80MN锻造液压机同步控制方法的研究

摘要

随着航空航天技术和汽车工业的飞速发展，我国对锻造精度高、速度快、自动化水平高的大吨位锻造液压机的需求越来越多。由于当前大吨位的锻造液压机的工作原理都是通过多缸驱动同一滑块压制坯料变形而获得锻件，所以在控制系统设计过程中必然面临多液压缸同步、耦合的问题。近些年来，多智能体的协调控制问题的研究受到重视，为解决多液压缸同步问题提供了新思路。本文采用反步递推的方法设计了压力闭环作为内环，引入了具有双积分动态特性的多智能体的协调控制算法并改进后作为外环--同步闭环，共同构成了双闭环控制回路，完成了同步控制系统的设计并应用到了实际控制系统中。
　　 80MN锻造液压机液压系统设计中采用四缸独立供油的方式，但系统中液压元件较多，存在液压阀的非线性、管道的滞后、四缸驱动力的耦合等，增加了系统建模的难度。在不考虑四缸作用力耦合的情况下，本文首先建立了单缸液压系统模型，从而建立了四缸液压系统模型。其次建立了四缸驱动力耦合条件下的滑块运动模型。最后将四缸液压系统模型与滑块运动模型融合建立了锻造液压机数学型，并进行了分析验证。
　　 针对80MN锻造液压机数学模型的特点，本文设计了内环为压力闭环、外环为同步闭环的双闭环控制回路。设计压力闭环的目的是利用副回路实现液压缸驱动力的快速调节，克服比例阀非线性因素的影响。基于所建立的单缸模型，本文构造了系统的李雅普诺夫函数，采用反向递推方式求解非线性控制律，保持该函数导数负定，进而保证系统稳定。为了补偿模型参数的不确定性，采用了基于李雅普诺夫函数的参数自适应法估计系统结构参数。在分析出滑块运动模型具有双积分特点的情况下，本文引入了多智能体协调控制算法。考虑到同步偏差精度的要求，对协调控制算法改进后作为外环同步闭环。
　　 为了验证所设计的同步控制系统的有效性和稳定性，本文在Matlab-Simulink仿真环境中搭建了控制系统的仿真模型。仿真结果表明，在偏载力大小一定的情况下，锻造液压机模型具有较好的同步性能，并且对于模型参数的变化具有较强的自适应能力。
　　 在实际项目实施中，同步控制算法已经应用与实践并取得了良好的效果。本文介绍了实际控制系统下位机硬件平台的结构、控制算法流程图。最后本文给出了实际系统运行中采集的实验数据及相关曲线。运行结果表明同步精度满足系统要求。