【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液压高精度控制，尤其涉及基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法。
技术介绍
1、随着重载液压机在成形领域的广泛应用，面对大惯量活动横梁运动系统逐渐更加重视装备的运动精度、低冲击和节能效率等关键指标的提升。然而，传统液压系统及运动方案难以满足对各项指标同步提升的严格要求。因此，面对快速发展的重载成形装备需求，对能耗和运动控制系统的研究成为推动高效率生产和延长大惯量重载装备运行生命周期的关键一步。
2、现有技术在运动精度方面，主要针对传统液压系统中的泵控、阀控和负载口独立系统展开控制研究。利用伺服阀的高频响应控制性能，应用先进算法结合控制器对控制参数进行实时调整达到对液压系统执行器的高精度运动控制并有效降低阀门的响应可能会引起的系统振动干扰。基于以上对阀控运动系统的研究，能够有效实现高精度的运动控制，并降低系统执行端的波动问题。但是，在阀控系统中，难以在保证运动精度的同时实现能效控制，造成了动力源输出能量过剩并在相关环节损耗等问题。此外，为了实现液压系统高精度控制并兼顾优化阀口节流损失，负载口独立液压系统开始逐渐成为研究重点。通过设计在负载口独立系统中的控制方案，实现了较高的精度控制并通过双伺服阀控制有效降低了阀控系统中的节流损失。负载口独立模型的应用研究，能够实现较高的精度控制和节能效果，但是受限于伺服阀开口大小的影响，针对节能效果仍需展开进一步的实验研究。
3、现有技术在液压系统能效控制研究中，主要针对动力源泵输出流量进行控制，在对变速变量泵的系统分析中得到了最佳的动态能耗控制方案
4、为了解决上述问题，本专利技术提出基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法以解决
技术介绍
中所提出的问题：
2、在大型装备中的运动方案中，在速度转换节点会造成速度冲击和流量的快速变化，对泵阀控制的响应系统要求较高。
3、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
4、基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法，包括如下步骤：
5、s1：结合热冲压成形压制过程的控制需求，搭建基于负载口独立的泵阀复合控制系统，并设计用于所述系统的压制运动控制策略；
6、s2：结合热冲压工艺分析，对线性运动曲线实现在规定时间和位移内的无冲击柔性非线性曲线规划；
7、s3：基于搭建的基于负载口独立的泵阀复合控制系统进行建模分析，通过对热成形工艺的分析，设计两种运动模式，并设计相应的系统伺服阀控制方案。
8、优选地，所述s1中搭建的基于负载口独立的泵阀复合控制系统包括伺服电机、蓄能器、压力传感器、高频响比例伺服阀、溢流阀、液压缸、活动横梁以及内置位移传感器；所述系统采用两个高频响比例伺服阀分别对液压缸的进出口进行约束控制；
9、所述系统还通过无压力源油路连接油箱，以减少进油阀口节流损失和泵的能量剩余；在所述系统低速运行时，关闭伺服电机，仅靠活动横梁自重产生的无杆腔负压，补充系统运动所需能量，以实现低速无压力源的节能运动。
10、优选地，s2中所述无冲击柔性非线性曲线规划基于五次多项式曲线实现。
11、优选地，s3中所述两种运动模式分别为快降模式和回程模式，所述相应的系统伺服阀控制方案用于实现活动横梁的运动闭环阀控和开环泵控，具体如下：
12、第一高频响比例伺服阀全开，通过规划的运动轨迹实现第二高频响比例伺服阀的闭环控制；在活动横梁下降过程中依靠惯性直接从油箱汲取油液，实现无供给能量输入的运动控制；通过控制有杆腔回路的高频响伺服阀实现对运动的精确控制；
13、在液压缸回程阶段，通过预设液压缸回程所需的电机转速，实现泵的开环控制，以限制阀控系统中压降产生的能量损耗。
14、优选地，所述s3中，以活塞杆伸出下降运动为正方向，对系统进行建模分析，具体如下：
15、所述阀控系统为负载口独立系统，进出口均进行流量独立控制，搭建液压缸的流量连续性方程；结合伺服阀工作原理获得伺服阀线性化运动流量方程，搭建阀控缸动态特性方程，具体如下：
