閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸的控制過(guò)程

在此通過(guò)使用閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸實(shí)現(xiàn)機(jī)床刀具快進(jìn)-工進(jìn)-快退的運(yùn)動(dòng)循環(huán)過(guò)程，來(lái)說(shuō)明閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸的控制方法。

在加工工件的過(guò)程中，為了提高工作效率，刀具遇到工件前都希望刀具運(yùn)動(dòng)較快；在加工工件的過(guò)程中，刀具切削工件受到的阻力較大，為了避免刀具折斷，其運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該放慢；刀具返回過(guò)程中不切削工件，同樣為了提高工作效率，希望刀具運(yùn)動(dòng)較快。在半自動(dòng)機(jī)床上通常使用液壓缸來(lái)帶動(dòng)刀具前進(jìn)，如果使用傳統(tǒng)的控制方式，系統(tǒng)工作原理如圖39所示，系統(tǒng)的工作過(guò)程如下。

(1)快進(jìn)。1YA、3YA通電，其余電磁鐵斷電，壓力油經(jīng)電磁閥1、2、3左位進(jìn)入液壓缸右腔，推動(dòng)液壓缸桿快速接近工件。

(2)工進(jìn)。當(dāng)液壓缸活塞桿前端固定的磁鐵靠近霍爾開關(guān)7，2SQ通電時(shí)，電磁鐵1YA、3YA、5YA通電，壓力油經(jīng)電磁閥1、2左位，電磁閥3右位，節(jié)流閥4進(jìn)入液壓缸右腔，推動(dòng)液壓缸活塞桿低速工進(jìn)，切削工件。

(3)延時(shí)。當(dāng)液壓缸活塞桿前端固定的磁鐵靠近霍爾開關(guān)8，3SQ通電時(shí)，電磁鐵1YA通電，其余電磁鐵斷電，液壓缸停止不動(dòng)。

(4)快退。延時(shí)結(jié)束，電磁鐵1YA、4YA通電，其余電磁鐵斷電，壓力油經(jīng)電磁閥1、2進(jìn)入液壓缸左腔，使液壓缸快速退回，直到液壓缸活塞桿前端固定的磁鐵靠近霍爾開關(guān)6，1SQ通電為止。

使用閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)，其流程圖如圖40所示。

(5)復(fù)位。判斷絕對(duì)脈沖存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)是否為零。如果是零，說(shuō)明液壓缸在零位；如果不是零，說(shuō)明液壓缸不在零位。不在零位，則反向旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（圖40以1200Hz為例），當(dāng)光電編碼器返回一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，說(shuō)明液壓缸后退了一個(gè)脈沖當(dāng)量，絕對(duì)脈沖存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)減1，液壓缸后退到零位為止。

(6)開關(guān)判斷。開關(guān)按下，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，否則不動(dòng)。

(7)報(bào)警。如果液壓缸不在零位說(shuō)明在工作過(guò)程當(dāng)中，即使此時(shí)按下開關(guān)也不能使液壓缸運(yùn)動(dòng)。

(8)快進(jìn)。給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)送正向高速脈沖（圖40以1000Hz為例），同時(shí)當(dāng)光電編碼器返回一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，說(shuō)明液壓缸前進(jìn)了一個(gè)脈沖當(dāng)量，絕對(duì)脈沖存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)1。

(9)工進(jìn)。當(dāng)液壓缸走到指定的位置（圖40以相對(duì)零位置6000個(gè)脈沖當(dāng)量為例），即將開始加工工件時(shí)，降低發(fā)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正向脈沖速度（圖40以200Hz為例），同樣光電編碼器每返回一個(gè)脈沖信號(hào)，絕對(duì)脈沖存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)加1。

(10)延時(shí)。當(dāng)液壓缸走到終點(diǎn)位置（圖40以相對(duì)零位置6400個(gè)脈沖當(dāng)量為例），根據(jù)加工要求通常在終點(diǎn)位置停留一段時(shí)間，在數(shù)字液壓缸系統(tǒng)中，只需要是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，液壓缸就會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。

(11)后退。延時(shí)結(jié)束后，反向旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（圖40以1200Hz為例），當(dāng)光電編碼器返回一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，說(shuō)明液壓缸后退了一個(gè)脈沖當(dāng)量，這時(shí)絕對(duì)脈沖存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)減1，液壓缸后退到零位為止。

按照以上方法控制液壓缸運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是；單片機(jī)絕對(duì)脈沖存儲(chǔ)區(qū)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和液壓缸相對(duì)于零點(diǎn)的位移是惟一對(duì)應(yīng)的，不需使用會(huì)影響液壓缸控制精度的霍爾開關(guān)。通過(guò)以上方法就可以有效地保證液壓缸行程精度。

相對(duì)于傳統(tǒng)液壓執(zhí)行系統(tǒng)，數(shù)字液壓執(zhí)行系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)節(jié)少。實(shí)驗(yàn)當(dāng)中使用一個(gè)數(shù)字缸，實(shí)現(xiàn)了需要三個(gè)滑閥、一個(gè)節(jié)流閥、一個(gè)普通液壓缸所組成的一個(gè)液壓回路系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)的所有功能。

(2)運(yùn)動(dòng)規(guī)律易于改變。數(shù)字液壓缸可以通過(guò)改變控制程序?qū)崿F(xiàn)其運(yùn)動(dòng)速度和位移的變化，而傳統(tǒng)液壓回路系統(tǒng)就不容易改變其速度和位移，需要增減液壓閥，改變回路結(jié)構(gòu)。

(3)控制精度高。滾珠絲杠的導(dǎo)程為10mm，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和光電編碼器的脈沖周期為l024PIR，數(shù)字液壓缸的精度可達(dá)到0.01mm。

(4)相對(duì)于開環(huán)控制數(shù)字液壓缸，閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸能對(duì)系統(tǒng)溫度、壓力負(fù)載、內(nèi)泄及死區(qū)等因素對(duì)速度和位移產(chǎn)生的影響進(jìn)行補(bǔ)償，并且控制精度進(jìn)一步提高。