一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法制造方法及图纸

一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄和PLC控制箱，所述电控手柄的信号输出端与PLC控制箱的控制信号输入端相连接；所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀、比例阀、伺服泵、液压马达和角度传感器；所述PLC控制箱的开关信号输出端与开关阀的开关信号控制端电连接，所述PLC控制箱的比例信号输出端与比例阀的比例信号控制端电连接；所述伺服泵依次通过开关阀、比例阀与液压马达的手柄的进油口油路连接，所述手柄上设置有角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与PLC控制箱的反馈信号输入端电连接。本设计不仅控制精度高，随动性好，而且能够快速关闭拖缆机，避免液压马达手柄在中间位置发生震荡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种比例控制装置，尤其涉及一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法，具体适用于提高控制精度。
技术介绍
海洋平台是海上油气开采的主力，但由于其不能自航，需要多种功能的平台工程船作后勤支援，其中三用工作船(拖曳、锚作、供应)是平台后勤支援必备的辅助船舶。拖缆机是三用工作船的关键设备，拖缆机操控性能是三用工作船海上作业时的重要性能要求。拖缆机采用电液驱动模式，由电动机驱动主泵站提供马达动力，马达驱动高速齿轮组将动力传递到驱动轴上的离合器，通过离合器的不同组合，分别或同时驱动上下滚筒上的低速齿轮组，将马达动力分别或同时传递到上下滚筒。拖缆机马达操控模式为远程电液遥控，其动力由伺服系统提供，将电控手柄的控制指令通过伺服系统比例阀开度作用于液压马达手柄上，通过液压马达手柄位置带动马达叶片旋转，从而实现马达输出动力的改变，进而实现拖缆机滚筒的速度改变。限于拖缆机液压马达构造，驱动液压马达手柄的伺服系统比例阀控制一般采用开环控制，但由于液压系统特性(比如液压油油温、粘度等)变化，导致电控手柄开环控制液压马达的比例阀效果一直不好，直接影响拖缆机的操作性能。中国专利申请公布号为CN101859121A，申请公布日为2010年10月13日的专利技术专利公开了一种拖缆机液压马达遥控控制系统，包括依次连接的遥控手柄、PLC信号处理单元、比例阀控制器、电磁压力比例阀与液压马达，电磁压力比例阀包括互相并联的收缆电磁压力比例阀与放缆电磁压力比例阀，所述PLC处理器采取的信号线性化处理方法为分段线性化处理方法，比例阀控制器的输出信号为PWM信号，电磁压力比例阀的控制电流的为140-400mA。虽然该专利技术能够在一定程度提高液压马达稳定性，但其仍存在以下缺陷：1、该专利技术的液压马达遥控控制采用开环控制，控制精度低。2、该专利技术存在了较多的监控信号，信号处理过程复杂度高，系统运行速度较慢。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的控制精度低的问题，提供一种高控制精度的带闭环反馈的拖缆机比例控制装置及其控制方法。为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄和PLC控制箱，所述电控手柄的信号输出端与PLC控制箱的控制信号输入端相连接；所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀、比例阀、伺服泵、液压马达和角度传感器；所述PLC控制箱的开关信号输出端与开关阀的开关信号控制端电连接，所述PLC控制箱的比例信号输出端与比例阀的比例信号控制端电连接；所述伺服泵依次通过开关阀、比例阀与液压马达的手柄的进油口油路连接，所述手柄上设置有角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与PLC控制箱的反馈信号输入端电连接。