一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统技术方案

本发明专利技术提出一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统，所述调平系统的输出端为滑块；所述滑块周沿均匀设置多个调平单元；所述调平单元与控制单元相连；各调平单元均包括调平缸、信息采集元件和与调平缸相连的伺服阀；所述调平缸缸杆在调平过程中与滑块接触，所述控制单元经伺服阀同步控制各调平缸缸杆位置及输出力以使滑块调平；本发明专利技术可对调平系统的四个基础压力进行闭环分配以及单缸压力精确控制，实现调平系统总输出力以及滑块水平度的有效控制。

A Four-corner Leveling System for Composite Press with Total Tonnage Control

【技术实现步骤摘要】
一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统
本专利技术涉及复合材料生产设备
，尤其是一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统。
技术介绍
复合材料压机是模压成型工艺中最为重要的装备，其性能直接决定了复合材料制品的品质。在实际生产过程中，压机受制于自身结构，且其工作台面会出现受力不均与受热不均现象，同时因复合材料制品各部位几何形状、温度的差别等因素，使得滑块时常受偏载力的作用产生倾覆力矩，从而造成不同程度的倾斜，影响成型制件的制造精度与模具的磨损程度。随着复合材料制品对精度要求的显著提升，多轴调平系统应运而生，它是高端复合材料压机的重要组成部分。为达到实际加工工艺的精度要求，必须设置同步调平系统来减少甚至消除滑块的倾斜，使滑块平行下落，保证模具的准确开合，从而提高制品的精度，并在一定程度上延长模具的使用寿命。目前的同步调平系统从原理上来看可分为两大类：1）主动式调平延续了传统的设计思想，独立于主系统设置一个封闭的同步补偿系统，调平缸跟主缸一起下落，并全程进行调平控制，能够得到一个很高的同步精度，但其不适用与高速场合，导致生产效率低下；2）被动式调平的调平缸设置在滑块下方四个角落，当滑块接触调平缸后开始调平，其通过阻碍滑块各角落的下落实现调平，会影响主缸的压制吨位，但调平力矩大、生产效率高，更加适合高速快压的复合材料模压成型工艺。同步调平系统控制方面涉及多缸位置同步控制以及调平力控制，目前大多数系统只关注位置同步控制，根据各缸位移与目标位移之间的差值调整比例阀或伺服阀开度，保证滑块以水平姿态下落，却忽略调平力的控制，系统抗干扰性能差。此外，还有一些系统能够实现多缸位置同步控制的同时考虑调平力控制，将位移误差转化为等价力偏差值，通过各缸力控制实现调平控制。其根据给定基准调平力可大致确定总调平力，却不能实现总调平力的精确控制，并且系统的偏载较大时，等价力偏差值也会偏大，使得最终的实际总调平力与期望值有较大的差异。虽然现有调平系统能够实现调平力矩控制与滑块平行姿态控制，但还存在以下几点不足：（1）滑块在压制过程中受主机系统与调平系统的共同作用，由于调平系统调整时总调平力发生变化，打破滑块在竖直方向上的平衡状态，使得滑块的运动轨迹受到影响，主缸为维持原轨迹运动需进行相应调整，产生压力波动，造成调平系统的负载干扰，影响调平控制结果。（2）调平过程中调平缸跟随滑块下落，有一定的流量需要从控制阀流出，而控制阀的开度由实际压力与目标压力之间的差值决定，因此必然造成实际压力与目标压力之间存在差值，并且该误差存在不确定性，使得实际压力不可控，不仅会影响位置同步控制的结果，还进一步加大了总调平力与期望值之间的误差。（3）调平初期四缸输出力相同，并不产生调平力矩，由于调平过程中放开了机械结构的限制，滑块在偏载力的影响下会加大初始位移偏差，如果存在的偏载力矩较大，则产生的初始位移偏差也会很大，这不仅会加大后面调平系统的控制难度，也会加剧主缸的磨损。
技术实现思路
本专利技术提出一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统，可对调平系统的四个基础压力进行闭环分配以及单缸压力精确控制，实现调平系统总输出力的有效控制，并能够保证滑块的水平度。本专利技术采用以下技术方案。