專利名稱：一種液壓缸同步控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓傳動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液壓缸同步控制裝置及其控制 方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，普遍存在采用兩個或兩個以上液壓缸同步驅(qū)動一個設(shè)備或多個獨 立設(shè)備的情況，為了實現(xiàn)兩個或兩個以上液壓缸之間的同步功能，通常采用以下兩種同步 控制方式一種是純液壓回路方式，即一組液壓缸由同一個普通換向閥控制，各液壓缸間的 同步狀況可通過安裝在每個液壓缸進(jìn)出油管支路上的節(jié)流閥來微調(diào)；另一種是電控方式， 這種控制方式要求每個液壓缸均具有位置傳感器(如磁致伸縮型位置傳感器等)，并且每 個液壓缸分別由一個比例調(diào)節(jié)閥控制。為了同步控制，在一組液壓缸中選定一個液壓缸作 為主動液壓缸，其余的液壓缸則作為從動液壓缸，不論是主動液壓缸，還是從動液壓缸，每 個液壓缸均采用獨立的位置和速度雙閉環(huán)控制；各個液壓缸的位置給定值相同，而實際位 置值則由各個液壓缸的位置傳感器給出；對于主動液壓缸，其位置閉環(huán)中的位置調(diào)節(jié)器的 輸出值為其速度閉環(huán)的速度給定值，而對于從動液壓缸，則將其位置閉環(huán)中的位置調(diào)節(jié)器 的輸出值作為其速度閉環(huán)的速度主給定值，并將主從液壓缸的實際速度偏差乘上一個固定 系數(shù)后作為從動液壓缸速度閉環(huán)的速度附加給定值，兩者累加后作為從動液壓缸的速度總 給定值。增加從動液壓缸的附加速度給定值，其目的是通過主從液壓缸的實際速度偏差動 態(tài)修正從動液壓缸的移動速度，從而實現(xiàn)從動液壓缸能夠很好地跟隨其主動液壓缸，由此 獲得主從液壓缸的動態(tài)同步移動。對于上面所述的純液壓回路方式的液壓缸同步控制方式，應(yīng)該說一種同步精度和 同步穩(wěn)定性均較低的液壓缸同步控制方式，在實際使用中需要頻繁調(diào)整液壓缸進(jìn)出油管支 路上的節(jié)流閥，否則無法獲得液壓缸間的相對同步移動。而對于上述的電控方式的液壓 缸同步控制，雖然，在從動液壓缸的速度閉環(huán)控制中增加了主從液壓缸的速度偏差修正， 但是，這種液壓同步控制方式動態(tài)同步精度和魯棒性均不是很高，在實際使用中也存在以 下問題(1)當(dāng)從動液壓缸出現(xiàn)一定的內(nèi)泄時，該從動液壓缸將可能與主動液壓缸不同步； (2)當(dāng)從動液壓缸在移動過程中出現(xiàn)嚴(yán)重受阻時，該從動液壓缸將與主動液壓缸不同步； ⑶在主從液壓缸快速移動的情況下，即在主從液壓缸的比例調(diào)節(jié)閥大開口度的情況下，從 動液壓缸的主從速度偏差修正的效果有限，即從動液壓缸比例調(diào)節(jié)閥的開口度已處于最大 開口度，在這種情況下，一旦從動液壓缸滯后于主動液壓缸，從動液壓缸將無法加速跟隨其 主動液壓缸，這樣，必然出現(xiàn)主從液壓缸的動態(tài)不同步；(4)考慮到液壓同步控制程序的執(zhí) 行周期以及比例調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)時間，這種僅對從動液壓缸進(jìn)行主從液壓缸速度偏差修正， 無法保證主從液壓缸的動態(tài)同步。針對液壓缸的內(nèi)泄問題，在實際生產(chǎn)中，這是一個普遍存 在的現(xiàn)象，對于單個液壓缸驅(qū)動的設(shè)備，液壓缸出現(xiàn)一定量的內(nèi)泄可能對設(shè)備的運(yùn)行和工 藝控制不會產(chǎn)生太大的影響，然而，對于多個液壓缸同步驅(qū)動的設(shè)備，尤其是對大規(guī)格液壓 缸同步驅(qū)動的大型設(shè)備，如果采用以往的液壓缸同步控制方案，一旦任何一個從動液壓缸
5出現(xiàn)一定量的內(nèi)泄，內(nèi)泄的液壓缸將無法與其它液壓缸同步移動，這樣就無法保證設(shè)備安 全穩(wěn)定的移動，在這種情況下，只有停產(chǎn)更換內(nèi)泄的液壓缸，才能恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。然 而，對于一個大規(guī)格的液壓缸，在線更換通?？赡苄枰荛L的停產(chǎn)時間(如十幾個小時)， 這樣必然給生產(chǎn)的穩(wěn)定順行帶來嚴(yán)重影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度高魯棒性的液壓缸同步控制方案，該液壓缸同 步控制方案不僅可以使多液壓缸實現(xiàn)高精度的同步，而且還具有很強(qiáng)的魯棒性，即在液壓 缸出現(xiàn)一定量的內(nèi)泄以及比例調(diào)節(jié)閥響應(yīng)特性不一致的情況下，仍可實現(xiàn)液壓缸高精度的 同步移動。這樣不僅大大地延長了液壓缸的使用壽命，同時也避免了停產(chǎn)更換內(nèi)泄液壓缸 的故障發(fā)生。