所述开关阀还包括开关阀进油口和开关阀出油口，所述比例阀还包括比例阀进油口和比例阀出油口，所述开关阀进油口与伺服泵的出油口油路连接，所述开关阀出油口与比例阀进油口油路连接，所述比例阀出油口与液压马达的手柄的进油口油路连接，所述液压马达的输出轴与拖缆机传动配合。一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：第一步：位置标定、数据归一化处理，首先，将电控手柄扳到中间位置，PLC控制箱记录电控手柄的中位控制信号，并将上述中位控制信号设定为0位控制信号，液压马达在PLC控制箱的信号作用下运动，直到液压马达停止转动后，PLC控制箱接收到的角度传感器的信号维持定值不变，此时手柄位于中间位置，PLC控制箱记录角度传感器的中位反馈信号，并将上述中位反馈信号设定为0位反馈信号；然后，将电控手柄扳到收缆最大位，PLC控制箱记录电控手柄的收缆最大位控制信号，并将上述收缆最大位控制信号设定为-100％位控制信号，液压马达在PLC控制箱的信号作用下收缆，直到液压马达停止收缆后，PLC控制箱接收到的角度传感器的信号维持定值不变，此时手柄位于收缆最大位，PLC控制箱记录角度传感器的收缆最大位反馈信号，并将上述收缆最大位反馈信号设定为-100％位反馈信号；最后，将电控手柄扳到放缆最大位，PLC控制箱记录电控手柄的放缆最大位控制
信号，并将上述放缆最大位控制信号设定为100％位控制信号，液压马达在PLC控制箱的信号作用下放缆，直到液压马达停止放缆后，PLC控制箱接收到的角度传感器的信号维持定值不变，此时手柄位于放缆最大位，PLC控制箱记录角度传感器的放缆最大位反馈信号，并将上述收放最大位反馈信号设定为100％位反馈信号，位置标定完成，将电控手柄扳回到中间位置；电控手柄输出的控制信号为连续变化值，PLC控制箱在接收电控手柄输出的控制信号后将其归一化到-100％至100％之间，得到控制信号输入值w；角度传感器输出的反馈信号同样是连续变化值，PLC控制箱在接收角度传感器输出的反馈信号后将其归一化到-100％至100％之间，得到反馈信号输入值x；第二步：开启开关阀，电控手柄的初始位置为中位，在需要拖缆机放缆或收缆时，操纵电控手柄移动到相应的放缆或收缆位置，在操纵过程中PLC控制箱接收到的电控手柄的控制信号发生变化，PLC控制箱的开关信号输出端24跳变到高电位，开关信号控制端得电，控制开关阀打开，此时开关阀开启完成；第三步：比例控制，当电控手柄移动到相应的放缆或收缆位置后，PLC控制箱接收到的电控手柄的控制信号为一个定值，PLC控制箱将信号归一化后得到控制信号输入值w的值，同时PLC控制箱接收到角度传感器的反馈信号，并将其归一化后得到反馈信号输入值x的值，然后采用PID控制算法，将上述控制信号输入值w的值、反馈信号输入值x的值带入以下方程式，计算比例阀输出控制量y， y = k p [ ( b · w - x ) + 1 T i s ( w - x ) + T d · s a · T d · s + 1 ( c · w - x ) ] ]]>上式中kp为比例增益，kp＝1.05，Ti为积分作用时间，Ti＝10秒，Td为微分作用时间，Td＝0.02秒，a为微分延时系数，a＝0.8,b为比例作用权重系数，b＝0.9，c为微分作用权重，c＝0.1，s为拉普拉斯运算符，即s域；比例阀输出控制量y经过比例阀放大器放大后从比例信号输出端22输出至比例信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄(1)和PLC控制箱(2)，所述电控手柄(1)的信号输出端与PLC控制箱(2)的控制信号输入端(21)相连接，其特征在于：所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀(3)、比例阀(4)、伺服泵(5)、液压马达(6)和角度传感器(7)；所述PLC控制箱(2)的开关信号输出端(24)与开关阀(3)的开关信号控制端(31)电连接，所述PLC控制箱(2)的比例信号输出端(22)与比例阀(4)的比例信号控制端(41)电连接；所述伺服泵(5)依次通过开关阀(3)、比例阀(4)与液压马达(6)的手柄(61)的进油口油路连接，所述手柄(61)上设