CN104977954B - 一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法 - Google Patents

Abstract

一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法，包括以下步骤：根据动梁的当前速度创建一个速度控制闭环以实时控制动梁的速度，根据动梁的当前位置创建一个位置闭环控制实现对动梁的定位，用速度闭环控制动梁的运行速度，用位置闭环控制动梁运行所要到达的位置。在动梁运行过程中全程速度闭环控制，整个运行过程都很平稳，且速度的切换也会更平滑，不再有分段、超调、提前减速时间加长等问题，无突变输出也能更好的保护比例阀。动梁刹车时采用位置闭环控制，控制精度上有很大提高，重复精度也很好。压机的整体运行速度有所提高，整体性能有明显的提升。本发明结构简单，有较强的灵活性和适应性，使用起来简单方便，大步提高了产品质量、精度和性能。

Description

一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法

技术领域

本发明涉及应用到陶瓷压砖机，特别是陶瓷压砖机的动梁的运动控制方法。

背景技术

现有技术的陶瓷压砖机是通过液压驱动，具体是通过控制器向比例阀发送一定电压的电信号，控制比例阀的开度从而控制液压的大小。请参考图1，压砖机的主要结构是动梁11与模框12，动梁11与模框12之间放置有待压制的粉料，动梁11上端通有油液，从而产生液压，以驱动动梁11运行。

目前大家所公知的陶瓷压砖机控制***普遍采用普通PLC来控制压机的动作，整体的控制思路如图2，包括如下步骤：

D1：控制陶瓷压砖机的动梁运行。

D2：读取位移传感器的值。

D3：根据位移传感器的值判断动梁所处的阶段；若当前动梁处于开始起步区域，则跳转至步骤D4；若当前动梁处于快速运动区域，则跳转至步骤D5；若当前动梁处于刹车位置区域，则跳转至步骤D6。

D4：向液压比例阀输出0-10V的起步电压。

D5：向液压比例阀输出0-10V的快速电压。

D6：向液压比例阀输出0-10V的刹车电压。

这种控制模式是采集当前压机动梁的实时位置给PLC，PLC再根据动梁实时位置来判断动梁处于哪个阶段，然后通过模拟量输出模块来进行输出设定的动梁比例阀的开度。

这种公知的位置控制技术已经应用于陶瓷压砖机上多年，也是很成功的。但是这种技术存在以下的缺点：1、这些位置检测传感器都是模拟量形式，在陶瓷压砖机的现场工作环境中，模拟量受干扰和影响的因素有很多，这些位置传感器很容易受到干扰造成输入PLC的数据不准确；2、控制方法比较简单，根据不同的位置段，输出不同的模拟量来控制液压比例阀，这对于大物件的运动来说，容易造成分段效果，并且受制于上油箱的气压不稳定的情况，分段控制输出造成的动梁运动的重复性精度不高；3、分段输出来控制液压比例阀，在大开度与小开度之间没有一个过渡，运行时间久容易造成液压比例阀的损坏。4、分段输出控制很难去掌握压机动梁的实时速度(mm/s)，对操作者以及粉料要求比较高，容易造成砖坯不合格。

总而言之，现用的根据位置来进行分段输出模拟量给比例阀存在很多的问题，难以去保证动梁运行的重复精度，压机的整体性能不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，为陶瓷压砖机提供一个新的控制理念，一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法，从而解决现有控制***存在的抗干扰能力差、重复精度不高、控制精度不高、控制性能差的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：包括以下步骤：

步骤一:预设陶瓷压砖机的动梁的初始位置与目标位置，其中初始位置的绝对位移值为L0，目标位置的绝对位移值为L1；预设该动梁的加速度a1、快速运行速度Vs以及减速度a2；

步骤二：计算该动梁的开始刹车位置，其绝对位移值L2＝L1-Vs²/a2；

步骤三：向比例阀发送控制信号，控制动梁以加速度a1运行；

步骤四：测定该动梁的当前速度并与所述快速运行速度Vs比较，判断该动梁的当前速度是否达到快速运行速度Vs,若为是，则进入步骤五；否则跳转至步骤三；

步骤五：测定该动梁的当前速度，以快速运行速度Vs作为输入，以当前速度作为反馈，根据输入与反馈之间的误差进行PID(proportion integral derivative，比例积分微分)运算；