具體技術(shù)方案如下一種液壓缸同步控制裝置，包括設(shè)備本體，1個主動液壓缸，η個從動液壓缸，η+1 個比例調(diào)節(jié)閥以及η+1個液控單向閥，其中，所述主動液壓缸和所有從動液壓缸與設(shè)備本 體連接并對其進(jìn)行同步驅(qū)動，所述所述主動液壓缸和所有從動液壓缸各連接有一個比例調(diào) 節(jié)閥，并由比例調(diào)節(jié)閥控制，所述每個液控單向閥安裝在各比例調(diào)節(jié)閥后兩個管線上。進(jìn)一步地，所述η為從動液壓缸的個數(shù)，所述主動液壓缸和所有從動液壓缸均設(shè) 有活塞位置檢測編碼器，所述活塞位置檢測編碼器用于檢測活塞位置并可傳送信號至比例 調(diào)節(jié)閥和/或液控單向閥。進(jìn)一步地，所述液控單向閥設(shè)置在各液壓缸與比例調(diào)節(jié)閥之間，并分別連接至各 液壓缸的活塞兩側(cè)的缸體。上述液壓缸同步控制裝置的控制方法，設(shè)定主動液壓缸同步控制程序與從動液壓 缸同步控制程序，其算法如下(1)控制檢測主動液壓缸的位置實際值；(2)控制檢測各個從動液壓缸的位置實際值；(3)控制判斷與主動液壓缸在同一方向移動且落后于主動液壓缸位置最多的從動 液壓缸；(4)確定步驟⑶中的位置差值；(5)根據(jù)步驟(4)中的位置差值，對主動液壓缸的移動速度進(jìn)行修正，縮小主動液 壓缸與落后于主動液壓缸位置最多的從動液壓缸間的動態(tài)位置差。進(jìn)一步地，步驟(5)中，進(jìn)一步地，(5-1)在程序中設(shè)定一個主從液壓缸動態(tài)同步控制精度設(shè)定范圍；(5-2)當(dāng)主從液壓缸同步前進(jìn)移動時，選擇主動液壓缸與各從動液壓缸的位置差 值中的最大值來控制主動液壓缸的前進(jìn)使能；(5-3)當(dāng)主從液壓缸后退移動時，選擇主動液壓缸與各從動液壓缸的位置差值中 的最小值來控制主動液壓缸的后退使能；(5-4)對各從動液壓缸的同步控制，使用各從動液壓缸與主動液壓缸間的實際位 置差值來修正各從動液壓缸的移動速度，以縮小各從動液壓缸與主動液壓缸間的動態(tài)位置差。
進(jìn)一步地，對于從動液壓缸的前進(jìn)和后退移動，其控制為，在步驟(5-2)中，當(dāng)主 從液壓缸同步前進(jìn)移動時，選擇各從動液壓缸與主動液壓缸的位置差值來控制各從動液壓 缸的前進(jìn)使能；在步驟(5-3)中，當(dāng)主從液壓缸同步后退移動時，仍然選擇各從動液壓缸與 主動液壓缸的位置差值來控制各從動液壓缸的后退使能。進(jìn)一步地，主動液壓缸在驅(qū)動過程中具有前進(jìn)移動和后退移動兩個狀態(tài)，其中對 于主動液壓缸前進(jìn)移動的同步控制的算法如下設(shè)置液壓缸靜態(tài)定位精度范圍和液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍，主動液壓缸與各 從動液壓缸的位置差值中的最大值為ASms _，液壓缸位置給定值與主動液壓缸位置實際 值的偏差值為ASm ；當(dāng)液壓缸的位置給定值$大于主動液壓缸的實際位置值時，同步控制程序中的數(shù) 值比較單元MYTCn+7的QU端口為‘1，態(tài)，數(shù)值比較單元MYTCn+8的輸出為Δ Sms max ；當(dāng)主動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元MYTCn+12判定出Asffl大于液壓缸靜 態(tài)定位精度要求，并且數(shù)值比較單元MYTCn+14判定出△ Sms _在動態(tài)同步控制精度范圍內(nèi) 時，主動液壓缸的前進(jìn)使能控制信號Aemf為‘1’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各 調(diào)節(jié)器被釋放，主動液壓缸進(jìn)行同步前進(jìn)移動；當(dāng)數(shù)值比較單元MYTCn+12判定出Δ sGM小于或等于液壓缸靜態(tài)定位精度要求，或 數(shù)值比較單元MYTCn+14判定出Δ Sms max超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍時，主動液壓缸 的前進(jìn)使能控制信號Aemf為‘0’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各調(diào)節(jié)器被封鎖， 主動液壓缸將停止前進(jìn)移動。