一种大流量水节流阀开口度的控制方法技术

本发明专利技术提供了一种大流量水节流阀开口度的控制方法，其特征在于，通过调节先导电液比例流量阀的输入电流控制比例伺服油缸中活塞杆的位置，再由活塞杆驱动大流量水节流阀的阀芯运动，从而最终控制大流量水节流阀的开口度；而活塞杆与水节流阀阀芯通过螺纹固定联接；控制过程中采用闭环非对称的ＰＩＤ控制方法，输入量为给定的大流量水节流阀开口度值，反馈量为检测到的实际的大流量水节流阀开口度值，给定的大流量水节流阀开口度值和检测到的实际的大流量水节流阀开口度值的差ｅ（ｔ）输入到ＰＩＤ控制器中，ＰＩＤ控制器输出电流信号给先导电液比例流量阀。本方法控制精度高，安装、操作方便，实用性强，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机电液集成控制领域，具体来讲是一种大流量水节流阀开口度的控制方 法，应用于以电液比例换向阀为主的油压控制系统中以精确控制大流量水阀的阀芯位 置，从而控制大流量水阀的过流流量。
技术介绍
挤压是最重要的压力加工方法之一，大型挤压机是目前航天、航空、交通、电子 通讯、船舶等工业中必不可少的设备，它是一个国家的工业化程度和经济、国防实力 的重要标志之一。挤压速度是铝材挤压过程中需严格控制的一个工艺参数，挤压速度与所挤型材的 成分、截面形状、挤压比等因素密切相关。挤压速度过髙或过低都会使生产效率降低 甚至使挤压工作无法进行。另外，从挤压工艺的角度看，挤压速度在挤压过程中必须 相对稳定，挤压速度的波动将会造成制品表面出现波纹，影响制品质量。目前，大型 挤压机的速度控制技术主要有变频驱动容积调速方式、变量泵容积调速方式、电液比 例插装阀调速方式，但这些调速方式均只适合应用于油压控制或在国内技术不成熟。巨型液压机所需工作液体量巨大，考虑到经济、污染等多方面因素，工作液体选 用乳化液，由于泄漏量大，乳化液费用髙，现传动介质多用水替代。因此我国巨型液 压机一般仍为水压机，目前，国外水液压技术的研究已取得实质性进展。水介质的质 量控制、元件与系统的磨损与腐蚀控制，以及新材料、新工艺、新的控制技术在现有 的水液压元件与系统的研制中得到了充分体现。现在，世界市场上已经有少数系列的水液压元件供应，如表1.1所示，压力主要有10 MPa、 14 MPa、 21 MPa、 32 MPa、 40 MPa等五种等级。但总体而言，现有的水液压元件总体性能与油压元件相差较大，价 格也很昂贵。表1. 1水液压控制阀的市场供应状况<table>table see original document page 4</column></row><table>我国的水液压技术研究也已经起步。现在华中科技大学和浙江大学等髙校已经开 展了这项技术的研究工作。二者的研究各有特色。华中科技大学着重研究以海水为介质的水液压技术，主要应用领域着眼于海军装备；浙江大学则着重于以自来水为介质 的相关技术，应用领域在于民用。但到目前为止，水液压技术只是进入了实际应用的节流阀实现精确数字控制将是水液压技术的一个重要发展方 向。125MN挤压机原有节流阀采用直流电机带动蜗轮蜗杆，经减速器减速后以螵母丝 杆副机构驱动传动杠杆，从而控制节流阀阀芯开度，间接控制流量。由于原有系统采 用自整角机随动及传动链过长，阀的稳定性差，阀杆位移存在漂移。而且整个系统是 一个开环系统，控制精度不髙，控制精度以及压机的生产效率迫切有待提髙。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，应用于大型挤压 机的大流量水节流阀阀门开口度的髙精度控制。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案为，其特征在于，通过调节先导电液比例流量 阀的输入电流控制比例伺服油缸中活塞杆的位置，活塞杆与水节流阀阀芯固定联接，从 而由活塞杆的运动直接带动大流量水节流阀的阀芯运动，最终实现对大流量水节流阀的 开口度的精确控制；控制过程中采用闭环非对称的PID控制方法，输入量为给定的大流量水节流阀开口 度值，反馈量为检测到的实际的大流量水节流阀开口度值，给定的大流量水节流阀开口 度值和检测到的实际的大流量水节流阀开口度值的差e (t)输入到PID控制器中，PID控 制器输出电流信号给先导电液比例流量阀。