一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统，所述调平系统的输出端为滑块（1）；所述滑块周沿均匀设置多个调平单元；所述调平单元与控制单元（7）相连；各调平单元均包括调平缸（4）、信息采集元件和与调平缸相连的伺服阀（6）；所述调平缸缸杆在调平过程中与滑块接触，所述控制单元经伺服阀同步控制各调平缸缸杆位置及输出力以使滑块调平；所述控制单元包括与总吨位控制器（7B）、最高缸判断模块（7C）和与各调平单元对应的多个单缸同步控制器（7A），其调平控制方法包括以下步骤；A1、所述最高缸判断模块经信息采集元件判定缸杆伸出最大的调平缸作为最高缸，以最高缸的缸杆位移为最大位移值，把最大位移值送至单缸同步控制器（7A），使最高缸成为其它调平缸执行调平作业的跟踪目标；A2、所述总吨位控制器对各调平缸无杆腔的总压力进行闭环控制，通过实时获取四个调平缸无杆腔的压力信号，计算调平系统对外输出总合力，再通过与目标合力相比较，分配并修正四个调平缸无杆腔的基础压力；A3、同步控制器控制各调平缸以最高缸为目标，进行单缸位置跟踪控制来实现调平控制；并在调平控制中准确控制各调平缸的无杆腔压力及缸杆位置，从而精准控制滑块的总输出力。所述滑块的驱动面周沿均匀设置四个调平单元；所述总吨位控制器包括调平阶段判断模块（7B1）、目标总压力给定模块（7B2）、修正值计算模块（7B3）、基础压力迭代模块（7B4）、基础压力修正模块（7B5）、总吨位控制判断（7B6）；在步骤A2中，所述的总吨位控制器（7B）通过以下述方式实现各调平缸（4）无杆腔基础压力分配；步骤B1、调平阶段判断模块（7B1）判断当前调平作业所处阶段，控制目标总压力给定模块（7B2）给出对应阶段需要的四缸无杆腔目标总压力；所述各调平缸无杆腔压力相加值为实际总压力，修正值计算模块（7B3）根据实际总压力与目标总压力的差值计算基础压力修正值；步骤B2、基础压力迭代模块（7B4）根据当前调平阶段给出一组四缸存储基础压力，基础压力修正模块（7B5）根据基础压力修正值修正四个调平缸的储存基础压力，若储存基础压力经总吨位控制判断模块（7B6）验证可行，则以修正后的四缸修正基础压力作为输出；否则，输出四缸最小基础压力，并发送指令给基础压力迭代模块（7B4）取消此次压力数据的迭代。所述的基础压力迭代模块（7B4）在一个调平阶段中记录各调平缸无杆腔压力情况，若在一段时间内压力基本不变，则认为压力稳定，以此压力对上次迭代结果进行修正。所述同步控制器包括位置闭环控制器（7A1）、压力闭环控制器（7A2）、阀口流量补偿器（7A3）；所述单缸同步控制器（7A）实现各调平缸的位置控制以及精确压力控制的方法为；C1、位置闭环控制器（7A1）计算对应调平缸位移与最高缸位移的差值，将其转化为压力补偿值，压力补偿值与总吨位控制器（7B）给出的对应调平缸无杆腔的基础压力值相加，获得该调平缸无杆腔压力目标值；压力闭环控制器（7A2）计算对应调平缸无杆腔实际压力与目标压力的差值，将其转化为伺服阀（6）的调整电压；C2、阀口流量补偿器（7A3）根据调平缸（4）无杆腔实际压力与滑块移动速度计算伺服阀（6）的补偿电压，满足调平缸跟随滑块移动所需的流量要求；调整电压加补偿电压，得到最终的控制电压，按设定值控制调平缸（4）的伺服阀开度，使其无杆腔压力能够精确匹配目标压力，从而实现对应调平缸（4）对最高缸的跟踪。所述调平阶段判断模块（7B1）对滑块（1）向物料方向的移动速度进行探测，若速度低于设定值，则判断调平系统的滑块已与物料接触，进入压料行进阶段，若速度与设定值相同，则判断滑块处于空载移动阶段。所述的总吨位判断模块（7B6）对四个调平缸修正基础压力的可行性进行判定以避免特殊情况引起的调平力需求突增，若四个调平缸修正基础压力均大于0，则以四缸修正基础压力作为输出，否则则输出四缸最小基础压力。所述的阀口流量补偿器（7A3）根据伺服阀阀口流量公式以及所用伺服阀的特性参数计算当前压力情况下达到所需流量的伺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统，其特征在于：所述调平系统的输出端为滑块（1）；所述滑块周沿均匀设置多个调平单元；所述调平单元与控制单元（7）相连；各调平单元均包括调平缸（4）、信息采集元件和与调平缸相连的伺服阀（6）；所述调平缸缸杆在调平过程中与滑块接触，所述控制单元经伺服阀同步控制各调平缸缸杆位置及输出力以使滑块调平；所述控制单元包括与总吨位控制器（7B）、最高缸判断模块（7C）和与各调平单元对应的多个单缸同步控制器（7A），其调平控制方法包括以下步骤；A1、所述最高缸判断模块经信息采集元件判定缸杆伸出最大的调平缸作为最高缸，以最高缸的缸杆位移为最大位移值，把最大位移值送至单缸同步控制器（7A），使最高缸成为其它调平缸执行调平作业的跟踪目标；A2、所述总吨位控制器对各调平缸无杆腔的总压力进行闭环控制，通过实时获取四个调平缸无杆腔的压力信号，计算调平系统对外输出总合力，再通过与目标合力相比较，分配并修正四个调平缸无杆腔的基础压力；A3、同步控制器控制各调平缸以最高缸为目标，进行单缸位置跟踪控制来实现调平控制；并在调平控制中准确控制各调平缸的无杆腔压力及缸杆位置，从而精准控制滑块的总输出力。...

