一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种液压机的被动式动态调平控制系统，包括控制器、恒压油源P1、高压油源P2、油箱、第一、第二、第三和第四位移传感器以及第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4，第一、第二、第三和第四动态调平液压子系统均由第一单向阀、第一、第二和第三电磁球阀以及第一、第二和第三调平溢流阀组成；第一、第二和第三电磁球阀的进油口相连通，并接第一调平液压缸的无杆腔；第一、第二、第三电磁球阀的出油口分别与第一、第二、第三调平溢流阀的进油口相连通；第一、第二和第三调平溢流阀的出油口相连通并接回油箱。本发明专利技术的被动式动态调平控制系统抗干扰能力强，稳定性高。

Passive dynamic leveling control system of hydraulic press and control method thereof

Passive dynamic leveling control system of the present invention relates to a hydraulic machine, which comprises a controller, a constant pressure oil source, P1 source, P2 high pressure oil tank, the first, second, third and fourth displacement sensors and the first dynamic hydraulic leveling subsystem, second S1 dynamic hydraulic leveling system of S2, third dynamic hydraulic leveling subsystem S3 system, fourth dynamic hydraulic leveling system of S4, the first, second, third and fourth dynamic hydraulic leveling system is composed of the first check valve, the first, second and third, and the first electromagnetic valve second and third leveling overflow valve; the oil inlet, second first and third electromagnetic valve mouth is communicated. And without a rod cavity is connected with the first leveling hydraulic cylinder; the first, second and third of the electromagnetic valve oil outlet and the oil inlet are respectively the first and the second, third leveling relief valve port is communicated with the first and the second; Connect with the oil outlet of the third leveling relief valve and return to the tank. The passive dynamic leveling control system of the invention has strong anti-interference ability and high stability.

【技术实现步骤摘要】
一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法
本专利技术涉及液压控制系统，尤其涉及一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法。
技术介绍
液压机活动梁动态调平控制系统广泛应用于金属模锻成型设备、金属拉伸成型设备和复合材料模压成型设备。液压机活动梁动态调平控制系统的应用，能显著提高制件精度，减少模具磨损，延长压机寿命，现已成为衡量液压机制造水平的关键技术之一，其相关技术的突破与完善有着重要的意义。当前，液压机的动态调平控制系统设计主要围绕以下两方面展开：（1）动态调平控制系统设计：通过两个比例阀主动控制液压机滑块四角上下端组成力偶矩组的八根调平柱塞缸，采用双向力偶调平的原理，实现主动动态调平控制，从而提高调平精度，缩短响应时间，降低制造成本（如参考专利201010243672.7）；通过五个伺服阀主动控制液压机滑块上端的五根主缸，两个伺服阀被动控制液压机滑块下端的四根调平液压缸，实现主、被动联合动态调平控制，从而提高控制精度和响应速度（如参考专利201410015025.9）；通过对四个比例溢流阀进行控制，进而对四个液压机回程缸进行压力控制，实现被动动态调平（如参考专利201110156344.8）；通过将液压机四角下端每个对角线上的的两根双作用活塞缸作为一个控制单元组，由液压泵直接对两个控制单元组进行控制，采用力偶调平的原理，实现被动动态调平，从而在一定程度上保证液压机活动梁运动过程中的水平状态（如参考专利US4515551A）。（2）动态调平控制方法设计：通过五轴液压同步控制器控制四个比例换向阀的方向及阀口开度，进而对四个调平液压缸进行控制，实现被动调平，从而提高调平精度和稳定性（如参考专利200910070144.3）；通过PID控制器并设定虚拟轴模型对四个高频响比例伺服阀进行闭环控制，进而对四个调平液压缸进行位置闭环控制，实现被动调平，从而消除了凭经验来选取主动缸所带来的调平误差，提高了控制精度（如参考专利201310580365.1）；通过PID控制器并设定虚拟轴模型对四个比例换向阀进行闭环控制，进而对四个回程缸进行闭环控制，实现被动调平（如参考专利JPH0284308A）。现有专利能够在一定程度上实现液压机活动梁的动态调平，但仍存在以下一些不足，主要表现在：（1）电液比例动态调平控制系统制造、维修成本高。