進(jìn)一步地，主動液壓缸在驅(qū)動過程中具有前進(jìn)移動和后退移動兩個狀態(tài)，其中對 于主動液壓缸后退移動的同步控制的算法如下設(shè)置液壓缸靜態(tài)定位精度范圍和液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍，主動液壓缸與各 從動液壓缸的位置差值中的最小值為ASms min，液壓缸位置給定值與主動液壓缸位置實際 值的偏差值為ASm ；當(dāng)液壓缸的位置給定值私小于主動液壓缸的實際位置值時，同步控制程序中的數(shù) 值比較單元MYTCn+7的QU端口為‘0，態(tài)，數(shù)值比較單元MYTCn+8的輸出為Δ Sms min ；當(dāng)主動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元MYTCn+13判定出Asffl大于液壓缸靜 態(tài)定位精度要求，并且數(shù)值比較單元MYTCn+15判定出△ Sms min在動態(tài)同步控制精度范圍內(nèi) 時，主動液壓缸的后退使能控制信號Aemb為‘1’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各 調(diào)節(jié)器被釋放，主動液壓缸進(jìn)行同步后退移動；當(dāng)數(shù)值比較單元MYTCn+13判定出Δ sGM小于或等于液壓缸靜態(tài)定位精度要求，或 數(shù)值比較單元MYTCn+15判定出AStismin已超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍時，主動液壓 缸的后退使能控制信號Aemb為‘0’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各調(diào)節(jié)器被封 鎖，主動液壓缸將停止后退移動。進(jìn)一步地，從動液壓缸在驅(qū)動過程中具有前進(jìn)移動和后退移動兩個狀態(tài)，其中對 于從動液壓缸前進(jìn)移動的同步控制的算法如下設(shè)置液壓缸靜態(tài)定位精度范圍和液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍，Δ Sesn為液壓缸 位置給定值與第η個從動液壓缸位置實際值的偏差值，Δ Ssiim為第η個從動液壓缸與主動液 壓缸實際位置的偏差值；
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當(dāng)從動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元CYTCn+9n判定出Δ sGSn大于液壓缸 靜態(tài)定位精度要求，并且數(shù)值比較單元CYTCn+lln判定出△ SSnM在動態(tài)同步控制精度范圍 內(nèi)時，第η個從動液壓缸的前進(jìn)使能控制信號Aeshf* ‘1’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控 制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被釋放，該從動液壓缸進(jìn)行同步前進(jìn)移動；當(dāng)數(shù)值比較單元CYTCn+9n判定出Δ sGSn小于或等于液壓缸靜態(tài)定位精度要求，或 數(shù)值比較單元CYTCn+lln判定出Δ SSnM超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍時，該從動液壓 缸的前進(jìn)使能控制信號AESnF為‘0’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被封 鎖，該從動液壓缸將停止前進(jìn)移動。進(jìn)一步地，從動液壓缸在驅(qū)動過程中具有前進(jìn)移動和后退移動兩個狀態(tài)，其中對 于從動液壓缸后退移動的同步控制的算法如下設(shè)置液壓缸靜態(tài)定位精度范圍和液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍，Δ Sesn為液壓缸 位置給定值與第η個從動液壓缸位置實際值的偏差值，Δ Ssiim為第η個從動液壓缸與主動液 壓缸實際位置的偏差值；當(dāng)從動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元CYTCn+lOn判定出Δ sGSn大于液壓缸 靜態(tài)定位精度要求，并且數(shù)值比較單元CYTCn+12n判定出△ SSnM在動態(tài)同步控制精度范圍 內(nèi))時，此第η個從動液壓缸的后退使能控制信號Aeshb* ‘1’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同 步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被釋放，該從動液壓缸進(jìn)行同步后退移；當(dāng)數(shù)值比較單元CYTCn+lOn判定出Δ sGSn小于或等于液壓缸靜態(tài)定位精度要求， 或數(shù)值比較單元CYTCn+12n判定出Δ SSnM超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍時，該從動液 壓缸的后退使能控制信號Aeshb為‘0’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被 封鎖，該從動液壓缸將停止后退移動。


