一种液压机拉伸垫的控制系统及控制方法与流程

1.本发明属于液压机拉伸技术领域，尤其涉及一种液压机拉伸垫的控制系统及控制方法。


背景技术：

2.液压机拉伸工艺是一种广泛应用于金属板材弯曲、拉伸、成型的成熟工艺技术，应用范围广，随着工艺需求的不断发展，尤其是高温热成型板材的拉伸，具有拉伸速度快、拉伸行程短、对拉伸压力精度要求较高等特点。对于这种高温金属板材拉伸成型过程中，最常见的问题就是拉伸压力小了，零件起皱，压力大了撕裂情况频繁，拉伸速度慢了工件温度下降成型不合格。对液压机拉伸垫提出了新的要求：系统响应快、压力稳定、较小的压力超调。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种液压机拉伸垫的控制系统及控制方法，满足压缩机拉伸垫的系统响应快、压力稳定、较小的压力超调的要求。
4.为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种液压机拉伸垫的控制系统，包括人机界面触摸屏、运动控制器、模拟量输出模块、位移传感器、压力传感器、伺服阀、伺服泵、伺服驱动器和伺服电机；所述人机界面触摸屏用于设置、实时显示运动控制器的控制参数；所述模拟量输出模块用于控制伺服驱动器的转速和伺服阀的开口，伺服驱动器用于驱动所述伺服电机；所述位移传感器用于采集上压缸的位移量并传输给运动控制器；压力传感器设有两组，分别为xp1压力传感器和xp2压力传感器，xp1压力传感器和xp2压力传感器分别用于采集伺服阀控制口和拉伸缸的压力值并传输给运动控制器；所述伺服电机用于驱动所述伺服泵；所述伺服泵和伺服阀在运动控制器的控制下保证拉伸缸的进油压力。
5.进一步，伺服泵的进油端与油箱连接，伺服泵的出油端连接cz1二通插装阀的a油口,cz1二通插装阀的b油口与cz2二通插装阀的a油口连接，cz1二通插装阀的x油口与拉伸缸的油缸连接；cz2二通插装阀的b油口与接油箱连接，cz2二通插装阀的x油口与伺服阀连接；cz2二通插装阀的a油口与cz3单向阀的进油口连接，cz3单向阀的出油口与拉伸缸的油缸连接。
6.一种使用上述控制系统的液压机拉伸垫的控制方法，包括以下步骤：
7.s1：在人机界面触摸屏上设置拉伸缸的压力p0；上压缸下行，位移传感器对上压缸的移动信息进行感应并反馈给运动控制器，运动控制器计算出上压缸的下行压制速度v，上压缸的实时位移和运动速度v在人机界面触摸屏上实时显示；
8.s2：上压缸下行的同时，拉伸缸也同步开始运作，并通过伺服泵的连续运转供油和伺服阀的共同调节使得cz2二通插装阀和cz3单向阀之间的容腔内的压力动态保持在p0；
9.s3：当上压缸继续下行，上下模具开始闭合后，拉伸缸以速度v压回，拉伸缸塞腔内起压，当xp2压力传感器检测到的压力值大于xp1压力传感器检测到的压力值时，拉伸缸塞腔内的油液压力控制cz1二通插装阀的x油口工作状态，使得cz1二通插装阀关闭，运动控制
器同时关闭伺服泵；拉伸缸塞腔内的油依次通过cz3单向阀和cz2二通插装阀的b油口流入接油箱；伺服阀控制cz2二通插装阀的b油口的开口状态，使得xp2压力传感器检测的数据始终保持为p0；
10.s4：拉伸缸继续下行拉伸，直至拉伸完成。
11.进一步，需要选择排量不小于q的伺服泵，根据公式进行计算；其中v
max
为上压缸的最大压制速度，n0为伺服泵的额定转速，d为拉伸缸的塞腔缸径，d的单位mm，v
max
的单位mm/s，q的单位ml/r，n的单位r/min；v＜＝v
max
。
12.进一步，在步骤s2中，运动控制器计算伺服泵需要的运转转速n，运动控制器驱动伺服驱动器的转速输出达到伺服泵的运转速度n。
13.进一步，在步骤s2中，cz2二通插装阀和cz3单向阀之间的容腔内的压力动态保持在p0的控制方式采用pid算法进行控制，pid算法公式为：u(t)为pid控制算法的输出；e(t)为pid控制器的输入，指设定值和实际值之间的差值；k
p
、ti、td分别为控制器的比例放大系数、积分时间、微分时间；此处控制的微分时间td设为0，因此pid的算法公式简化为运动控制器通过计算输出变量uv来控制伺服阀的开口大小，运动控制器输入变量：pv：设定压力；sv：实际压力；k
