有效提高粉末成形用液压机压制精度的液压伺服控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种有效提高粉末成形用液压机压制精度的液压伺服控制系统，在液压系统中设置伺服电机泵机构，伺服电机泵机构包括上位机PLC控制器，上位机PLC控制器与下位机专用控制器连接，专用控制器与执行器伺服电机连接，伺服电机驱动高低压定量齿轮双泵；在空程和压制初期的情况下，高低压定量齿轮双泵同时工作，实现系统大流量控制；而在压制状态下，降低伺服电机的转速，实现单、双泵的切换，从而控制压机的行程和速度。本发明专利技术结构合理，工作性能优异，能有效提高粉末成形用液压机压制精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高粉末成形用液压机压制精度的液压伺服控制系统。
技术介绍
粉末成形已成为一种非常重要的加工方式，是一种节能、节材、高效、少污染的先进制造技术，在材料和零件制造业中具有不可替代的地位和作用。然而，加工产品精度上，只有部分粉末成形专用液压机的产品尺寸精度可达IS71级，形位公差可达IS8、级。对精度要求较高的产品难以用粉末成型的方式一次加工完成，往往需要后续加工，这样就增加了加工成本。另外，传统的粉末成形液压机的液压系统通常采用阀控系统，存在大量的溢流损失。其无功损耗大，并造成油温升高。在粉末成形专用液压机压制产品的过程中，位置和压力的超调是造成制品精度不 够的主要因素之一。超调往往是因为检测元件(如压力传感器、位移传感器)、换向阀等的响应滞后，在达到设定值和停止供油之间存在时间间隔，液压泵有多余的液压油流出，多余的液压油进入主油缸，必然造成压力超调或位置超调。而活塞杆自重很大，在惯性作用下难以立即停止，也是造成超调的因素之一。目前，伺服电机泵有了长足发展，给传统液压系统的控制注入了新的活力。利用伺服电机泵结合相应的控制策略解决液压系统的能耗问题及控制精度问题，正是本专利技术的意义所在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构合理，工作性能好的有效提高粉末成形用液压机压制精度的液压伺服控制系统。本专利技术的技术解决方案是一种有效提高粉末成形用液压机压制精度的液压伺服控制系统，包括液压系统，其特征是在液压系统中设置伺服电机泵机构，伺服电机泵机构包括上位机PLC控制器，上位机PLC控制器与下位机专用控制器连接，专用控制器与执行器伺服电机连接，伺服电机驱动高低压定量齿轮双泵；其中PLC控制器接收位移传感器、压力传感器实时信号，通过控制算法的实施，一方面输出电压指令给专用控制器，另一方面输出信号直接控制系统各种阀的动作；专用控制器执行上位机控制指令的过程中接收来自于内环压力传感器及转速编码器反馈的泵出口压力和电机转速信息，实时调整伺服电机转速，进而实时控制齿轮泵输出流量；在空程和压制初期的情况下，高低压定量齿轮双泵同时工作，实现系统大流量控制；而在压制状态下，降低伺服电机的转速，实现单、双泵的切换，从而控制压机的行程和速度。系统中设置一套小流量供油支路，在压制状态下通过流量切换阀块动作，高压泵起作用，系统由大流量的插装阀组控制切换到伺服换向阀小流量精密控制状态。专用控制器的控制方法采用分段控制的方法，即行程控制段和压力控制段；行程控制段即在系统快下过程中引入伺服泵控，此时伺服电机高速旋转，双泵以大流量输出，从而活塞杆快速下行；在慢下前期仍是泵控，此时流量因为控制器的运行指令而降低，在接近目标位移时，系统切入压力控制段，此时以压力控制为主，但位移传感器可以随时对位移进行校正。系统的行程控制中加入死区补偿的措施，整个行程控制中采用自整定的智能PID控制，并包含有死区补偿器。系统的压力控制采用多闭环的压力控制，以压力闭环为主反馈，压制力观测器为内环反馈，采用分段PID控制，PID参数由泵PQ工作状态自动调整；压制力由上、下腔压力差、位置/速度信号重构后用于反馈。本专利技术结构合理，工作性能优异，能有效提高粉末成形用液压机压制精度。 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图I是能源驱动装置控制形式图。图2是小流量精密驱动支路图。图3是分段控制示意图。图4是行程控制流程图。图5是多闭环压力控制框图。图6是液压伺服回路总图。具体实施例方式如图6所示液压伺服回路包括专用控制器1，伺服电机2，过滤器3，高低压双齿轮定量泵4，冷却器5，流量切换阀块6，插装阀组7，伺服换向阀8，双向液压锁9，普通换向阀10，插装阀组11、12、13、14，液控单向阀18，压力传感器16，压力继电器17，位移传感器19，液压主缸20，PLC控制器22，油箱23等。