文獻(xiàn)翻譯(RBPT電液同步控制系統(tǒng))

1、制造業(yè)的多樣化管理：第47屆國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)關(guān)于制造業(yè)系統(tǒng)的會(huì)議記錄對(duì)RBPT電液同步控制系統(tǒng)Olukorede Tijani Adenugaa*, Khumbulani Mpofuaa*, aTshwane University of Technology, Industrial Engineering Dept, Pretoria, 0001, South Africa* Corresponding author. Tel.: +27611123706; fax: +27-012-382-4847. E-mail address:olukorede.adenuga抽象在工業(yè)制造系統(tǒng)，情況是

2、經(jīng)常遇到的兩個(gè)，三個(gè)或更多個(gè)液壓缸的致動(dòng)器需要其運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行同步。需要一種可重新配置的彎曲沖壓工具（RBPT）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)促使研究中開(kāi)發(fā)一個(gè)自動(dòng)和同步系統(tǒng)，適用于沖壓工具的操作。該系統(tǒng)不得不去設(shè)計(jì)為多功能的多個(gè)奇數(shù)個(gè)氣缸的逆沖。本文介紹了考慮到，壓力，流量和同步缸運(yùn)動(dòng)的控制，伴隨著由位置傳感器測(cè)量的位置讀數(shù)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。該系統(tǒng)會(huì)同時(shí)工作;最多組裝的單位一起工作，通常是在一些合適的操作需求。該控制器的目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)位置控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了模塊化控制器的接口功能和位置傳感器，并通過(guò)商業(yè)上的現(xiàn)成的（COTS）組件檢測(cè)所述液壓缸桿的位置。©2014年作者。發(fā)布時(shí)間由Elsevier

3、 B.V.根據(jù)“關(guān)于制造業(yè)的第47屆CIRP大會(huì)的國(guó)際科學(xué)委員會(huì)負(fù)責(zé)選擇和同行審查在會(huì)議特聘教授霍達(dá)ElMaraghy的人系統(tǒng)“。關(guān)鍵詞：可重構(gòu)壓彎?rùn)C(jī)工具;比例積分微分;柔性制造系統(tǒng);可重構(gòu)制造工具;商業(yè)的貨架1.簡(jiǎn)介現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展促使起重平臺(tái)在許多領(lǐng)域被廣泛地使用。;對(duì)升降平臺(tái)的同步精度要求也越來(lái)越高。目前，液壓提升系統(tǒng)已被應(yīng)用于許多大型起重平臺(tái)和其他壓機(jī)。高精準(zhǔn)度液壓同步控制技術(shù)已經(jīng)成為改善提升同步精度主要途徑。由于該液壓系統(tǒng)具有非線性，一個(gè)事實(shí)大滯后，大慣性的特點(diǎn)，本身的傳統(tǒng)的比例積分微分（PID）控制很難達(dá)到令人滿意的控制效果。電動(dòng)液壓致動(dòng)器被廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中，主要是因?yàn)樗鼈兙哂?/p>

4、高功率/質(zhì)量比，響應(yīng)速度快，并且高剛度1，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)2，液壓挖掘機(jī)3,14，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置或壓力控制的研究是學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域非常感興趣的。特別是，力和壓力跟蹤對(duì)于某些應(yīng)用，如振動(dòng)隔離及汽車主動(dòng)懸架，其中一個(gè)幾乎理想的力致動(dòng)器，假設(shè)在目前的研究和應(yīng)用。簡(jiǎn)單限度的基本生存控制器力或壓力液壓跟蹤系統(tǒng)就必須先進(jìn)的控制器4。實(shí)現(xiàn)對(duì)非對(duì)稱負(fù)載缸同步，各氣缸的獨(dú)立控制需要增加單獨(dú)控制汽缸靈活性，5; Hogan等人面對(duì) 非對(duì) 稱 負(fù)載多缸 同步控制問(wèn)題的研究 得出了一 閥控一 缸控制模式的必要 性 , 但沒(méi)有給 出較好 的 同步控制策略，沒(méi)有一個(gè)詳盡設(shè)計(jì)一個(gè)將明確改善同步性能的控制算法.XIONG等 5

