電液數(shù)字控制技術(shù)在提升裝置中的應(yīng)用

1．提升裝置工作原理簡(jiǎn)介

在鉛電解殘陽(yáng)極洗滌生產(chǎn)線(xiàn)中，提升裝置如圖16所示。該裝置主要由液壓馬達(dá)、減速器、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈提升機(jī)構(gòu)組成，其主要任務(wù)是將要洗滌的鉛殘陽(yáng)極板下降進(jìn)行洗滌，在洗滌完之后，再將鉛殘陽(yáng)極板提升。其工作原理為：首先鉛殘陽(yáng)極板步進(jìn)輸送至分板位置，步進(jìn)分板液壓缸動(dòng)作，將鉛殘陽(yáng)極板送至洗滌位置；然后液壓馬達(dá)輸出動(dòng)力，經(jīng)過(guò)一對(duì)減速齒輪將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給鏈輪，通過(guò)鏈輪帶動(dòng)鉛殘陽(yáng)極板吊耳掛鉤下降至沖洗裝置；最后由鏈輪將洗滌完后的鉛板提升至原來(lái)的分板推板位置處，再由分板推板裝置將鉛殘陽(yáng)機(jī)板推出，這樣就完成一次提升工作循環(huán)。整個(gè)洗滌過(guò)程要求提升裝置能做到頻繁啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)，并且為了達(dá)到洗滌的平穩(wěn)性，還需限制最大加速度和加速度變化率。

由于鉛殘陽(yáng)極板的表面極不平整，且提升的速度較快，在提升過(guò)程會(huì)出現(xiàn)速度控制不準(zhǔn)確、抖動(dòng)現(xiàn)象，不利于鉛殘陽(yáng)極板的洗滌。嚴(yán)重時(shí)，還可能將鉛殘陽(yáng)極板卡到洗滌位置處，影響了生產(chǎn)效率。作者擬采用電液數(shù)字技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

2．提升裝置速度控制系統(tǒng)原理

洗滌機(jī)提升裝置液壓控制系統(tǒng)原理如圖17所示。其工作原理是：當(dāng)提升裝置上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度傳感器檢測(cè)提升裝置的運(yùn)動(dòng)速度，模擬量的速度信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將接收到的反饋信號(hào)與要求的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，如果有速度誤差，計(jì)算機(jī)向數(shù)字閥控制器發(fā)出誤差信號(hào)，閥控制器再根據(jù)此誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)字閥的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)對(duì)數(shù)字閥的閥心位置進(jìn)行控制，即對(duì)數(shù)字閥開(kāi)口進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字閥流量的控制，進(jìn)一步達(dá)到對(duì)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的控制，從而達(dá)到對(duì)提升裝置的速度控制。

3．提升裝置電液數(shù)字控制系統(tǒng)建模

根據(jù)系統(tǒng)各動(dòng)力機(jī)構(gòu)參數(shù)，得出系統(tǒng)輸出對(duì)輸入的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

系統(tǒng)輸出對(duì)輸入的閉環(huán)傳遞函數(shù)為

4．電液數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

由圖18所示的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Bode圖可知，相位裕量γ=4.71°，穿越頻率w_c= 574rad/s。相頻曲線(xiàn)沒(méi)有與-180°線(xiàn)相交，則系統(tǒng)幅值裕量K_g趨于+∞，按照判定原理，閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。但電液數(shù)字速度控制系統(tǒng)的相位裕量偏小，而幅值裕量偏大。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)改變時(shí)，系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量太大或者太小都會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般對(duì)于相位裕量和幅值裕量都有一個(gè)選擇范圍，相位裕量γ= 30°～60°，幅值裕量K_g=8～20dB。為了使系統(tǒng)有合適的相位裕量和幅值裕量，必須給系統(tǒng)加上適當(dāng)?shù)男Ｕh(huán)節(jié)。

5．電液數(shù)字控制系統(tǒng)PID控制

通過(guò)多種校正方法的分析，采用PID控制對(duì)數(shù)字速度控制系統(tǒng)進(jìn)行校正。PID控制器是由比例、積分、微分組成，其控制規(guī)律為

G_c(s)=K_P+(K₁/s)K_Ds

由圖19可以看出，PID校正后的系統(tǒng)幅值裕量K_g=9.39dB，相位裕量γ=47.1°且系統(tǒng)對(duì)階躍信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差為零。所以增加了PID校正的電液數(shù)字速度控制系統(tǒng)，性能完全符合提升裝置的要求，但是由Bode圖對(duì)比可知系統(tǒng)的穿越頻率減小了，可以說(shuō)系統(tǒng)性能的提高是以降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度為代價(jià)的。