文獻翻譯(RBPT電液同步控制系統(tǒng))

1、制造業(yè)的多樣化管理：第47屆國際生產(chǎn)工程學(xué)會關(guān)于制造業(yè)系統(tǒng)的會議記錄對RBPT電液同步控制系統(tǒng)Olukorede Tijani Adenugaa*, Khumbulani Mpofuaa*, aTshwane University of Technology, Industrial Engineering Dept, Pretoria, 0001, South Africa* Corresponding author. Tel.: +27611123706; fax: +27-012-382-4847. E-mail address:olukorede.adenuga抽象在工業(yè)制造系統(tǒng)，情況是

2、經(jīng)常遇到的兩個，三個或更多個液壓缸的致動器需要其運動中進行同步。需要一種可重新配置的彎曲沖壓工具（RBPT）控制系統(tǒng)的設(shè)計促使研究中開發(fā)一個自動和同步系統(tǒng)，適用于沖壓工具的操作。該系統(tǒng)不得不去設(shè)計為多功能的多個奇數(shù)個氣缸的逆沖。本文介紹了考慮到，壓力，流量和同步缸運動的控制，伴隨著由位置傳感器測量的位置讀數(shù)的控制系統(tǒng)的設(shè)計理念。該系統(tǒng)會同時工作;最多組裝的單位一起工作，通常是在一些合適的操作需求。該控制器的目的是開發(fā)一個位置控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了模塊化控制器的接口功能和位置傳感器，并通過商業(yè)上的現(xiàn)成的（COTS）組件檢測所述液壓缸桿的位置。©2014年作者。發(fā)布時間由Elsevier

3、 B.V.根據(jù)“關(guān)于制造業(yè)的第47屆CIRP大會的國際科學(xué)委員會負(fù)責(zé)選擇和同行審查在會議特聘教授霍達ElMaraghy的人系統(tǒng)“。關(guān)鍵詞：可重構(gòu)壓彎機工具;比例積分微分;柔性制造系統(tǒng);可重構(gòu)制造工具;商業(yè)的貨架1.簡介現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展促使起重平臺在許多領(lǐng)域被廣泛地使用。;對升降平臺的同步精度要求也越來越高。目前，液壓提升系統(tǒng)已被應(yīng)用于許多大型起重平臺和其他壓機。高精準(zhǔn)度液壓同步控制技術(shù)已經(jīng)成為改善提升同步精度主要途徑。由于該液壓系統(tǒng)具有非線性，一個事實大滯后，大慣性的特點，本身的傳統(tǒng)的比例積分微分（PID）控制很難達到令人滿意的控制效果。電動液壓致動器被廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中，主要是因為它們具有

4、高功率/質(zhì)量比，響應(yīng)速度快，并且高剛度1，防抱死制動系統(tǒng)2，液壓挖掘機3,14，液壓執(zhí)行機構(gòu)位置或壓力控制的研究是學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域非常感興趣的。特別是，力和壓力跟蹤對于某些應(yīng)用，如振動隔離及汽車主動懸架，其中一個幾乎理想的力致動器，假設(shè)在目前的研究和應(yīng)用。簡單限度的基本生存控制器力或壓力液壓跟蹤系統(tǒng)就必須先進的控制器4。實現(xiàn)對非對稱負(fù)載缸同步，各氣缸的獨立控制需要增加單獨控制汽缸靈活性，5; Hogan等人面對 非對 稱 負(fù)載多缸 同步控制問題的研究 得出了一 閥控一 缸控制模式的必要 性 , 但沒有給 出較好 的 同步控制策略，沒有一個詳盡設(shè)計一個將明確改善同步性能的控制算法.XIONG等 5