现有技术多采用电液比例控制系统进行压机活动梁的动态调平，虽具有较高的控制精度，但多采用多轴控制器与比例阀、比例伺服阀相结合或使用多个比例阀的结构构成调平控制系统，大大增加了液压机的制造成本；或采用比例阀直接对回程缸进行控制，虽简化了结构但仍无法避免调平控制系统制造成本较高的缺点。（2）电液比例动态调平控制系统算法复杂，控制难度大。现有技术多采用PID控制器并设定虚拟轴模型对四个高频响比例伺服阀或比例换向阀进行闭环控制，进而对四个调平液压缸或回程缸进行闭环控制，实现被动调平，但由于在实际压机调试与检修的过程中，需要根据工程师经验初选PID控制器的关键设定参数比例增益KP、积分增益KI、微分增益KD，再进一步进行较为繁琐的调试，从而得到适用于实际工况下压机的PID控制器的关键设定参数，大大增加了调试和维修的时间和难度，增加了生产和维修成本。（3）电液比例动态调平控制系统抗干扰能力较差，电气系统的设计难度较高。现有技术中多采用模拟量信号输出的形式，实现对比例阀或伺服阀阀芯位移的控制，进而实现对四个调平液压缸或回程缸的动态调平控制，但由于模拟量输出形式的自身特性使得其所需硬件要求及环境要求较高，使得电气系统的设计较为困难，而其抗干扰能力较差，在实际工况下受复杂环境影响的几率大大增加，进而降低了整个电液控制系统的稳定性和适用性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对以上不足之处，提供了一种液压机的被动式动态调平控制系统及其控制方法，提高液压机工作的稳定性和可靠性。本专利技术解决技术问题所采用的方案是：一种液压机的被动式动态调平控制系统，所述液压本体包括主系统油箱、上梁、主缸、第一调平液压缸、第二调平液压缸、第三调平液压缸、第四调平液压缸、回程缸、活动梁和下梁，主系统油箱安装在上梁上端，主缸及回程缸均由主系统控制并共同驱动活动梁，使其在上梁和下梁之间实现往复运动，第一调平液压缸、第二调平液压缸、第三调平液压缸、第四调平液压缸安装在下梁四角，并由动态调平控制系统独立控制；所述动态调平控制系统包括控制器、恒压油源P1、高压油源P2、油箱、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4，第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4均由第一单向阀、第一电磁球阀、第二电磁球阀、第三电磁球阀、第一调平溢流阀、第二调平溢流阀、第三调平溢流阀组成；第一电磁球阀、第二电磁球阀、第三电磁球阀的进油口相连通，并接第一调平液压缸的无杆腔；第一电磁球阀、第二电磁球阀、第三电磁球阀的出油口分别与第一调平溢流阀、第二调平溢流阀、第三调平溢流阀的进油口相连通，构成开关式溢流阀结构；第一调平溢流阀、第二调平溢流阀、第三调平溢流阀的出油口相连通并接回油箱，构成多级溢流阀结构；通过第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器和第四位移传感器分别采集第一调平液压缸、第二调平液压缸、第三调平液压缸和第四调平液压缸的位移信号，并将信号输入至控制器。进一步的，所述第一调平溢流阀、第二调平溢流阀、第三调平溢流阀的工作压力分别设定为、、，其中，。进一步的，所述第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4还分别设有溢流阀恒压变流量切换装置；所述溢流阀恒压变流量切换装置由第一电磁球阀、第一调平溢流阀、第四电磁球阀、第四调平溢流阀组成；所述第一电磁球阀、第四电磁球阀进油口相连通，并接第一调平液压缸的无杆腔；所述第一调平溢流阀、第四调平溢流阀的出油口相连通，并接回油箱。进一步的，第一调平溢流阀的工作压力与第四调平溢流阀的工作压力相同，即；所述的第一调平溢流阀的流量为第四调平溢流阀的流量的一半，即。进一步的，所述恒压油源P1的工作压力与调平液压缸有杆腔作用面积的乘积应小于调平液压缸无杆腔压力与无杆腔作用面积的乘积，即。进一步的，所述恒压油源P1由高压油源P3和减压阀组成；所述减压阀进油口与高压油源P3出油口相连通，减压阀出油口接第一调平液压缸、第二调平液压缸、第三调平液压缸、第四调平液压缸的有杆腔；所述减压阀的工作压力值与恒压油源P1的工作压力相等，即。进一步的，所述的高压油源P2由液压泵、第二单向阀、蓄能器、卸荷阀组成具有卸荷功能的油源；所述第二单向阀进油口与卸荷阀进油口及液压泵出油口相连通；所述卸荷阀的先导级控制口与蓄能器的进油口以及第二单向阀出油口相连通，同时卸荷阀出油口接油箱。本专利技术还提供一种如上述所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1：动态调平循环开始时刻，动态调平控制系统处于低能耗待机状态，此时第一、第二、第三和第四调平液压缸均处于最高位待机，等待液压机活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压机的被动式动态调平控制系统，所述液压本体包括主系统油箱（1）、上梁（2）、主缸（3）、第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）、第四调平液压缸（9）、回程缸（11）、活动梁（4）和下梁（6），主系统油箱（1）安装在上梁（2）上端，主缸（3）及回程缸（11）均由主系统控制并共同驱动活动梁（4），使其在上梁（2）和下梁（6）之间实现往复运动，第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）、第四调平液压缸（9）安装在下梁（6）四角，并由动态调平控制系统独立控制；其特征在于：所述动态调平控制系统包括控制器、恒压油源P1、高压油源P2、油箱（12）、第一位移传感器（18）、第二位移传感器（21）、第三位移传感器（22）、第四位移传感器（23）、第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4，第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4均由第一单向阀（15）、第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）、第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）组成；第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）的进油口相连通，