步骤六：向比例阀输出稳定的速度控制信号，将动梁的速度稳定在Vs；

步骤七：测定该动梁的当前位置并与所述开始刹车位置比较，判断该动梁是否已到达开始刹车位置，若为是，则进入步骤八，否则跳转至步骤五；

步骤八：向比例阀发送控制信号，控制动梁以减速度a2运行；

步骤九:测定该动梁的当前速度并判断该动梁的当前速度是否已达到零，若为是，则结束本方法；否则跳转至步骤八。

相比于现有技术，一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法根据动梁的当前速度创建一个速度控制闭环以实时控制动梁的速度，根据动梁的当前位置创建一个位置闭环控制实现对动梁的定位，用速度闭环控制动梁的运行速度，用位置闭环控制动梁运行所要到达的位置。动梁运行过程中，由于惯性以及上油箱的气压压力不同造成速度的不稳定均可利用速度闭环来进行控制，速度闭环保证了动梁稳定速度的运行，这样可以保证动梁与顶出装置的同步动作，会更好的保证砖坯的合格率，同时避免动梁速度设置不合理导致效率降低的情况。在动梁运行过程中全程速度闭环控制，动梁的整个运行过程都很平稳，并且速度的切换也会更平滑，不再有之前控制所体现的分段、超调、提前减速时间加长等问题，无突变输出也能更好的保护比例阀。另外，因为在动梁刹车时采用的是位置闭环控制，控制精度上有很大提高，重复精度也很好。压机的整体运行速度有所提高，整体性能有明显的提升。本发明结构简单，有较强的灵活性和适应性，使用起来简单方便，大步提高了产品质量、精度和性能。

进一步，在步骤四中，通过一个位移传感器实时检测动梁的位置，并对动梁的位置进行求导计算得到动梁的当前速度；在步骤七中，通过所述位移传感器直接测定动梁的当前位置；在步骤九中，通过所述位移传感器实时检测动梁的位置，并对动梁的位置进行求导计算得到动梁的当前速度。本发明利用同一个位移传感器进行位置闭环控制、速度闭环控制，结构上简单，但控制上有根本变化，在一个陶瓷压砖机的动梁控制上用了2种闭环控制方法，能更好的去控制动梁动作，控制更稳定、精准。

进一步，在步骤四、步骤七以及步骤九中的位移传感器为SSI(SynchronousSerial Interface，同步串行接口)位移传感器。对动梁位置的检测采用了SSI位移传感器，位置信号输入到PLC之前都是格雷码形式，传输过程中抗干扰能力强，减少了在平常使用中不少因为干扰造成的诸多问题。

本发明的另一个目的是提供一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制器，其包括储存单元、第一计算单元、加速控制单元、第一判断单元、第二计算单元、稳速控制单元、第二判断单元、减速控制单元以及第三判断单元；

所述储存单元储存预设好的陶瓷压砖机的动梁的初始位置、目标位置、开始刹车位置、加速度a1、快速运行速度Vs、减速度a2，其中初始位置的绝对位移值为L0，目标位置的绝对位移值为L1；

所述第一计算单元计算该动梁的开始刹车位置并通过储存单元储存，其中：开始刹车位置的绝对位移值L2＝L1-Vs²/a2；

所述加速控制单元接收所述第一判断单元的工作指令并向比例阀发送控制信号，控制动梁以加速度a1加速运行；

所述第一判断单元判断所测定的该动梁的当前速度；当所测定的该动梁的当前速度未达到快速运行速度Vs时，该第一判断单元向加速控制单元发送工作指令；

所述第二计算单元以快速运行速度Vs作为输入，以当前速度作为反馈，根据输入与反馈之间的误差进行比例积分微分运算并将结果发送至所述稳速控制单元；

所述稳速控制单元接收所述第二判断单元的工作指令与所述第二计算单元的计算结果并向比例阀发送控制信号，控制动梁的运行速度稳定在Vs；

所述第二判断单元同时判断所测定的该动梁的当前速度与当前位置；当所测定的该动梁的当前速度已达到快速运行速度Vs且当所测定的该动梁的当前位置未到达开始刹车位置，该第二判断单元向该稳速控制单元发送工作指令；