5、 提出了基 于模 型參考 自適應(yīng)控制 和交叉禍合 控制 的聯(lián)合 控制 器。 6，而科倫7和Hogan 15證明了同步提高性能以及企圖處理參數(shù)變異與液壓系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。該制定多運動軸的同步在一個幾何框架和提出了三個不同辦法明確處理的議案同步問題是寫給邱8和文獻16。本文的目的是提出和調(diào)查的控制系統(tǒng)的，解決一些設(shè)計上述各點。本文保持其論點上一節(jié)，我們回顧文獻。第3節(jié)精確使用建模的方法控制系統(tǒng)組件仿真和試驗臺結(jié)果提出RBPT。2.文獻綜述審查對于不同的研究歷史為開發(fā)和集成RBPT關(guān)鍵領(lǐng)域和智能機可以與概念可重構(gòu)機床（RMT上），它起源于在20世紀(jì)90年代初作為從柔性制造系統(tǒng)的概念（FMS）直接發(fā)展的一個

6、特定趨勢 9。在今天的市場上可用的機床已經(jīng)在流程的類型方面設(shè)計可以制造的靈活性和產(chǎn)品的幾何復(fù)雜性。液壓折彎機，廣泛應(yīng)用于機械制造行業(yè)，如液壓沖壓，沖壓和折彎機，因為它的高功率/質(zhì)量比技術(shù)，快速響應(yīng)，高剛性和高承載能力。然而，所提出的RBPT與自動控制旨在用于小規(guī)模的行業(yè)，這將照顧弊端如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗高，豐富的發(fā)熱量，高噪聲，振動嚴(yán)重，油過濾和節(jié)流損失精度要求高的控制閥。2.1位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)可以被細(xì)分為控制器模塊，電液子系統(tǒng)和位置傳感器。位置限位開關(guān)，固定在身體平臺，以檢測活塞的傾斜液壓缸和發(fā)送的電壓信號輸出到接口電路。位置的控制器模塊在圖1中所示控制系統(tǒng)，采用了閉環(huán)控制比例方向控制的

7、閥芯位置閥門根據(jù)液壓的位置反饋氣缸的活塞。變化的電壓，它們可被用于比例閥的螺線管，更改的流動液壓流體傳遞到液壓缸。這將導(dǎo)致液壓缸桿沖程的變化，進而使液壓缸桿的位置受到影響。因此，控制器檢測所述設(shè)定點和液壓軸可變位置的測量之間的誤差。同步的氣缸都有自己單獨的線性報告設(shè)備。此設(shè)備發(fā)送的模擬/數(shù)字信號反饋到控制器，告訴控制器汽缸沿其行程的確切位置。比例液壓方向控制閥，通過分流命令缸移動到一定的位置，并以此命令延伸或縮回汽缸。3.方法同步電動液壓缸的問題可能在三種方法來解決。最簡單的方法是設(shè)計一個流量分配電路。通過保持相同的流速向汽缸，來保持相同的氣缸圓筒速度。同步的性能是取決于流體的性能和液壓元件的

8、一致性。圖1：用于電動液壓缸位置控制系統(tǒng)在RBPT同步另一種方法是機械地或者通過電纜連接或其他連桿設(shè)計連接液壓致動器。機械同步的缺點是增加系統(tǒng)的重量和復(fù)雜性，以及限制該設(shè)備的操作范圍。用純液壓和機械的方法相比，電液同步提供了一種靈活的選擇。隨著電動液壓系統(tǒng)，同步控制策略可以設(shè)計為處理不均勻負(fù)荷以及不確定性和與相關(guān)的外部干擾液壓系統(tǒng)10。同步在缸沖程的末端是必須的，或者累積的精度誤差在每個沖程使可以預(yù)期的。在應(yīng)用中的三個氣缸之間的機制被證明太過剛性，操作不精確將導(dǎo)致最終鎖止系統(tǒng)，對機械結(jié)構(gòu)具有潛在的毀滅性。使用只有一個盒的分流器只能以不相同的速度在一個方向驅(qū)動三個平行液壓缸以33:67的速率完成