p
：比例系数；ki：积分系数；er0：稳态允许误差；输出变量：uv：计算值输出；中间变量：erv：当前误差；eli：积分环节启用判断；sume：累计误差；记忆变量：u0：稳态输出值；输出变量uv计算方式如下：
[0014][0015]
运动控制器通过计算值输出uv转换到模拟量输出模块，控制伺服阀的开口大小。
[0016]
进一步，在步骤s3中，xp2压力传感器检测的数据始终保持为p0的控制采用pid算法，控制的微分时间ti、td均设为0，因此pid的算法公式简化为u(t)＝k
p
e(t)；运动控制器输
入变量：pv：设定压力；sv：实际压力；k
′
p
：比例系数；er1：动态允许误差；输出变量：u
v1
：计算值输出；中间变量：er
v1
：当前误差的误差；记忆变量：u0：稳态输出值；算法如下：
[0017]
er
v1
＝er
1-abs(p
v-sv)
[0018]uv1
＝k
′
p
*er
v1
+u0[0019]
运动控制器通过计算值输出u
v1
转换到模拟量输出模块，控制伺服阀的开口大小。
[0020]
本技术方案的有益效果在于：
①
cz2二通插装阀和cz3单向阀之间的容腔内的压力动态保持在p0的控制方式采用pid算法进行控制，其中控制的微分时间td设为0，即只有pi控制的方法，优点在于响应速度快、静态误差小。
②
控制xp2压力传感器检测的数据始终保持为p0的算法中，利用了记忆变量u0，从cz1二通插装阀的自动关闭到cz3单向阀的自动打开，不受控制信号干扰，实现动作的平滑过渡，再通过对误差的pid调节实现了整个过程的快速、平稳控制。
③
本技术方案通过在伺服阀控制端预先建立拉伸压力p0，保持伺服阀的动态平衡状态，以避免了在切换到步骤s3时出现压力超调，且快速达到对工件的拉伸力的控制。
附图说明
[0021]
图1为本发明一种液压机拉伸垫的控制系统的原理图；
[0022]
图2为控制系统的控制框图；
[0023]
图3为本发明一种液压机拉伸垫的控制方法的流程图。
具体实施方式
[0024]
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0025]
说明书附图中的附图标记包括：上压缸1、拉伸缸2、塞腔3、伺服电机4、伺服泵5、油箱6、接油箱7、位移传感器8、xp2压力传感器9、xp1压力传感器10、cz1二通插装阀11、cz2二通插装阀12、cz3单向阀13、伺服阀14、人机界面触摸屏15、运动控制器16、模拟量输出模块17、伺服驱动器18。
[0026]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]
实施例一
[0028]
如附图1-2所示：一种液压机拉伸垫的控制系统，包括人机界面触摸屏15、运动控制器16、模拟量输出模块17、位移传感器8、压力传感器、伺服阀14、伺服泵5、伺服驱动器18和伺服电机4；人机界面触摸屏15用于设置、实时显示运动控制器16的控制参数；运动控制器16用于对整个系统进行控制；模拟量输出模块17用于控制伺服驱动器18的转速和伺服阀14的开口，伺服驱动器18用于驱动伺服电机4；位移传感器8用于采集上压缸1的位移量并传输给运动控制器16；压力传感器设有两组，分别为xp1压力传感器10和xp2压力传感器9，xp1压力传感器10和xp2压力传感器9分别用于采集伺服阀14控制口和拉伸缸2的压力值并传输给运动控制器16；伺服电机4用于驱动伺服泵5；伺服泵5和伺服阀14在运动控制器16的控制下保证拉伸缸2的进油压力。伺服泵5的进油端与油箱6连接，伺服泵5的出油端连接cz1二通插装阀11的a油口,cz1二通插装阀11的b油口与cz2二通插装阀12的a油口连接，cz1二通插
装阀11的x油口与拉伸缸2的油缸连接；cz2二通插装阀12的b油口与接油箱7连接，cz2二通插装阀12的x油口与伺服阀14连接；cz2二通插装阀12的a油口与cz3单向阀13的进油口连接，cz3单向阀13的出油口与拉伸缸2的油缸连接。
[0029]
实施例二
[0030]
如图3所示，一种液压机拉伸垫的控制方法，包括以下步骤：