置有角度传感器(7)，所述角度传感器(7)的信号输出端与PLC控制箱(2)的反馈信号输入端(23)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，包括电控手柄(1)和PLC控制箱(2)，所述电控手柄(1)的信号输出端与PLC控制箱(2)的控制信号输入端(21)相连接，其特征在于：所述拖缆机比例控制装置还包括开关阀(3)、比例阀(4)、伺服泵(5)、液压马达(6)和角度传感器(7)；所述PLC控制箱(2)的开关信号输出端(24)与开关阀(3)的开关信号控制端(31)电连接，所述PLC控制箱(2)的比例信号输出端(22)与比例阀(4)的比例信号控制端(41)电连接；所述伺服泵(5)依次通过开关阀(3)、比例阀(4)与液压马达(6)的手柄(61)的进油口油路连接，所述手柄(61)上设置有角度传感器(7)，所述角度传感器(7)的信号输出端与PLC控制箱(2)的反馈信号输入端(23)电连接。2.根据权利要求1所述的一种带闭环反馈的拖缆机比例控制装置，其特征在于：所述开关阀(3)还包括开关阀进油口(32)和开关阀出油口(33)，所述比例阀(4)还包括比例阀进油口(42)和比例阀出油口(43)，所述开关阀进油口(32)与伺服泵(5)的出油口油路连接，所述开关阀出油口(33)与比例阀进油口(42)油路连接，所述比例阀出油口(43)与液压马达(6)的手柄(61)的进油口油路连接，所述液压马达(6)的输出轴与拖缆机(8)传动配合。3.一种权利要求1或2所述的带闭环反馈的拖缆机比例控制装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：第一步：位置标定、数据归一化处理，首先，将电控手柄(1)扳到中间位置，PLC控制箱(2)记录电控手柄(1)的中位控制信号，并将上述中位控制信号设定为0位控制信号，液压马达(6)在PLC控制箱(2)的信号作用下运动，直到液压马达(6)停止转动后，PLC控制箱(2)接收到的角度传感器(7)的信号维持定值不变，此时手柄(61)位于中间位置，PLC控制箱(2)记录角度传感器(7)的中位反馈信号，并将上述中位反馈信号设定为0位反馈信号；然后，将电控手柄(1)扳到收缆最大位，PLC控制箱(2)记录电控手柄(1)的
\t收缆最大位控制信号，并将上述收缆最大位控制信号设定为-100％位控制信号，液压马达(6)在PLC控制箱(2)的信号作用下收缆，直到液压马达(6)停止收缆后，PLC控制箱(2)接收到的角度传感器(7)的信号维持定值不变，此时手柄(61)位于收缆最大位，PLC控制箱(2)记录角度传感器(7)的收缆最大位反馈信号，并将上述收缆最大位反馈信号设定为-100％位反馈信号；最后，将电控手柄(1)扳到放缆最大位，PLC控制箱(2)记录电控手柄(1)的放缆最大位控制信号，并将上述放缆最大位控制信号设定为100％位控制信号，液压马达(6)在PLC控制箱(2)的信号作用下放缆，直到液压马达(6)停止放缆后，PLC控制箱(2)接收到的角度传感器(7)的信号维持定值不变，此时手柄(61)位于放缆最大位，PLC控制箱(2)记录角度传感器(7)的放缆最大位反馈信号，并将上述收放最大位反馈信号设定为100％位反馈信号，位置标定完成，将电控手柄(1)扳回到中间位置；电控手柄(1)输出的控制信号为连续变化值，PLC控制箱(2)在接收电控手柄(1)输出的控制信号后将其归一化到-100％至100％之间，得到控制信号输入值w；角度传感器(7)输出的反馈信号同样是连续变化值，PLC控制箱(2)在接收角度传感器(7)输出的反馈信号后将其归一化到-100％至100％之间，得到反馈信号输入值x；第二步：开启开关阀(3)，电控手柄(1)的初始位置为中间位置，在需要拖缆机放缆或收缆时，操纵电控手柄(1)移动到相应的放缆或收缆位置，在操纵过程中PLC控制箱(2)接收到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶诗飞，高怡，刘宁，李建涛，孙钊，肖开明，
申请(专利权)人：武汉船用机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42