9、缸的相同位移。用替換率不相同的氣缸去匹配33:67的分流比，可以在分流精度限制的范圍內(nèi)和氣缸的容積率范圍內(nèi)以相同的速度進行操作。 在本文中，我們將分析三個同步液壓缸的液壓控制系統(tǒng)中，它們通過一個鏈接耦合0到5噸的反復(fù)載荷。橫梁上的總負(fù)荷將包括從三個液壓氣缸統(tǒng)一的負(fù)荷和橫梁的自身負(fù)載。圖2示出了上梁的概要，C1-C3的示意代表液壓缸活塞中心，并且可以是重新配置為任何奇數(shù)氣缸數(shù)如5,7等。使用滑閥式流量分配器要獲得輸出三個相等的輸出，一個具有不平等輸出，就要求為33.3和66.7。發(fā)送流從33.3側(cè)到第一致動器提供動力。發(fā)送流量從66.7側(cè)到平等分流。從平等的分流出口流量現(xiàn)在是總泵的流量的33.3

10、，因此，所有三個輸出是相同的。注意這些電路不能處理逆流，當(dāng)回流壓力不同于在出口端口逆流通過一個滑閥式流量分配器將鎖定一個致動器。它要求安全閥和均衡壓力線被摻入到液壓回路，以克服這些挑戰(zhàn)，同時一個商用的現(xiàn)貨（COTS）PID控制器也被認(rèn)為向后添加加速度前反饋到的RBPT設(shè)計控制回路，致動器型號是確切知道的，也沒有干擾發(fā)生，那么，從理論上講，人們可以控制雙向液壓執(zhí)行器完全不使用閉環(huán)控制。加速度是微分（變化率）加速。前饋是一個使閥達到目標(biāo)速度的包括位置和沖擊的控制輸出的估計圖。2：RBPT上梁配置圖3：建議RPBT的示意圖閥應(yīng)成比例地向上打開到目標(biāo)位置，一個位置前饋將在這一方面有作用。所以有可能不需

11、要等待對于PID來響應(yīng)一個錯誤閉環(huán)液壓控制通過給系統(tǒng)添加位置和壓力傳感器，以提供系統(tǒng)狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)，像位置，它的衍生物、力。增加了反饋到液壓回路中。這這使得快速，精確，可重復(fù)，以及（最重要的是）液壓致動器的位置和力的控制自動化。一些簡單的應(yīng)用程序可以使用開環(huán)控制進行配置，但質(zhì)量要求和高通量的要求使得閉環(huán)運動控制和電動液壓控制器成為首選方法。三個缸由有40升的液壓形成3KW動力，8 MPA壓力和6.85升/分流速來提供動力。它是由一個比例方向控制閥饋送3路可調(diào)流量控制閥來控制通過分割流入33:67比率和隨后供給一個氣缸33%的流量，而67被分成兩個其余的氣缸在33的流量。壓力調(diào)節(jié)由三個減壓閥與控

12、制用于非回流和噴嘴適當(dāng)止回閥均衡。圖。4：控制電路的電液壓缸。所提出的RPBT的示意圖示于圖3，而圖4是用于3缸非線性運動對于一個電動液壓缸控制電路同步控制提出，解決同步。3.1.1數(shù)學(xué)建模比例換向閥圖5：比例方向閥的剖面圖在電液比例閥廣泛使用由于其抗污染能力，可靠性和低成本與伺服和正常閥作為比較，它也可以實現(xiàn)連續(xù)控制和快速響應(yīng)。成比例的輸入信號改變流動方向，閥和致動器位置，速度和力的壓力1，13從伯努利方程，每個控制孔口下的兩個特定之間的壓力差的影響閥的端口哪里：QVA=流過VA孔; QVB=流經(jīng)孔VB中; CD =流量系數(shù); APA=口區(qū)PA的路徑; AAT=孔面積在AT路徑; APB=孔