圖1為高精度高魯棒性液壓缸同步控制方案的典型硬件配置示意2為具有高精度高魯棒性的主動液壓缸同步控制程序結(jié)構(gòu)3為具有高精度高魯棒性的從動液壓缸同步控制程序結(jié)構(gòu)4為大H型鋼2#堆垛磁盤吊左右兩側(cè)橫移液壓缸靜態(tài)位置同步精度圖5為大H型鋼2#堆垛磁盤吊左右兩側(cè)橫移液壓缸動態(tài)位置偏差
具體實施例方式下面根據(jù)附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的一種優(yōu)選實 施例。對于該高精度高魯棒性的液壓缸同步控制方案，其典型的硬件配置示意圖如圖1 所示。該高精度高魯棒性液壓同步控制方案的設(shè)備硬件主要由η+1 (η為從動液壓缸的個 數(shù))帶活塞位置檢測編碼器的液壓缸、η+1個比例調(diào)節(jié)閥以及安裝在每個比例調(diào)節(jié)閥后兩 個管線上的液控單向閥等所組成。該高精度高魯棒性液壓同步控制方案的控制程序有兩個部分組成，即主動液壓缸 同步控制程序和從動液壓缸同步控制程序，兩者的控制程序結(jié)構(gòu)圖分別如圖2和圖3所 示。在上圖2和圖3中，私為主從液壓缸的位置給定值；Sa。t.M為主動液壓缸的位置實際值；
8Sac,sl>Sac,S2以及Sa。t.sn*別為第1個、第2個以及第η個從動液壓缸的位置實際值；ASB1、 Δ Sms2和Δ SBn分別為主動液壓缸與第1個、第2個以及第η個從動液壓缸實際位置的偏差 值；Δ SeM為液壓缸位置給定值與主動液壓缸位置實際值的偏差值；Δ Ssiim為第η個從動液 壓缸與主動液壓缸實際位置的偏差值；Δ Sesn為液壓缸位置給定值與第η個從動液壓缸位 置實際值的偏差值；<^和《；>分別為主從液壓缸移動速度給定值；ΔηΜ和Ansn分別為主動 液壓缸以及第η個從動液壓缸移動速度修正值；Σ‘和!>〗 分別為主動液壓缸以及第η個 從動液壓缸的總速度給定值；na。t.M和na。t.sn分別為主從液壓缸移動速度實際值；Um和Usn分 別為主從液壓缸速度調(diào)節(jié)器的輸出值，即主從液壓缸比例調(diào)節(jié)閥的主控制電壓；Um min和Usn min分別為主從液壓缸比例調(diào)節(jié)閥的最小控制電壓；Σ Um和Σ Usn分別為主從液壓缸比例調(diào) 節(jié)閥的總控制電壓；Aem和AESn分別為主從液壓缸同步控制單元調(diào)節(jié)器使能控制信號。設(shè)主 從液壓缸的靜態(tài)定位精度要求小于士0. 5mm ；考慮到液壓同步控制系統(tǒng)存在一定的響應(yīng)時 間(即控制滯后時間)，在液壓同步控制系統(tǒng)一定的情況下，主從液壓缸正常工作時的移動 速度越低，則主從液壓缸的動態(tài)同步精度越高，反之，主從液壓缸的動態(tài)同步精度越低?，F(xiàn) 設(shè)主從液壓缸的動態(tài)同步控制精度小于或等于士 Imm ；設(shè)主從液壓缸活塞桿完全縮回(即 后退)時位置值為0_，液壓缸活塞桿伸出(即前進(jìn))時的位置值為正值。對于該高精度 高魯棒性液壓同步控制方案，其主動液壓缸的同步控制采用主動液壓缸與在同一方向移動 且落后于主動液壓缸位置最多的從動液壓缸間的位置差值來修正主動液壓缸的移動速度， 以縮小主動液壓缸與移動最慢的從動液壓缸間的動態(tài)位置差。另外，為了確保主動液壓缸 與各從動液壓缸的動態(tài)同步控制精度始終維持在設(shè)定的范圍內(nèi)，在主從液壓缸同步前進(jìn)移 動時，選擇主動液壓缸與各從動液壓缸的位置差值中的最大值(ASb _)來控制主動液壓 缸的前進(jìn)使能，即將ASMSmax小于主從液壓缸動態(tài)同步控制精度設(shè)定值(+Imm)作為主動液 壓缸前進(jìn)使能控制信號(A-EMF)釋放的條件之一；在主從液壓缸后退移動時，則選擇主動 液壓缸與各從動液壓缸的位置差值中的最小值(ASms min)來控制主動液壓缸的后退使能， 即將ASms min大于主從液壓缸動態(tài)同步控制精度設(shè)定值(-Imm)作為主動液壓缸后退使能 信號(A-EMB)釋放的條件之一。對于各從動液壓缸的同步控制，則使用各從動液壓缸與主 動液壓缸間的實際位置差值來修正各從動液壓缸的移動速度，以縮小各從動液壓缸與主動 液壓缸間的動態(tài)位置差。另外，為了確保各從動液壓缸與主動液壓缸的動態(tài)同步控制精 度始終維持在設(shè)定的范圍內(nèi)，在主從液壓缸同步前進(jìn)移動時，選擇各從動液壓缸與主動液 壓缸的位置差值(ASshm)來控制各從動液壓缸的前進(jìn)使能，即將ASsnll小于主從液壓缸動 態(tài)同步控制精度設(shè)定值(+Imm)作為該從動液壓缸前進(jìn)使能控制信號(A-EsnF)釋放的條 件之一；在主從液壓缸同步后退移動時，仍然選擇各從動液壓缸與主動液壓缸的位置差值 (ASsiim)來控制各從動液壓缸的后退使能，即將Δ Sshm大于主從液壓缸動態(tài)同步控制精度設(shè) 定值(-Imm)作為該從動液壓缸后退使能控制信號(A-EsnB)釋放的條件之一?？紤]到液 壓比例調(diào)節(jié)閥的閥芯存在零位漂移的現(xiàn)象以及主從液壓缸的同步控制均采用比例積分調(diào) 節(jié)器(PI)來實現(xiàn)主從液壓缸的移動位置和移動速度的閉環(huán)控制，故此，為了保證主從液壓 缸在微動時仍然具有較快的響應(yīng)，在主從液壓缸的同步控制程序中分別設(shè)置了比例調(diào)節(jié)閥 正反向最小控制電壓Um min(主動液壓缸)和Usnmin(從動液壓缸)的控制單元。