[0031]
s1：在人机界面触摸屏15上设置拉伸缸2的压力p0(也即是需要的拉伸缸的压力值)；上压缸1下行，位移传感器8对上压缸1的移动信息进行感应并反馈给运动控制器16，运动控制器16计算出上压缸1的下行压制速度v，可以采用物理公式v＝δs/δt。上压缸的实时位移和运动速度v在人机界面触摸屏上实时显示。
[0032]
s2：上压缸1下行的同时，拉伸缸2也同步开始运作，并通过伺服泵5的连续运转供油和伺服阀14的共同调节使得cz2二通插装阀13和cz3单向阀13之间的容腔内的压力动态保持在p0；其中需要预先选择排量不小于q的伺服泵5，根据公式进行计算；其中v
max
为上压缸1的最大压制速度，n0为伺服泵5的额定转速，d为拉伸缸2的塞腔3缸径，d的单位mm，v
max
的单位mm/s，q的单位ml/r，n的单位r/min；v＜＝v
max
。运动控制器16计算伺服泵5需要的运转转速n，运动控制器16驱动伺服驱动器18的转速输出达到伺服泵5的运转速度n。伺服泵5按照转速n运转，油液通过伺服泵5、cz1二通插装阀11、cz2二通插装阀12，油路的另一端被cz3单向阀13堵住不能到达拉伸缸2的塞腔内，只能通过cz2二通插装阀12流入接油箱，cz2二通插装阀12受控于伺服阀14，伺服阀14的控制信号来自运动控制器16运算后的模拟量输出模块17。cz2二通插装阀12和cz3单向阀13之间的容腔内的压力动态保持在p0的控制方式采用pid算法进行控制，pid算法公式为：u(t)为pid控制算法的输出；e(t)为pid控制器的输入，指设定值和实际值之间的差值；k
p
、ti、td分别为控制器的比例放大系数、积分时间、微分时间；此处控制的微分时间td设为0，因此pid的算法公式简化为运动控制器16通过计算输出变量uv来控制伺服阀14的开口大小，运动控制器16输入变量：pv：设定压力；sv：实际压力；k
p
：比例系数；ki：积分系数；er0：稳态允许误差；输出变量：uv：计算值输出；中间变量：erv：当前误差；eli：积分环节启用判断；sume：累计误差；记忆变量：u0：稳态输出值；输出变量uv计算方式如下：
[0033]
erv＝p
v-sv[0034][0035]
运动控制器16通过转换到模拟量输出模块17控制伺服阀14，uv直接控制伺服阀14的开口大小。
[0036]
s3：当上压缸1继续下行，上下模具开始闭合后，拉伸缸2以速度v压回，拉伸缸2塞腔3内起压，当xp2压力传感器9检测到的压力值大于xp1压力传感器10检测到的压力值时(也即xp2压力传感器9的压力的大于p0)，拉伸缸2塞腔3内的油液压力控制cz1二通插装阀11的x油口工作状态，使得cz1二通插装阀11关闭，运动控制器16同时关闭伺服泵5；拉伸缸2塞腔3内的油依次通过cz3单向阀13和cz2二通插装阀12的b油口流入接油箱7；伺服阀14控制cz2二通插装阀12的b油口的开口状态，使得xp2压力传感器9检测的数据始终保持为p0；xp2压力传感器9检测的数据始终保持为p0的控制采用pid算法，控制的微分时间ti、td均设为0，因此pid的算法公式简化为u(t)＝k
p
e(t)；运动控制器16输入变量：pv：设定压力；sv：实际压力；k
′
p
：比例系数；er1：动态允许误差；输出变量：u
v1
：计算值输出；中间变量：er
v1
：当前误差的误差；记忆变量：u0：稳态输出值；算法如下：
[0037]
er
v1
＝er
1-abs(p
v-sv)
[0038]uv1
＝k
′
p
*er
v1
+u0[0039]
运动控制器16通过计算值输出u
v1
转换到模拟量输出模块17，控制伺服阀14的开口大小。
[0040]
s4：拉伸缸2继续下行拉伸，直至拉伸完成。
[0041]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0042]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手
段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。