13、面積在PB路徑; ABT=孔面積在BT路徑; PS- PA =壓力過孔Ps和PA的差; PA- PR=孔PA、PR的壓力差; =液壓 流體密度對于一個螺線管驅(qū)動比例方向滑閥，孔口區(qū)域由卷筒，其通過對中心螺線管致動力控制彈簧如果摩擦和流動力被忽略的位移來確定。螺線管驅(qū)動力是由控制輸入電壓信號U通過電磁閥的PWM驅(qū)動器來調(diào)節(jié)。其中，gd是電磁驅(qū)動器的增益系數(shù)，u是控制輸入電壓信號。此外，該流量系數(shù)（Cd）也是卷軸的功能位移x，它是控制信號u的函數(shù)。引入流量增益系數(shù)gF至孔方程，閥孔方程可以被表示為如下。在這里gf=流量增益系數(shù) （8）圖6：分流閥的剖面圖從11，12流量Qs、Qs1、Qs2為一個可

14、調(diào)節(jié)分流閥，其中，A1A2的孔是閥口面積，Cd為孔口系數(shù)，r是流體質(zhì)量密度，SP是泵的供應(yīng)壓力。3.2模型概念3.2.1模擬功能建設(shè)真實系統(tǒng)之前，構(gòu)建虛擬原型系統(tǒng)帶來設(shè)備概念的其他選項的和可能性。對于液壓模型，互動的工具和專用軟件可以節(jié)省流體流經(jīng)想象或者再創(chuàng)造的流動路徑的時間，以及需要咨詢專家，這樣可以在更多特定問題和實際問題上節(jié)省時間。即使應(yīng)該建立一個真正的原型，在這之前原型軟件也可以預(yù)測允許簡化的流程，并確定正確和不正確的選項。這些測試可以在功能性小論文基礎(chǔ)之上達到更精確的水平。優(yōu)化和控制，損失，速度等相關(guān)細(xì)節(jié)可以在一個有趣的和廉價的方式進行評估。使用流體辛液壓V演示版Festo的教具構(gòu)建

15、仿真模型示于圖710。提出在數(shù)字7至10在該模型中的底部部分;由表示兩個過程，其中的每一個，是一液壓分支相應(yīng)的驅(qū)動器連接的擴展和收縮運動。圖7：擴展模式; 3花樣缸圖8：收縮模式; 3花樣缸圖9：擴展模式; 5花樣缸圖10：收縮模式; 5花樣缸3.2.2模擬試驗結(jié)果汽缸運動用泵驅(qū)動，其連接到一個比例方向閥，其從一個雙作用螺線管將要通過的信號從控制器模塊通過PID過程從傳感器反饋或前饋信號后輸入的接收信號。氣缸與測量運動的位置和速度，以及力的傳感器連接。氣缸邊緣也與表示氣缸作用于RBPT的壓頭的重量的裝載值連接。比例溢流閥，使用一個通過一個比例螺線管控制的閥口進行模擬，它適用于確切的開口上的力，

16、以維持所需的壓力微分。所考慮的壓力值可以引入作為用于更精確的判斷的信號。圖11A：擴展模式：3花樣缸測試圖案意見圖11B：擴展模式：3花樣缸測試圖案意見該模型在圖11中所示的模擬試驗結(jié)果顯示了優(yōu)化液壓過程的一些規(guī)則。液壓元件應(yīng)該認(rèn)真選擇以具有檢測系統(tǒng)是否工作在實時狀態(tài)的能力。如果實時的模擬時間之前進行模擬，系統(tǒng)具有實時能力。并驗證是否在FESTO DIDACTIC測試板上的模擬結(jié)果通過連接所有的液壓元件，從而節(jié)省了真正實施的成本。更重要的是這項研究中，是由模擬時間給出的指示。即使它是不應(yīng)該像這樣運行實時的實現(xiàn)，運行系統(tǒng)時仿真時間是測量仿真系統(tǒng)的計算負(fù)擔(dān)的重要因素。實時仿真物理系統(tǒng)的各個領(lǐng)域（機