16、
17、其中，为无杆腔流量；为有杆腔流量；为无杆腔体积；为有杆腔体积；为液压缸内泄漏系数；为液压缸内泄漏系数；为有效体积弹性模量；为无杆腔压力；为有杆腔压力；为无杆腔截面积；为有杆截面积；表示活动横梁实际位移；表示活动横梁的期望位移；表示时间；
18、结合伺服阀工作原理得到伺服阀线性化运动流量方程及运动特性：
19、
20、其中，为阀芯位移；为控制窗口处的流量系数；为滑阀的面积梯度；为对应的阀芯位移控制电压；为伺服阀的流量增益；为控制器增益；为伺服阀增益；为液压源压力；为油液密度；为无杆腔伺服阀控制电压；
21、考虑活动横梁自重对系统运行的影响，得到液压缸动力学方程如下；
22、
23、其中，为活动横梁质量；为活动横梁运动速度；为活动横梁运动加速度；为粘性摩擦系数；为负载弹簧刚度；为液压缸输出位移；为外部总干扰力；
24、设计滑模控制器实现对强非线性液压系统的位移高精度控制和伺服变量泵控制器；
25、构建滑模面、系统位移误差和滑模控制器系统空间方程如下：
26、
27、
28、
29、其中，为期望位移与实际位移差；为期望位移与实际位移差一阶导；为期望位移与实际位移差二阶导；为活动横梁期望位移值；为为变量运算代号；为变量运算代号；为变量运算代号；为滑模控制器切换函数；、、为切换函数系数；表示矩阵的转置；
30、根据滑模控制器等速趋近律得到：
31、
32、其中，为滑模控制器切换函数一阶导；为表示趋近滑膜面/切换面的速率；为符号函数；为期望位移与实际位移差三阶导；
33、综合上式得到：
34、
35、其中，为实际位移三阶导；为无杆腔压力一阶导；为有杆腔压力一阶导；
36、由上式得到有杆腔回路上的伺服阀控制电压：
37、
38、其中，
39、
40、其中，为关于和的指代函数；为总机械摩擦力；为活塞及负载的粘性阻尼系数；为外负载力；为的指代函数；为的指代函数；
41、通过五次运动曲线设计开环泵控制器，综合上式及泵参数得到泵转速公式：
42、
43、其中，为泵的转速；为活动横梁速度；为系统流量损失；为泵的排量；
44、系统的响应及输出存在缺陷导致增加阀口处和旁路的节流损失，并对活动横梁运本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法，其特征在于，所述S1中搭建的基于负载口独立的泵阀复合控制系统包括伺服电机、蓄能器、压力传感器、高频响比例伺服阀、溢流阀、液压缸、活动横梁以及内置位移传感器；所述系统采用两个高频响比例伺服阀分别对液压缸的进出口进行约束控制；
3.根据权利要求1所述的基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法，其特征在于，S2中所述无冲击柔性非线性曲线规划基于五次多项式曲线实现。
4.根据权利要求1所述的基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法，其特征在于，S3中所述两种运动模式分别为快降模式和回程模式，所述相应的系统伺服阀控制方案用于实现活动横梁的运动闭环阀控和开环泵控，具体如下：
5.根据权利要求4所述的基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法，其特征在于，所述S3中，以活塞杆伸出下降运动为正方向，对系统进行建模分析，具体如下：
【技术特征摘要】
1.基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方法，其特征在于，所述s1中搭建的基于负载口独立的泵阀复合控制系统包括伺服电机、蓄能器、压力传感器、高频响比例伺服阀、溢流阀、液压缸、活动横梁以及内置位移传感器；所述系统采用两个高频响比例伺服阀分别对液压缸的进出口进行约束控制；
3.根据权利要求1所述的基于负载口独立的大惯量液压机成形装备运动控制方...
【专利技术属性】
技术研发人员：左权，杨晨，刘琼，付东生，
申请(专利权)人：合肥合锻智能制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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