该系统能采用伺服电机与定量泵组成的伺服电机泵能源供应装置，根据液压机状态和工艺程序，通过压力传感器16、位移传感器19将系统的压力信号、位置信号反馈给PLC控制器22，从而根据系统各阶段负载自动调整流量。有效提高粉末成形用液压机压制精度的液压伺服控制系统，在液压系统中设置伺服电机泵机构，伺服电机泵机构包括上位机PLC控制器，上位机PLC控制器与下位机专用控制器连接，专用控制器与执行器伺服电机连接，伺服电机驱动高低压定量齿轮双泵；其中PLC控制器负责外环控制(系统控制)这包括系统的压力和主缸的位移、速度控制，即接收位移传感器、压力传感器实时信号，通过控制算法的实施，一方面输出电压指令(模拟量)给专用控制器，另一方面输出信号直接控制系统各种阀的动作。专用控制器负责内环控制，这包括执行上位机控制指令的过程中接收来自于内环压力传感器和转速编码器反馈的泵出口压力和电机转速信息，实时调整伺服电机转速，进而实时控制齿轮泵输出流量。在空程和压制初期的情况下，高低压定量齿轮双泵同时工作，实现系统大流量控制；而在压制状态下，降低伺服电机的转速，实现单、双泵的切换，从而控制压机的行程和速度。为了进一步提高系统的控制精度，设计了一套小流量供油支路，即在压制状态下流量切换阀块6动作，高压泵起作用，系统由大流量的插装阀组控制切换到伺服换向阀8小流量精密控制状态(如图2所示)，使系统得到及时的响应。专用控制器的控制方法采用分段控制的方法，即行程控制段和压力控制段。行程控制段即在系统快下过程中引入伺服泵控，此时伺服电机高速旋转，双泵以大流量输出，从而活塞杆快速下行；在慢下前期仍是泵控，此时流量因为控制器的运行指令而降低，在接近目标位移时，系统切入压力控制段，此时以压力控制为主，但位移传感器可以随时对位移进行校正，从而达到较好的位置控制精度。通过实施分段控制的策略不仅可以有效降低能耗，而且行程控制和压力控制相互协调使得控制精度进一步提高。系统的行程控制中加入死区补偿的措施。整个行程控制中采用自整定的智能PID控制，并包含有死区补偿器，并可对系统的电磁阀等死区和主缸由于自重的原因造成的误差进行灵活的补偿。系统的压力控制采用多闭环的压力控制，以压力闭环为主反馈，压制力观测器为内环反馈，采用分段PID控制，PID参数由泵PQ工作状态自动调整；压制力由上、下腔压力差、位置/速度信号重构后用于反馈，以改善系统的阻尼等特性。当快速下行时，伺服电机双泵同时工作流量切换阀块6的YAlO得电，插装阀组14的γΑ6得电，插装阀组13的YA4得电系统大流量输出，油液进入主缸20的无杆腔，主缸活 塞快速下行。待连于主缸活塞的滑块到达预先设定值S2时，主缸活塞由快下转入慢下，此时插装阀组13的YA4失电、YA3得电，PLC控制器接收到主缸压力传感器和位移传感器反馈的信号运算后，下达控制指令给专用控制器调节伺服电机泵的流量输出，使得主缸下腔溢流几乎为零。主缸活塞继续下行，达到设定值S3时，系统进入压制状态，此时流量切换阀块6的的YAlO失电，仅高压泵对系统工作。进入压制状态之前为行程控制阶段，此阶段以位移控制为主，压力控制为辅；进入压制阶段后为压力控制阶段，此阶段以压力控制为主，行程控制为辅。进入压制阶段初期，高压泵输出的压力油仍通过插装阀组14进入主缸的上腔，压制力由差动缸上、下腔压力压制力由差动缸上、下腔压力、位置/速度信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有效提高粉末成形用液压机压制精度的液压伺服控制系统，包括液压系统，其特征是：在液压系统中设置伺服电机泵机构，伺服电机泵机构包括上位机PLC控制器，上位机PLC控制器与下位机专用控制器连接，专用控制器与执行器伺服电机连接，伺服电机驱动高低压定量齿轮双泵；其中PLC控制器接收位移传感器、压力传感器实时信号，通过控制算法的实施，一方面输出电压指令给专用控制器，另一方面输出信号直接控制系统各种阀的动作；专用控制器执行上位机控制指令的过程中接收来自于内环压力传感器及转速编码器反馈的泵出口压力和电机转速信息，实时调整伺服电机转速，进而实时控制齿轮泵输出流量；在空程和压制初期的情况下，高低压定量齿轮双泵同时工作，实现系统大流量控制；而在压制状态下，降低伺服电机的转速，实现单、双泵的切换，从而控制压机的行程和速度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：喜冠南，高俊，孙苗，袁银南，颜国义，顾伟南，颜锐，
申请(专利权)人：南通大学，南通国谊锻压机床有限公司，
类型：发明
国别省市：