5、 提出了基 于模 型參考 自適應(yīng)控制 和交叉禍合 控制 的聯(lián)合 控制 器。 6，而科倫7和Hogan 15證明了同步提高性能以及企圖處理參數(shù)變異與液壓系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。該制定多運(yùn)動(dòng)軸的同步在一個(gè)幾何框架和提出了三個(gè)不同辦法明確處理的議案同步問(wèn)題是寫給邱8和文獻(xiàn)16。本文的目的是提出和調(diào)查的控制系統(tǒng)的，解決一些設(shè)計(jì)上述各點(diǎn)。本文保持其論點(diǎn)上一節(jié)，我們回顧文獻(xiàn)。第3節(jié)精確使用建模的方法控制系統(tǒng)組件仿真和試驗(yàn)臺(tái)結(jié)果提出RBPT。2.文獻(xiàn)綜述審查對(duì)于不同的研究歷史為開(kāi)發(fā)和集成RBPT關(guān)鍵領(lǐng)域和智能機(jī)可以與概念可重構(gòu)機(jī)床（RMT上），它起源于在20世紀(jì)90年代初作為從柔性制造系統(tǒng)的概念（FMS）直接發(fā)展的一個(gè)

6、特定趨勢(shì) 9。在今天的市場(chǎng)上可用的機(jī)床已經(jīng)在流程的類型方面設(shè)計(jì)可以制造的靈活性和產(chǎn)品的幾何復(fù)雜性。液壓折彎?rùn)C(jī)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)，如液壓沖壓，沖壓和折彎?rùn)C(jī)，因?yàn)樗母吖β?質(zhì)量比技術(shù)，快速響應(yīng)，高剛性和高承載能力。然而，所提出的RBPT與自動(dòng)控制旨在用于小規(guī)模的行業(yè)，這將照顧弊端如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗高，豐富的發(fā)熱量，高噪聲，振動(dòng)嚴(yán)重，油過(guò)濾和節(jié)流損失精度要求高的控制閥。2.1位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)可以被細(xì)分為控制器模塊，電液子系統(tǒng)和位置傳感器。位置限位開(kāi)關(guān)，固定在身體平臺(tái)，以檢測(cè)活塞的傾斜液壓缸和發(fā)送的電壓信號(hào)輸出到接口電路。位置的控制器模塊在圖1中所示控制系統(tǒng)，采用了閉環(huán)控制比例方向控制的

7、閥芯位置閥門根據(jù)液壓的位置反饋氣缸的活塞。變化的電壓，它們可被用于比例閥的螺線管，更改的流動(dòng)液壓流體傳遞到液壓缸。這將導(dǎo)致液壓缸桿沖程的變化，進(jìn)而使液壓缸桿的位置受到影響。因此，控制器檢測(cè)所述設(shè)定點(diǎn)和液壓軸可變位置的測(cè)量之間的誤差。同步的氣缸都有自己?jiǎn)为?dú)的線性報(bào)告設(shè)備。此設(shè)備發(fā)送的模擬/數(shù)字信號(hào)反饋到控制器，告訴控制器汽缸沿其行程的確切位置。比例液壓方向控制閥，通過(guò)分流命令缸移動(dòng)到一定的位置，并以此命令延伸或縮回汽缸。3.方法同步電動(dòng)液壓缸的問(wèn)題可能在三種方法來(lái)解決。最簡(jiǎn)單的方法是設(shè)計(jì)一個(gè)流量分配電路。通過(guò)保持相同的流速向汽缸，來(lái)保持相同的氣缸圓筒速度。同步的性能是取決于流體的性能和液壓元件的

8、一致性。圖1：用于電動(dòng)液壓缸位置控制系統(tǒng)在RBPT同步另一種方法是機(jī)械地或者通過(guò)電纜連接或其他連桿設(shè)計(jì)連接液壓致動(dòng)器。機(jī)械同步的缺點(diǎn)是增加系統(tǒng)的重量和復(fù)雜性，以及限制該設(shè)備的操作范圍。用純液壓和機(jī)械的方法相比，電液同步提供了一種靈活的選擇。隨著電動(dòng)液壓系統(tǒng)，同步控制策略可以設(shè)計(jì)為處理不均勻負(fù)荷以及不確定性和與相關(guān)的外部干擾液壓系統(tǒng)10。同步在缸沖程的末端是必須的，或者累積的精度誤差在每個(gè)沖程使可以預(yù)期的。在應(yīng)用中的三個(gè)氣缸之間的機(jī)制被證明太過(guò)剛性，操作不精確將導(dǎo)致最終鎖止系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)具有潛在的毀滅性。使用只有一個(gè)盒的分流器只能以不相同的速度在一個(gè)方向驅(qū)動(dòng)三個(gè)平行液壓缸以33:67的速率完成