這樣，對于 主動液壓缸前進(jìn)移動的同步控制，由上圖2主動液壓缸同步控制程序結(jié)構(gòu)圖可知，當(dāng)液壓 缸的位置給定值(實)大于主動液壓缸的實際位置值時，同步控制程序中的數(shù)值比較單元(MYTCn+7)的QU端口為‘1’態(tài)，數(shù)值比較單元(MYTCn+8)的輸出為ASms χ0這樣，當(dāng)主動 液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元(MYTCn+12)判定出Asm大于0.5mm(即液壓缸給定 位置與主動液壓缸實際位置的相對值大于0. 5mm,大于液壓缸靜態(tài)定位精度要求。)，并且 數(shù)值比較單元(MYTCn+14)判定出Δ Sms _小于Imm(即主動液壓缸實際位置與前進(jìn)移動中 最慢的從動液壓缸實際位置的相對值仍然在動態(tài)同步控制精度范圍內(nèi))時，主動液壓缸的 前進(jìn)使能控制信號Aemf為‘1’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各調(diào)節(jié)器被釋放，主 動液壓缸進(jìn)行同步前進(jìn)移動。但是，一旦數(shù)值比較單元(MYTCn+12)判定出Δ SeM小于或等 于0. 5mm(即液壓缸給定位置與主動液壓缸實際位置的相對值小于或等于0. 5mm,小于液壓 缸靜態(tài)定位精度要求。)，或數(shù)值比較單元(MYTCn+14)判定出ASMSmax大于或等于Imm(即 主動液壓缸實際位置與前進(jìn)移動中最慢的從動液壓缸實際位置的相對值已超出液壓缸動 態(tài)同步控制精度范圍)時，主動液壓缸的前進(jìn)使能控制信號Aemf為‘0’態(tài)，這樣，主動液壓 缸同步控制系統(tǒng)中的各調(diào)節(jié)器被封鎖，主動液壓缸將停止前進(jìn)移動。同樣，對于主動液壓缸 后退移動的同步控制，由上圖2主動液壓缸同步控制程序結(jié)構(gòu)圖可知，當(dāng)液壓缸的位置給 定值(呢)小于主動液壓缸的實際位置值時，同步控制程序中的數(shù)值比較單元(MYTCn+7)的 QU端口為‘0’態(tài)，數(shù)值比較單元(MYTCn+8)的輸出為Δ Sms min。這樣，當(dāng)主動液壓缸同步控 制程序中數(shù)值比較單元(MYTCn+13)判定出Asm小于-0.5mm(即液壓缸給定位置與主動液 壓缸實際位置的相對值大于0. 5mm,大于液壓缸靜態(tài)定位精度要求。)，并且數(shù)值比較單元 (MYTCn+15)判定出ASms min大于-Imm(即主動液壓缸實際位置與后退移動中最慢的從動液 壓缸實際位置的相對值仍然在動態(tài)同步控制精度范圍內(nèi))時，主動液壓缸的后退使能控制 信號Aemb為‘1’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各調(diào)節(jié)器被釋放，主動液壓缸進(jìn)行 同步后退移動。但是，一旦數(shù)值比較單元(MYTCn+13)判定出Δ SeM大于或等于-0.5mm(即 液壓缸給定位置與主動液壓缸實際位置的相對值小于或等于0. 5mm,小于液壓缸靜態(tài)定位 精度要求。)，或數(shù)值比較單元(MYTCn+15)判定出ASBmin小于或等于-lmm(即主動液壓缸 實際位置與后退移動中最慢的從動液壓缸實際位置的相對值已超出液壓缸動態(tài)同步控制 精度范圍)時，主動液壓缸的后退使能控制信號Aemb為‘0’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系 統(tǒng)中的各調(diào)節(jié)器被封鎖，主動液壓缸將停止后退移動。對于從動液壓缸前進(jìn)移動的同步控 制，由上圖3從動液壓缸同步控制程序結(jié)構(gòu)圖可知，當(dāng)從動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比 較單元(CYTCn+9n)判定出Δ sGSn大于0. 5mm(即液壓缸給定位置與第η個動液壓缸實際位 置的相對值大于0. 5mm，大于液壓缸靜態(tài)定位精度要求。)，并且數(shù)值比較單元(CYTCn+lln) 判定出Δ Sshm小于lmm(即第η個從動液壓缸實際位置與主動液壓缸實際位置的相對值仍 然在動態(tài)同步控制精度范圍內(nèi))時，此第η個從動液壓缸的前進(jìn)使能控制信號AESnF* ‘1’ 態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被釋放，該從動液壓缸進(jìn)行同步前進(jìn)移 動。但是，一旦數(shù)值比較單元(CYTCn+9n)判定出Δ S(Sn小于或等于0. 5mm(即液壓缸給定 位置與第η個從動液壓缸實際位置的相對值小于或等于0. 