所述的PID控制器采用非对称参数，具体参数整定过程为设Kp,, K , K^和Kp2， Ki2, IU为e (t)分别取正和负时比例，积分，微分常数； KP1, K ， Ka,参数整定方法为设定PID控制的死区值为0.05mm,采用雅格-尼可士 方法，首先置K^产K"-0，单独调整比例系数K,此时控制器就为一比例控制器，通过在 监控系统中将节流阀的设定开度值设为大于节流阀实际开口度值，即使e (t) >0,然后 增大系统比例系数K直至系统开始振荡，记录此时的比例系数K为Km,,则Kn, Ku, IU 参数按下式计算得Kw = = # & = ;式中"m为振荡频率；(当置L=Ku=0化 ；r时，系统就是采用一个比例环节控制，KP1、 K、 Knh即为下文中提到的比例系数，K为比 例系数的总称，KM1为开始震荡时刻的比例系数，KP1为将KM1乘以0.6后用于PID控 制中的比例系数)Kre， Ki2, L参数整定方法为设定PID控制的死区值为0.05mm,采用雅格-尼可士 方法，首先置KaH(fO,此时控制器为一个比例控制器，通过在监控系统中将节流阀的 设定开度值设为小于节流阀实际开口度值，即使e (t) 〈O,然后增大系统比例系数K直 至系统开始振荡，使系统处于负的阶跃响应，然后增大比例系数直至系统开始振荡，记 录此时的比例系数为Km2, Kre, Ki2, Ka2参数按下式计算得<formula>formula see original document page 6</formula>;式中^"为振荡频率。应用本方法的大流量水节流阀控制系统,包括大流量水节流阀及其液压驱动系统、 状态信号检测系统、PLC控制系统、上位机实时监控系统，并采用工业现场总线技术实 现系统信号的全数字化通讯高。所述的系统所采用的是直接的数字输入，模拟棒图调节以及数字显示相结合的操 作方式。能实现将节流阀设定开口度的精确数字量输入与检测到的实际开口度(数字 量输入)和阀前、阀后压力(该信号用于为设定开口度提供参考，为模拟量输入)结 合，实现对节流阀阀芯开口度的数字化精确闭环控制，其控制精度在O.l咖。所述的大流量水节流阀控制系统，节流阀阀芯的位移检测范围为0 60mm,针对 其在阀芯上升和下降过程中的非对称动态特性，为了在上升和下降过程中都得到较短 的调整时间和低超调量，通过实验在控制系统中对节流闳开启和关闭过程设置不同的 参数，对其采用非对称动态参数调节，采用Ziegler-Nichols (雅格-尼可士法)方法, 对其进行参数整定(详细整定过程见具体实施方案)，从而使节流阀在开启和关闭过程 中都具有较理想的动态特性，通过实验得知节流阀在开启过程中，其响应时间为0.6s, 几乎无超调，釆用非对称动态参数设置和调节，解决节流阀在开启和关闭的过程阀芯 的动态特性会不一样的问题。所述的大流量水节流阀控制系统，通过数字式髙精度磁致伸缩位移传感器检测阀 芯开口度位移值。所述的大流量水节流阀控制系统，其特征在于，采用压力传感器同时采集节流阀前后压差，该压差对节流阀开度设定值有一定的参考作用。所述的大流量水节流阀控制系统，其特征在于，采用Prof ibus工业现场总线技术 实现系统检测信号、控制信号的全数字化通讯。一种大流量水节流阀精确控制方式，其特征在于通过调节先导比例换向阀的输入 电流，精确控制比例伺服油缸中活塞杆的位置，再通过活塞杆驱动大流量水节流阀阀 芯运动，从而精确控制该阀阀芯的位置，最终实现其流量的精确控制。所述的大流量水节流阀，通过进水口的液流分为两路， 一路通过阀芯与阀杯之间 形成的流道与出水口连通。另一路通过阀体上的管道与水节流阀上腔连通，以平衡阀 芯的开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大流量水节流阀开口度的控制方法，其特征在于，通过调节先导电液比例流量阀的输入电流控制比例伺服油缸中活塞杆的位置，活塞杆与水节流阀阀芯固定联接，从而由活塞杆的运动直接带动大流量水节流阀的阀芯运动，最终实现对大流量水节流阀的开口度的精确控制；　控制过程中采用闭环非对称的ＰＩＤ控制方法，输入量为给定的大流量水节流阀开口度值，反馈量为检测到的实际的大流量水节流阀开口度值，给定的大流量水节流阀开口度值和检测到的实际的大流量水节流阀开口度值的差ｅ（ｔ）输入到ＰＩＤ控制器中，ＰＩ Ｄ控制器输出电流信号给先导电液比例流量阀。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建平，周俊峰，文跃兵，汪顺民，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]