9、缸的相同位移。用替換率不相同的氣缸去匹配33:67的分流比，可以在分流精度限制的范圍內(nèi)和氣缸的容積率范圍內(nèi)以相同的速度進(jìn)行操作。 在本文中，我們將分析三個(gè)同步液壓缸的液壓控制系統(tǒng)中，它們通過(guò)一個(gè)鏈接耦合0到5噸的反復(fù)載荷。橫梁上的總負(fù)荷將包括從三個(gè)液壓氣缸統(tǒng)一的負(fù)荷和橫梁的自身負(fù)載。圖2示出了上梁的概要，C1-C3的示意代表液壓缸活塞中心，并且可以是重新配置為任何奇數(shù)氣缸數(shù)如5,7等。使用滑閥式流量分配器要獲得輸出三個(gè)相等的輸出，一個(gè)具有不平等輸出，就要求為33.3和66.7。發(fā)送流從33.3側(cè)到第一致動(dòng)器提供動(dòng)力。發(fā)送流量從66.7側(cè)到平等分流。從平等的分流出口流量現(xiàn)在是總泵的流量的33.3

10、，因此，所有三個(gè)輸出是相同的。注意這些電路不能處理逆流，當(dāng)回流壓力不同于在出口端口逆流通過(guò)一個(gè)滑閥式流量分配器將鎖定一個(gè)致動(dòng)器。它要求安全閥和均衡壓力線被摻入到液壓回路，以克服這些挑戰(zhàn)，同時(shí)一個(gè)商用的現(xiàn)貨（COTS）PID控制器也被認(rèn)為向后添加加速度前反饋到的RBPT設(shè)計(jì)控制回路，致動(dòng)器型號(hào)是確切知道的，也沒(méi)有干擾發(fā)生，那么，從理論上講，人們可以控制雙向液壓執(zhí)行器完全不使用閉環(huán)控制。加速度是微分（變化率）加速。前饋是一個(gè)使閥達(dá)到目標(biāo)速度的包括位置和沖擊的控制輸出的估計(jì)圖。2：RBPT上梁配置圖3：建議RPBT的示意圖閥應(yīng)成比例地向上打開(kāi)到目標(biāo)位置，一個(gè)位置前饋將在這一方面有作用。所以有可能不需

11、要等待對(duì)于PID來(lái)響應(yīng)一個(gè)錯(cuò)誤閉環(huán)液壓控制通過(guò)給系統(tǒng)添加位置和壓力傳感器，以提供系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，像位置，它的衍生物、力。增加了反饋到液壓回路中。這這使得快速，精確，可重復(fù)，以及（最重要的是）液壓致動(dòng)器的位置和力的控制自動(dòng)化。一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序可以使用開(kāi)環(huán)控制進(jìn)行配置，但質(zhì)量要求和高通量的要求使得閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制和電動(dòng)液壓控制器成為首選方法。三個(gè)缸由有40升的液壓形成3KW動(dòng)力，8 MPA壓力和6.85升/分流速來(lái)提供動(dòng)力。它是由一個(gè)比例方向控制閥饋送3路可調(diào)流量控制閥來(lái)控制通過(guò)分割流入33:67比率和隨后供給一個(gè)氣缸33%的流量，而67被分成兩個(gè)其余的氣缸在33的流量。壓力調(diào)節(jié)由三個(gè)減壓閥與控

12、制用于非回流和噴嘴適當(dāng)止回閥均衡。圖。4：控制電路的電液壓缸。所提出的RPBT的示意圖示于圖3，而圖4是用于3缸非線性運(yùn)動(dòng)對(duì)于一個(gè)電動(dòng)液壓缸控制電路同步控制提出，解決同步。3.1.1數(shù)學(xué)建模比例換向閥圖5：比例方向閥的剖面圖在電液比例閥廣泛使用由于其抗污染能力，可靠性和低成本與伺服和正常閥作為比較，它也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制和快速響應(yīng)。成比例的輸入信號(hào)改變流動(dòng)方向，閥和致動(dòng)器位置，速度和力的壓力1，13從伯努利方程，每個(gè)控制孔口下的兩個(gè)特定之間的壓力差的影響閥的端口哪里：QVA=流過(guò)VA孔; QVB=流經(jīng)孔VB中; CD =流量系數(shù); APA=口區(qū)PA的路徑; AAT=孔面積在AT路徑; APB=孔