并接第一调平液压缸（5）的无杆腔；第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）的出油口分别与第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）的进油口相连通，构成开关式溢流阀结构；第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）的出油口相连通并接回油箱（12），构成多级溢流阀结构；通过第一位移传感器（18）、第二位移传感器（21）、第三位移传感器（22）和第四位移传感器（23）分别采集第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）和第四调平液压缸（9）的位移信号，并将信号输入至控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种液压机的被动式动态调平控制系统，所述液压本体包括主系统油箱（1）、上梁（2）、主缸（3）、第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）、第四调平液压缸（9）、回程缸（11）、活动梁（4）和下梁（6），主系统油箱（1）安装在上梁（2）上端，主缸（3）及回程缸（11）均由主系统控制并共同驱动活动梁（4），使其在上梁（2）和下梁（6）之间实现往复运动，第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）、第四调平液压缸（9）安装在下梁（6）四角，并由动态调平控制系统独立控制；其特征在于：所述动态调平控制系统包括控制器、恒压油源P1、高压油源P2、油箱（12）、第一位移传感器（18）、第二位移传感器（21）、第三位移传感器（22）、第四位移传感器（23）、第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4，第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4均由第一单向阀（15）、第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）、第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）组成；第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）的进油口相连通，并接第一调平液压缸（5）的无杆腔；第一电磁球阀（14）、第二电磁球阀（16）、第三电磁球阀（17）的出油口分别与第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）的进油口相连通，构成开关式溢流阀结构；第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）的出油口相连通并接回油箱（12），构成多级溢流阀结构；通过第一位移传感器（18）、第二位移传感器（21）、第三位移传感器（22）和第四位移传感器（23）分别采集第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）和第四调平液压缸（9）的位移信号，并将信号输入至控制器。2.根据权利要求1所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述第一调平溢流阀（13）、第二调平溢流阀（20）、第三调平溢流阀（19）的工作压力分别设定为、、，其中，。3.根据权利要求1所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述第一动态调平液压子系统S1、第二动态调平液压子系统S2、第三动态调平液压子系统S3、第四动态调平液压子系统S4还分别设有溢流阀恒压变流量切换装置；所述溢流阀恒压变流量切换装置由第一电磁球阀（14）、第一调平溢流阀（13）、第四电磁球阀（14A）、第四调平溢流阀（13A）组成；所述第一电磁球阀（14）、第四电磁球阀（14A）进油口相连通，并接第一调平液压缸（5）的无杆腔；所述第一调平溢流阀（13）、第四调平溢流阀（13A）的出油口相连通，并接回油箱（12）。4.根据权利要求3所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：第一调平溢流阀（13）的工作压力与第四调平溢流阀（13A）的工作压力相同，即；所述的第一调平溢流阀（13）的流量为第四调平溢流阀（13A）的流量的一半，即。5.根据权利要求1所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述恒压油源P1的工作压力与调平液压缸有杆腔作用面积的乘积应小于调平液压缸无杆腔压力与无杆腔作用面积的乘积，即。6.根据权利要求5所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述恒压油源P1由高压油源P3和减压阀（24）组成；所述减压阀（24）进油口与高压油源P3出油口相连通，减压阀（24）出油口接第一调平液压缸（5）、第二调平液压缸（7）、第三调平液压缸（8）、第四调平液压缸（9）的有杆腔；所述减压阀（24）的工作压力值与恒压油源P1的工作压力相等，即。7.根据权利要求1所述的一种液压机的被动式动态调平控制系统，其特征在于：所述的高压油源P2由液压泵（25）、第二单向阀（26）、蓄能器（27）、卸荷阀（28）组成具有卸荷功能的油源；所述第二单向阀（26）进油口与卸荷阀（28）进油口及液压泵（25）出油口相连通；所述卸荷阀（28）的先导级控制口与蓄能器（27）的进油口以及第二单向阀（26）出油口相连通，同时卸荷阀（28）出油口接油箱（12）。8.一种根据1所述的液压机的被动式动态调平控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：动态调平循环开始时刻，动态调平控制系统处于低能耗待机状态，此时第一、第二、第三和第四调平液压缸均处于最高位...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜恒，张玻溶，蔡文杰，陈淑梅，陈晖，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35