基于比例控制的5000吨陶瓷压机液压系统的研究

摘要

陶瓷压机是陶瓷砖生产线的关键设备之一，其工作性能直接关系到陶瓷生产的效率和质量，其中的液压系统及其控制部分是陶瓷压机的关键技术所在。本文设计了5000吨陶瓷压机的液压系统并对其电液比例位置控制、同步控制、压力控制等三项关键技术进行了深入的研究。 论文首先介绍了陶瓷压机的工作过程和国内外的研究现状与发展趋势，根据陶瓷压机的工作需要，对开关电磁阀、伺服阀、比例阀在控制中的优缺点进行比较，设计了基于比例阀控制的5000 吨陶瓷压机液压系统，对液压系统的工作过程和动作控制进行了详细的分析，并详细计算出了液压系统主要元件的尺寸和流量、压力及动力源的功率等主要参数，计算表明设计的液压系统控制性能好、功耗低。 为了对陶瓷压机的关键技术进行分析研究，论文建立了陶瓷压机的电液比例控制模拟试验系统。首先设计了电液比例位置控制、同步控制、压力控制三个试验方案，接着搭建了试验系统，对试验系统的硬件和软件分别作了详细的介绍，特别是对光栅传感器的安装和控制软件的结构及数据采集卡、光栅传感器对应的数据采集程序进行了详细的论述。 为了理论分析和仿真的需要，论文建立了比例方向阀的阀芯运动、三位四通不对称比例方向阀控制不对称缸动力机构的数学模型，得出了位置控制系统、同步控制系统的传递函数，通过对位置控制、同步控制的仿真，表明了所设计的方案的正确性，对课题的试验研究有着积极的指导意义。 论文的最后部分设计了试验系统的PID控制器，对PID控制器进行了深入的分析；比例方向阀的死区在比例控制中有着比较大的影响，论文对超前切换变幅值补偿和变死区自学习补偿进行了理论和试验研究，试验结果表明通过对死区的补偿后，比例阀能够满足陶瓷压机的控制性能的需要。最后，作者在自建的模拟试验台上做了同步控制试验、位置控制试验和压力控制试验，试验结果表明控制具有稳定性强、精度高的特点，能够满足陶瓷压机液压系统控制性能的需要，同时也验证了模拟仿真的正确性和所设计的液压系统的可行性。

目录

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第一章绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

1.1.1陶瓷砖生产线的介绍

1.1.2陶瓷压机

1.1.3研究目的和意义

1.2陶瓷压机的国内外研究现状分析

1.2.1陶瓷压机的发展回顾

1.2.2国内外陶瓷压机的研究现状和发展趋势

1.3论文的主要工作和结构

1.3.1主要工作

1.3.2论文结构

第二章5000吨陶瓷压机液压系统的设计与计算

2.1压机的工作过程及运动要求

2.2 5000吨陶瓷压机液压系统的设计

2.2.1主要组成

2.2.2主油缸结构的设计

2.2.3比例阀的选用

2.2.4非对称比例阀控制非对称缸结构的设计

2.2.5下模动梁多缸同步支持系统的设计

2.2.6液压动力源系统

2.2.7传感器的使用

2.2.8陶瓷压机的控制原理

2.2.9运动控制分析

2.3 5000屯陶瓷压机液压系统的计算

2.3.1技术参数要求

2.3.2主油缸的参数计算

2.3.3辅助油缸的参数计算

2.3.4顶出油缸的计算

2.3.5增压缸的计算

2.3.6泵流量、电机功率的计算

第三章陶瓷压机电液比例模拟系统的建立

3.1前言

3.2建立陶瓷压机电液比例控制模拟系统的可行性分析

3.3模拟试验的方案设计

3.3.1试验系统设计

3.3.2阀控缸结构的计算机控制

3.3.3电液比例位置控制

3.3.4电液比例同步控制

3.3.5电液比例压力控制

3.4电液比例控制模拟系统的硬件设计

3.4.1试验台的布局

3.4.2光栅尺的安装

3.4.3试验台的主要仪器设备

3.5电液比例控制模拟系统的软件设计

3.5.1 LabVIEW软件

3.5.2数据采集

3.5.3试验系统的控制软件

第四章陶瓷压机液压系统的数学建模与仿真

4.1前言

4.2比例方向阀阀芯运动的数学建模

4.2.1电控器的数学模型

4.2.2直动式电液比例方向阀阀芯运动的数学模型

4.3非对称阀控制非对称缸的数学建模

4.3.1动力机构的表示

4.3.2非对称比例方向阀的负载压力流量方程

4.3.3非对称缸的负载压力流量方程

4.3.4非对称缸活塞的负载力平衡方程

4.3.5非对称阀控制非对称缸的数学建模

4.4电液比例控制的建模仿真

4.4.1阀控缸的建模

4.4.2电液比例位置控制的建模

4.4.3电液比例同步控制的建模

4.4.4陶瓷压机下模动梁支持系统的建模仿真

第五章陶瓷压机电液比例控制模拟试验研究

5.1 PID控制器的设计

5.1.1 PID控制的介绍

5.1.2 PID算法

5.1.3标准PID控制算法的改进

5.1.4 PID调节器参数的整定

5.1.5数字PID控制算法的LabVIEW程序

5.2阀芯位移死区的补偿

5.2.1比例方向阀的死区

5.2.2超前切换变幅值补偿

5.2.3高精度定位的变死区自学习补偿

5.3试验研究

5.3.1电液比例位置控制试验

5.3.2电液比例同步控制试验

5.3.3电液比例压力控制试验

5.4 5000吨陶瓷压机液压系统的特点

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