造时的上一次数据，进入下一次锻造运算模 型数据中。 调试过程只需要调节K的参数合适即可。 实际运用在150MN水压机上，多品种调试后，锻件实测精度达到小于士3mm。有效 减小了锻件加工余量，达到了节能降耗、降低成本，提高了生产效率的目的。
权利要求
一种特大型水压机活动横梁位置自适应预控方法，所述的特大型水压机活动横梁的控制系统是由可编程控制器(1)、执行控制元件(2)、主工作缸控制阀(3)、温度传感器(4)、主工作缸(5)、回程缸(6)、活动横梁(7)、位移传感器(8)、主工作缸压力传感器(9)、回程缸高压控制阀(10)所组成；其特征在于所述的特大型水压机活动横梁位置自适应预控方法步骤如下第一步，在第一次锻造过程中，通过位移传感器(8)实时测量锻造过程中活动横梁位置并计算运行速度，通过主工作缸压力传感器(9)测量锻造压力，温度传感器(4)测量锻造温度；在位置闭环控制中输出停止加压时，即控制主工作缸控制阀(3)关断，采样此时的活动横梁位置、运行速度、锻造压力、锻造温度；第二步，采样开始泄压时的活动横梁位置；由可编程控制器(1)计算出上一次惯性锻造行程量(ΔH(n-1))，此值作为下一次锻造时预控量基准值；第三步，在本次(第二次)锻造过程中，根据测量的活动横梁位置，锻造压力，锻造温度；经运算模型y(H)＝K·ΔH(n-1) ------(模型1)其中ΔH(n-1)上一次惯性锻造行程量 K 压力、速度、温度加权系数 y(H)本次锻造惯性补偿量计算出预控位置惯性提前量(y(H))，再经工程算法y(h)＝k·(Δhn+y(H)) ------(模型2)其中Δhn 表示给定终锻位置与实际行程差 k控制主工作缸控制阀(3)输出系数 y(h) 主工作缸控制阀(3)实际输出控制值运算后得到本次(第二次)锻造时带预控的位置闭环控制输出量，并通过执行控制元件(2)控制主工作缸控制阀(3)开口大小及关闭；将本次锻造采集的数据作为下一次锻造时的上一次数据，进入下一次锻造运算模型数据中。
全文摘要
本发明所述的特大型水压机活动横梁位置自适应预控方法，目的是针对这种特大型自由锻造水压机锻造过程的大压力、大惯性、品种多的特点，开发一种除具有正常的位置闭环控制外带有活动横梁位置自适应预控的方法，对锻件多品种、水压机锻造压力、惯性、控制阀组滞后等因素综合考虑，设计出一种预测控制运算模型，通过简单的工程算法对位置预控，从而解决水压机活动横梁在锻造过程中锻件尺寸精度的控制难题，该方法有效地消除了锻件多品种、大压力、大惯性、控制阀组滞后等影响控制锻造精度问题，减少了后续加工时间，提高了生产效率，降低了能耗及材料损耗。
文档编号B21J9/20GK101704060SQ20091021960
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者刘林峰, 吴生富, 宋清玉, 张景胜, 杨广 申请人:一重集团大连设计研究院有限公司;中国第一重型机械股份公司