【技术特征摘要】
1.一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统，其特征在于：所述调平系统的输出端为滑块（1）；所述滑块周沿均匀设置多个调平单元；所述调平单元与控制单元（7）相连；各调平单元均包括调平缸（4）、信息采集元件和与调平缸相连的伺服阀（6）；所述调平缸缸杆在调平过程中与滑块接触，所述控制单元经伺服阀同步控制各调平缸缸杆位置及输出力以使滑块调平；所述控制单元包括与总吨位控制器（7B）、最高缸判断模块（7C）和与各调平单元对应的多个单缸同步控制器（7A），其调平控制方法包括以下步骤；A1、所述最高缸判断模块经信息采集元件判定缸杆伸出最大的调平缸作为最高缸，以最高缸的缸杆位移为最大位移值，把最大位移值送至单缸同步控制器（7A），使最高缸成为其它调平缸执行调平作业的跟踪目标；A2、所述总吨位控制器对各调平缸无杆腔的总压力进行闭环控制，通过实时获取四个调平缸无杆腔的压力信号，计算调平系统对外输出总合力，再通过与目标合力相比较，分配并修正四个调平缸无杆腔的基础压力；A3、同步控制器控制各调平缸以最高缸为目标，进行单缸位置跟踪控制来实现调平控制；并在调平控制中准确控制各调平缸的无杆腔压力及缸杆位置，从而精准控制滑块的总输出力。2.根据权利要求1所述的一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统，其特征在于：所述滑块的驱动面周沿均匀设置四个调平单元；所述总吨位控制器包括调平阶段判断模块（7B1）、目标总压力给定模块（7B2）、修正值计算模块（7B3）、基础压力迭代模块（7B4）、基础压力修正模块（7B5）、总吨位控制判断（7B6）；在步骤A2中，所述的总吨位控制器（7B）通过以下述方式实现各调平缸（4）无杆腔基础压力分配；步骤B1、调平阶段判断模块（7B1）判断当前调平作业所处阶段，控制目标总压力给定模块（7B2）给出对应阶段需要的四缸无杆腔目标总压力；所述各调平缸无杆腔压力相加值为实际总压力，修正值计算模块（7B3）根据实际总压力与目标总压力的差值计算基础压力修正值；步骤B2、基础压力迭代模块（7B4）根据当前调平阶段给出一组四缸存储基础压力，基础压力修正模块（7B5）根据基础压力修正值修正四个调平缸的储存基础压力，若储存基础压力经总吨位控制判断模块（7B6）验证可行，则以修正后的四缸修正基础压力作为输出；否则，输出四缸最小基础压力，并发送指令给基础压力迭代模块（7B4）取消此次压力数据的迭代。3.根据权利要求2所述的一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统，其特征在于：所述的基础压力迭代模块（7B4）在一个调平阶段中记录各调平缸无杆腔压力情况，若在一段时间内压力基本不变，则认为压力稳定，以此压力对上次迭代结果进行修正。4.根据权利要求2所述的一种实现总吨位控制的复合材料压机四角调平系统，其特征在于：所述同步控制器包括位置闭环控制器（7A1）、压力闭环控制器（7A2）、阀口流量补偿器（7...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜恒，郭志杰，吴代权，陈晖，林智强，刘晓阳，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35