13、面積在PB路徑; ABT=孔面積在BT路徑; PS- PA =壓力過(guò)孔Ps和PA的差; PA- PR=孔PA、PR的壓力差; =液壓 流體密度對(duì)于一個(gè)螺線管驅(qū)動(dòng)比例方向滑閥，孔口區(qū)域由卷筒，其通過(guò)對(duì)中心螺線管致動(dòng)力控制彈簧如果摩擦和流動(dòng)力被忽略的位移來(lái)確定。螺線管驅(qū)動(dòng)力是由控制輸入電壓信號(hào)U通過(guò)電磁閥的PWM驅(qū)動(dòng)器來(lái)調(diào)節(jié)。其中，gd是電磁驅(qū)動(dòng)器的增益系數(shù)，u是控制輸入電壓信號(hào)。此外，該流量系數(shù)（Cd）也是卷軸的功能位移x，它是控制信號(hào)u的函數(shù)。引入流量增益系數(shù)gF至孔方程，閥孔方程可以被表示為如下。在這里gf=流量增益系數(shù) （8）圖6：分流閥的剖面圖從11，12流量Qs、Qs1、Qs2為一個(gè)可

14、調(diào)節(jié)分流閥，其中，A1A2的孔是閥口面積，Cd為孔口系數(shù)，r是流體質(zhì)量密度，SP是泵的供應(yīng)壓力。3.2模型概念3.2.1模擬功能建設(shè)真實(shí)系統(tǒng)之前，構(gòu)建虛擬原型系統(tǒng)帶來(lái)設(shè)備概念的其他選項(xiàng)的和可能性。對(duì)于液壓模型，互動(dòng)的工具和專用軟件可以節(jié)省流體流經(jīng)想象或者再創(chuàng)造的流動(dòng)路徑的時(shí)間，以及需要咨詢專家，這樣可以在更多特定問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題上節(jié)省時(shí)間。即使應(yīng)該建立一個(gè)真正的原型，在這之前原型軟件也可以預(yù)測(cè)允許簡(jiǎn)化的流程，并確定正確和不正確的選項(xiàng)。這些測(cè)試可以在功能性小論文基礎(chǔ)之上達(dá)到更精確的水平。優(yōu)化和控制，損失，速度等相關(guān)細(xì)節(jié)可以在一個(gè)有趣的和廉價(jià)的方式進(jìn)行評(píng)估。使用流體辛液壓V演示版Festo的教具構(gòu)建

15、仿真模型示于圖710。提出在數(shù)字7至10在該模型中的底部部分;由表示兩個(gè)過(guò)程，其中的每一個(gè)，是一液壓分支相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器連接的擴(kuò)展和收縮運(yùn)動(dòng)。圖7：擴(kuò)展模式; 3花樣缸圖8：收縮模式; 3花樣缸圖9：擴(kuò)展模式; 5花樣缸圖10：收縮模式; 5花樣缸3.2.2模擬試驗(yàn)結(jié)果汽缸運(yùn)動(dòng)用泵驅(qū)動(dòng)，其連接到一個(gè)比例方向閥，其從一個(gè)雙作用螺線管將要通過(guò)的信號(hào)從控制器模塊通過(guò)PID過(guò)程從傳感器反饋或前饋信號(hào)后輸入的接收信號(hào)。氣缸與測(cè)量運(yùn)動(dòng)的位置和速度，以及力的傳感器連接。氣缸邊緣也與表示氣缸作用于RBPT的壓頭的重量的裝載值連接。比例溢流閥，使用一個(gè)通過(guò)一個(gè)比例螺線管控制的閥口進(jìn)行模擬，它適用于確切的開(kāi)口上的力，

16、以維持所需的壓力微分。所考慮的壓力值可以引入作為用于更精確的判斷的信號(hào)。圖11A：擴(kuò)展模式：3花樣缸測(cè)試圖案意見(jiàn)圖11B：擴(kuò)展模式：3花樣缸測(cè)試圖案意見(jiàn)該模型在圖11中所示的模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示了優(yōu)化液壓過(guò)程的一些規(guī)則。液壓元件應(yīng)該認(rèn)真選擇以具有檢測(cè)系統(tǒng)是否工作在實(shí)時(shí)狀態(tài)的能力。如果實(shí)時(shí)的模擬時(shí)間之前進(jìn)行模擬，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)能力。并驗(yàn)證是否在FESTO DIDACTIC測(cè)試板上的模擬結(jié)果通過(guò)連接所有的液壓元件，從而節(jié)省了真正實(shí)施的成本。更重要的是這項(xiàng)研究中，是由模擬時(shí)間給出的指示。即使它是不應(yīng)該像這樣運(yùn)行實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)仿真時(shí)間是測(cè)量仿真系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)的重要因素。實(shí)時(shí)仿真物理系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域（機(jī)