17、械，電氣，液壓等）需要幾個因素的組合：模型的復(fù)雜性，組件選擇和設(shè)置。什么是正在這里概述是所有這組件和的布置桌面模擬和實時之一之間的比較。模型設(shè)置的目的是要避免不必要的連接，循環(huán)和其他不必要的項目用于當(dāng)模型成功運行的起點。有許多事件上的模擬，諸如，液壓動力單元，開關(guān)，閥，輸入信號，物理傳感器和其他物理事件，可以在模擬過程中呈現(xiàn)挑戰(zhàn)性的環(huán)境?？偨Y(jié)和結(jié)論兩個RBPT規(guī)范使用的概念都分析了，然后一個方法是在這些工業(yè)擠壓工具的設(shè)計，配置和重新配置方案。作者進一步去呈現(xiàn)用這些COTS模塊就可以去實現(xiàn)的不同的范圍配置。這些機電模塊可以導(dǎo)致擠壓工具可重新配置，也可以實現(xiàn)在RMS所描繪的特征。從模擬的結(jié)果，從仿

18、真和機電一體化實驗室在技術(shù)上，比勒陀利亞，南非的茨瓦大學(xué)工業(yè)工程系調(diào)查的RBPT液壓控制系統(tǒng)的性能實驗室測試臺練習(xí)的結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)用于同步的氣缸是成功的。未來的工作將涉及尋找液壓元件，合適的模塊化的比例控制器和相應(yīng)的加壓工具組件的商業(yè)化相當(dāng)大的一部分工作，被整合到所設(shè)計的結(jié)構(gòu)。這也將涉及所提出的方法進行仿真和有限元分析。穩(wěn)定性和剛度的測試也將進行;這也將需要加以考慮的是用于改變從一個配置到下一個的斜坡上升時間問題。重新配置時間和優(yōu)化成為在工業(yè)上應(yīng)用這些沖壓工具的一個關(guān)鍵問題。思想也將需要思考上，相對于所述沖壓工具以用于開發(fā)模塊化工具的制造系統(tǒng)的模塊化設(shè)計在這些線路方面暗示的影響。17致謝

19、O. T. Adenuga和K.姆波富感謝茨瓦尼科技大學(xué)和國家研究基金會的特權(quán)進行這項研究。參考1Li G，Khajepour，A.魯棒控制使用回步進技術(shù)，液壓驅(qū)動的靈活的手臂。雜志聲和振動2005; 280：759-775。2 Wu MC, Shih, MC. 采用了側(cè)滑型PWM控制液壓制動防抱死系統(tǒng)仿真與實驗研究。機電一體化2003; 13：331-351。3 Lee SU, Chang PH.。重型挖掘機器人的控制使用帶整體滑動面延時控制?？刂乒こ虒嵺`2002; 10：697-711。4 Alleyne A, Liu R：一種強行控制電液系統(tǒng)的簡化方法?？刂乒こ蘌ractice.2000

20、;8：1347年至1356年。5 Hogan P, Burrows CR。同步不均勻，加載液壓缸。在ASME流體動力論文集與系統(tǒng)科技事業(yè)部; 1994年; 1：75-80頁。6 Xiong YF, Lequoc S, Cheng RMH。的自適應(yīng)控制同步伺服系統(tǒng)，SAE技術(shù)論Series1992：1-5。7 Koren Y。交叉耦合雙軸電腦控制制造系統(tǒng)。動態(tài)系統(tǒng)期刊，測量和控制1980; 102：265-272。8 Chiu GTC.。多軸機械的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：理論與應(yīng)用，以機械加工和計算機磁盤文件系統(tǒng)，博士學(xué)位加州論文，大學(xué)伯克利分校，1994年9 Chick SE, Olsen TL, Sethuraman K, Steck