5mm,小于液壓缸靜態(tài)定位精度 要求。)，或數(shù)值比較單元(CYTCn+lln)判定出Δ SSnM大于或等于Imm(即第η個從動液壓 缸實際位置與主動液壓缸實際位置的相對值已超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍)時，該 從動液壓缸的前進(jìn)使能控制信號AESnF為‘0’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控制相關(guān)的各調(diào) 節(jié)器被封鎖，該從動液壓缸將停止前進(jìn)移動。同樣，對于從動液壓缸后退移動的同步控制， 由上圖3從動液壓缸同步控制程序結(jié)構(gòu)圖可知，當(dāng)從動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元(CYTCn+lOn)判定出Δ sGSn小于-0. 5mm(即液壓缸給定位置與第η個動液壓缸實際位置 的相對值大于0. 5mm,大于液壓缸靜態(tài)定位精度要求。)，并且數(shù)值比較單元(CYTCn+12n)判 定出Δ Sshm大于-lmm(即第η個從動液壓缸實際位置與主動液壓缸實際位置的相對值仍然 在動態(tài)同步控制精度范圍內(nèi))時，此第η個從動液壓缸的后退使能控制信號Aeshb為‘1’態(tài)， 這樣，與此從動液壓缸同步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被釋放，該從動液壓缸進(jìn)行同步后退移動。 但是，一旦數(shù)值比較單元(CYTCn+lOn)判定出Δ seSn大于或等于-0. 5mm(即液壓缸給定位 置與第η個從動液壓缸實際位置的相對值小于或等于0. 5mm,小于液壓缸靜態(tài)定位精度要 求。)，或數(shù)值比較單元(CYTCn+12n)判定出Δ SSnM小于或等于-Imm(即第η個從動液壓缸 實際位置與主動液壓缸實際位置的相對值已超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍)時，該從 動液壓缸的后退使能控制信號Aeshb為‘0’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié) 器被封鎖，該從動液壓缸將停止后退移動。試驗中，馬鋼大H型鋼生產(chǎn)線堆垛磁盤吊的橫移以及四段冷床本體的平移均采用 多個液壓缸同步驅(qū)動，兩者的液壓缸同步控制原程序均由西門子電氣公司提供。然而，在投 產(chǎn)后的實際使用過程中，兩者的驅(qū)動液壓缸靜動態(tài)同步始終存在問題，時常造成堆垛磁盤 吊因歪斜而無法堆垛以及冷床上軋件因歪斜而無法下冷床的現(xiàn)象。通過對原液壓缸同步控 制程序的分析，我們發(fā)現(xiàn)原液壓同步控制的精度對液壓系統(tǒng)的硬件完好性要求較高，一旦 某個液壓元件的完好性變差(如某個液壓缸存在一定的內(nèi)泄等等)，原液壓同步控制程序 將無法保證液壓缸的靜動態(tài)同步精度，即原液壓同步控制系統(tǒng)的魯棒性低。為了提高液壓 缸同步控制的魯棒性，我們發(fā)明了一種具有高精度高魯棒性的液壓缸同步控制方案。馬鋼 大H型鋼生產(chǎn)線堆垛磁盤吊橫移以及四段冷床本體平移分別在實驗中采用了這種高精度 高魯棒性的液壓缸同步控制方案，實際使用效果很好。馬鋼大H型鋼2#堆垛磁盤吊左右兩 側(cè)橫移液壓缸采用該液壓同步控制方案后其靜動態(tài)位置同步精度分別如圖4和5所示，而 由圖4和5可知，馬鋼大H型鋼2#堆垛磁盤吊左右兩側(cè)橫移液壓缸的靜態(tài)位置偏差幾乎為 零，而其動態(tài)同步位置偏差小于和等于1mm，完全滿足H型鋼堆垛磁盤吊對驅(qū)動液壓缸同步 控制精度的要求。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用 于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種液壓缸同步控制裝置，其特征在于，包括設(shè)備本體，1個主動液壓缸，n個從動液壓缸，n+1個比例調(diào)節(jié)閥以及n+1個液控單向閥，其中，所述主動液壓缸和所有從動液壓缸與設(shè)備本體連接并對其進(jìn)行同步驅(qū)動，所述主動液壓缸和所有從動液壓缸各連接有一個比例調(diào)節(jié)閥，并由比例調(diào)節(jié)閥控制，所述每個液控單向閥安裝在各比例調(diào)節(jié)閥后兩個管線上。
2.如權(quán)利要求1所述的液壓缸同步控制裝置，其特征在于，所述η為從動液壓缸的個 數(shù)，所述主動液壓缸和所有從動液壓缸均設(shè)有活塞位置檢測編碼器，所述活塞位置檢測編 碼器用于檢測液壓缸活塞的位置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液壓缸同步控制裝置，其特征在于，所述液控單向閥設(shè)置在 各液壓缸與比例調(diào)節(jié)閥之間的管線上。