17、械，電氣，液壓等）需要幾個(gè)因素的組合：模型的復(fù)雜性，組件選擇和設(shè)置。什么是正在這里概述是所有這組件和的布置桌面模擬和實(shí)時(shí)之一之間的比較。模型設(shè)置的目的是要避免不必要的連接，循環(huán)和其他不必要的項(xiàng)目用于當(dāng)模型成功運(yùn)行的起點(diǎn)。有許多事件上的模擬，諸如，液壓動(dòng)力單元，開(kāi)關(guān)，閥，輸入信號(hào)，物理傳感器和其他物理事件，可以在模擬過(guò)程中呈現(xiàn)挑戰(zhàn)性的環(huán)境。總結(jié)和結(jié)論兩個(gè)RBPT規(guī)范使用的概念都分析了，然后一個(gè)方法是在這些工業(yè)擠壓工具的設(shè)計(jì)，配置和重新配置方案。作者進(jìn)一步去呈現(xiàn)用這些COTS模塊就可以去實(shí)現(xiàn)的不同的范圍配置。這些機(jī)電模塊可以導(dǎo)致擠壓工具可重新配置，也可以實(shí)現(xiàn)在RMS所描繪的特征。從模擬的結(jié)果，從仿

18、真和機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室在技術(shù)上，比勒陀利亞，南非的茨瓦大學(xué)工業(yè)工程系調(diào)查的RBPT液壓控制系統(tǒng)的性能實(shí)驗(yàn)室測(cè)試臺(tái)練習(xí)的結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)用于同步的氣缸是成功的。未來(lái)的工作將涉及尋找液壓元件，合適的模塊化的比例控制器和相應(yīng)的加壓工具組件的商業(yè)化相當(dāng)大的一部分工作，被整合到所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。這也將涉及所提出的方法進(jìn)行仿真和有限元分析。穩(wěn)定性和剛度的測(cè)試也將進(jìn)行;這也將需要加以考慮的是用于改變從一個(gè)配置到下一個(gè)的斜坡上升時(shí)間問(wèn)題。重新配置時(shí)間和優(yōu)化成為在工業(yè)上應(yīng)用這些沖壓工具的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。思想也將需要思考上，相對(duì)于所述沖壓工具以用于開(kāi)發(fā)模塊化工具的制造系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)在這些線路方面暗示的影響。17致謝

19、O. T. Adenuga和K.姆波富感謝茨瓦尼科技大學(xué)和國(guó)家研究基金會(huì)的特權(quán)進(jìn)行這項(xiàng)研究。參考1Li G，Khajepour，A.魯棒控制使用回步進(jìn)技術(shù)，液壓驅(qū)動(dòng)的靈活的手臂。雜志聲和振動(dòng)2005; 280：759-775。2 Wu MC, Shih, MC. 采用了側(cè)滑型PWM控制液壓制動(dòng)防抱死系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)研究。機(jī)電一體化2003; 13：331-351。3 Lee SU, Chang PH.。重型挖掘機(jī)器人的控制使用帶整體滑動(dòng)面延時(shí)控制。控制工程實(shí)踐2002; 10：697-711。4 Alleyne A, Liu R：一種強(qiáng)行控制電液系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方法?？刂乒こ蘌ractice.2000

20、;8：1347年至1356年。5 Hogan P, Burrows CR。同步不均勻，加載液壓缸。在ASME流體動(dòng)力論文集與系統(tǒng)科技事業(yè)部; 1994年; 1：75-80頁(yè)。6 Xiong YF, Lequoc S, Cheng RMH。的自適應(yīng)控制同步伺服系統(tǒng)，SAE技術(shù)論Series1992：1-5。7 Koren Y。交叉耦合雙軸電腦控制制造系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)期刊，測(cè)量和控制1980; 102：265-272。8 Chiu GTC.。多軸機(jī)械的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：理論與應(yīng)用，以機(jī)械加工和計(jì)算機(jī)磁盤文件系統(tǒng)，博士學(xué)位加州論文，大學(xué)伯克利分校，1994年9 Chick SE, Olsen TL, Sethuraman K, Steck