4.如權(quán)利要求1-3所述液壓缸同步控制裝置的控制方法，其特征在于，設(shè)定主動液壓 缸同步控制程序與從動液壓缸同步控制程序，其算法如下(1)控制檢測主動液壓缸的位置實際值；(2)控制檢測各個從動液壓缸的位置實際值；(3)控制判斷與主動液壓缸在同一方向移動且落后于主動液壓缸位置最多的從動液壓缸；(4)確定步驟(3)中的位置差值；(5)根據(jù)步驟(4)中的位置差值，對主動液壓缸的移動速度進(jìn)行修正，縮小主動液壓缸 與落后于主動液壓缸位置最多的從動液壓缸間的動態(tài)位置差。
5.如權(quán)利要求4所述的液壓缸同步控制裝置的控制方法，其特征在于，步驟(5)中，進(jìn) 一步地，(5-1)在程序中設(shè)定一個主從液壓缸動態(tài)同步控制精度設(shè)定范圍；(5-2)當(dāng)主從液壓缸同步前進(jìn)移動時，選擇主動液壓缸與各從動液壓缸的位置差值中 的最大值來控制主動液壓缸的前進(jìn)使能；(5-3)當(dāng)主從液壓缸后退移動時，選擇主動液壓缸與各從動液壓缸的位置差值中的最 小值來控制主動液壓缸的后退使能；(5-4)對各從動液壓缸的同步控制，使用各從動液壓缸與主動液壓缸間的實際位置差 值來修正各從動液壓缸的移動速度，以縮小各從動液壓缸與主動液壓缸間的動態(tài)位置差。
6.如權(quán)利要求5所述的液壓缸同步控制裝置的控制方法，其特征在于，對于從動液壓 缸的前進(jìn)和后退移動，其控制為，在步驟(5-2)中，當(dāng)主從液壓缸同步前進(jìn)移動時，選擇各 從動液壓缸與主動液壓缸的位置差值來控制各從動液壓缸的前進(jìn)使能；在步驟(5-3)中， 當(dāng)主從液壓缸同步后退移動時，仍然選擇各從動液壓缸與主動液壓缸的位置差值來控制各 從動液壓缸的后退使能。
7.如權(quán)利要求4-6中任一項所述的液壓缸同步控制裝置的控制方法，其特征在于，主 動液壓缸在驅(qū)動過程中具有前進(jìn)移動和后退移動兩個狀態(tài)，其中對于主動液壓缸前進(jìn)移動 的同步控制的算法如下(1)設(shè)置液壓缸靜態(tài)定位精度范圍和液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍，主動液壓缸與各 從動液壓缸的位置差值中的最大值為ASms _，液壓缸位置給定值與主動液壓缸位置實際 值的偏差值為ASm ；(2)當(dāng)液壓缸的位置給定值$大于主動液壓缸的實際位置值時，同步控制程序中的數(shù)值比較單元MYTCn+7的QU端口為‘1，態(tài)，數(shù)值比較單元MYTCn+8的輸出為Δ Sms max ；(3)當(dāng)主動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元MYTCn+12判定出Asffl大于液壓缸靜 態(tài)定位精度要求，并且數(shù)值比較單元MYTCn+14判定出△ Sms _在液壓缸動態(tài)同步控制精度 范圍內(nèi)時，主動液壓缸的前進(jìn)使能控制信號Aemf為‘1’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng) 中的各調(diào)節(jié)器被釋放，主動液壓缸進(jìn)行同步前進(jìn)移動；(4)當(dāng)數(shù)值比較單元MYTCn+12判定出ΔseM小于或等于液壓缸靜態(tài)定位精度要求，或 數(shù)值比較單元MYTCn+14判定出ASms _大于或等于液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍時，主動 液壓缸的前進(jìn)使能控制信號Aemf為‘0’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各調(diào)節(jié)器被 封鎖，主動液壓缸將停止前進(jìn)移動。
8.如權(quán)利要求4-6中任一項所述的液壓缸同步控制裝置的控制方法，其特征在于，主 動液壓缸在驅(qū)動過程中具有前進(jìn)移動和后退移動兩個狀態(tài)，其中對于主動液壓缸后退移動 的同步控制的算法如下(1)設(shè)置液壓缸靜態(tài)定位精度范圍和液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍，主動液壓缸與各 從動液壓缸的位置差值中的最小值為ASms min，液壓缸位置給定值與主動液壓缸位置實際 值的偏差值為ASm ；(2)當(dāng)液壓缸的位置給定值實小于或等于主動液壓缸的實際位置值時，同步控制程序 中的數(shù)值比較單元MYTCn+7的QU端口為‘0’態(tài)，數(shù)值比較單元MYTCn+8的輸出為ASms min ；(3)當(dāng)主動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元MYTCn+13判定出Asffl大于液壓缸靜 態(tài)定位精度要求，并且數(shù)值比較單元MYTCn+15判定出△ Sms min在動態(tài)同步控制精度范圍內(nèi) 時，主動液壓缸的后退使能控制信號Aemb為‘1’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各 調(diào)節(jié)器被釋放，主動液壓缸進(jìn)行同步后退移動；(4)當(dāng)數(shù)值比較單元MYTCn+13判定出ΔseM小于或等于液壓缸靜態(tài)定位精度要求，或數(shù) 值比較單元MYTCn+15判定出Δ Sms min已超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍時，主動液壓缸 的后退使能控制信號Aemb為‘0’態(tài)，這樣，主動液壓缸同步控制系統(tǒng)中的各調(diào)節(jié)器被封鎖， 主動液壓缸將停止后退移動。
9.如權(quán)利要求4-6中任一項所述的液壓缸同步控制裝置的控制方法，其特征在于，從 動液壓缸在驅(qū)動過程中具有前進(jìn)移動和后退移動兩個狀態(tài)，其中對于從動液壓缸前進(jìn)移動 的同步控制的算法如下(1)設(shè)置液壓缸靜態(tài)定位精度范圍和液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍，ASesn為液壓缸位 置給定值與第η個從動液壓缸位置實際值的偏差值，Δ Ssiim為第η個從動液壓缸與主動液壓 缸實際位置的偏差值；(2)當(dāng)從動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元CYTCn+9n判定出Asesn大于液壓缸靜 態(tài)定位精度要求，并且數(shù)值比較單元CYTCn+lln判定出△ SSnM在動態(tài)同步控制精度范圍內(nèi) 時，第η個從動液壓缸的前進(jìn)使能控制信號Aeshf* ‘1’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控制 相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被釋放，該從動液壓缸進(jìn)行同步前進(jìn)移動；(3)當(dāng)數(shù)值比較單元CYTCn+9n判定出ΔseSn小于或等于液壓缸靜態(tài)定位精度要求，或 數(shù)值比較單元CYTCn+lln判定出Δ SSnM超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍時，該從動液壓 缸的前進(jìn)使能控制信號AESnF為‘0’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被封 鎖，該從動液壓缸將停止前進(jìn)移動。
10.如權(quán)利要求4-6中任一項所述的液壓缸同步控制裝置的控制方法，其特征在于，從 動液壓缸在驅(qū)動過程中具有前進(jìn)移動和后退移動兩個狀態(tài)，其中對于從動液壓缸后退移動 的同步控制的算法如下(1)設(shè)置液壓缸靜態(tài)定位精度范圍和液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍，ASesn為液壓缸位 置給定值與第η個從動液壓缸位置實際值的偏差值，Δ Ssiim為第η個從動液壓缸與主動液壓 缸實際位置的偏差值；(2)當(dāng)從動液壓缸同步控制程序中數(shù)值比較單元CYTCn+lOn判定出Asesn大于液壓缸 靜態(tài)定位精度要求，并且數(shù)值比較單元CYTCn+12n判定出△ SSnM在動態(tài)同步控制精度范圍 內(nèi))時，此第η個從動液壓缸的后退使能控制信號Aeshb* ‘1’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同 步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被釋放，該從動液壓缸進(jìn)行同步后退移；(3)當(dāng)數(shù)值比較單元CYTCn+lOn判定出ΔS(Sn小于或等于液壓缸靜態(tài)定位精度要求，或 數(shù)值比較單元CYTCn+12n判定出Δ SSnM超出液壓缸動態(tài)同步控制精度范圍時，該從動液壓 缸的后退使能控制信號Aeshb為‘0’態(tài)，這樣，與此從動液壓缸同步控制相關(guān)的各調(diào)節(jié)器被封 鎖，該從動液壓缸將停止后退移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓缸同步控制裝置及其控制方法，包括設(shè)備本體，1個主動液壓缸，n個從動液壓缸，n+1個比例調(diào)節(jié)閥以及n+1個液控單向閥，其中，所述主動液壓缸和所有從動液壓缸與設(shè)備本體連接并對其進(jìn)行同步驅(qū)動，所述主動液壓缸和所有從動液壓缸各連接有一個比例調(diào)節(jié)閥，并由比例調(diào)節(jié)閥控制，所述每個液控單向閥安裝在各比例調(diào)節(jié)閥后兩個管線上。
文檔編號F15B11/22GK101907109SQ20101025581
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者任斌, 葉光平, 徐璐 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司