所述减速控制单元接收所述第三判断单元的工作指令并向比例阀发送控制信号，控制动梁以减速度a1减速运行；

所述第三判断单元判断所测定的该动梁的当前速度与当前位置；当所测定的该动梁的当前速度不为零且当所测定的该动梁的当前位置已到达或超过该开始刹车位置，则向该减速控制单元发送工作指令。

相比于现有技术，一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制器根据动梁的当前速度创建一个速度控制闭环以实时控制动梁的速度，根据动梁的当前位置创建一个位置闭环控制实现对动梁的定位，用速度闭环控制动梁的运行速度，用位置闭环控制动梁运行所要到达的位置。动梁运行过程中，由于惯性以及上油箱的气压压力不同造成速度的不稳定均可利用速度闭环来进行控制，速度闭环保证了动梁稳定速度的运行，这样可以保证动梁与顶出装置的同步动作，会更好的保证砖坯的合格率，同时避免动梁速度设置不合理导致效率降低的情况。在动梁运行过程中全程速度闭环控制，动梁的整个运行过程都很平稳，并且速度的切换也会更平滑，不再有之前控制所体现的分段、超调、提前减速时间加长等问题，无突变输出也能更好的保护比例阀。另外，因为在动梁刹车时采用的是位置闭环控制，控制精度上有很大提高，重复精度也很好。压机的整体运行速度有所提高，整体性能有明显的提升。本发明结构简单，有较强的灵活性和适应性，使用起来简单方便，大步提高了产品质量、精度和性能。

附图说明

图1是现有技术的一种陶瓷压砖机的工作示意图

图2是现有技术的一种控制陶瓷压砖机的方法流程图

图3是本发明的一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法的流程图

图4为图3中动梁的运行速度与位移随时间变化的曲线图

图5是本发明的一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制器的结构框图

下面参见附图及具体实施例，对本发明作进一步说明。

具体实施方式

请参阅图3，其是本发明的一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法的流程图，其包括如下步骤：

S1:预设陶瓷压砖机的动梁的初始位置与目标位置，其中初始位置的绝对位移值为L0，目标位置的绝对位移值为L1；预设该动梁的加速度a1、快速运行速度Vs以及减速度a2。

S2：计算该动梁的开始刹车位置，其绝对位移值L2＝L1-Vs²/a2。

S3：向比例阀发送控制信号，控制动梁以加速度a1运行。

S4：测定该动梁的当前速度并与所述快速运行速度Vs比较，判断该动梁的当前速度是否达到快速运行速度Vs,若为是，则进入步骤S5；否则跳转至步骤S3。当动梁开始运动，处于起步阶段，根据设定的加速度加速，实时判断动梁当前速度是否达到快速运行速度(mm/s),其目标速度的切换过程是按匀加速或者抛物线曲线形式变化，避免跳跃性变化对比例阀的损害。

S5：测定该动梁的当前速度，以快速运行速度Vs作为输入，以当前速度作为反馈，根据输入与反馈之间的误差进行PID(proportion integral derivative，比例积分微分)运算。

S6：向比例阀输出稳定的速度控制信号，将动梁的速度稳定在Vs。动梁运行第二阶段，处于稳定快速运行速度阶段，应用速度闭环控制。实时判断动梁当前速度(mm/s),不管动梁上升时上油箱气压增大以及动梁向下时上油箱气压减小，以及动梁的惯性作用，都依靠建立的速度闭环，以设定速度为输入，以实时检测的传感器读入位置求导得到的速度为反馈，并参考动梁运行速度与比例阀开度之间的曲线，根据输入与反馈之间的误差进行PID运算，控制比例阀的输出，达到动梁以稳定速度的目的。

S7：测定该动梁的当前位置并与所述开始刹车位置比较，判断该动梁是否已到达开始刹车位置，若为是，则进入步骤S8，否则跳转至步骤S5。

S8：向比例阀发送控制信号，控制动梁以减速度a2运行。

S9:测定该动梁的当前速度并判断该动梁的当前速度是否已达到零，若为是，则结束本方法；否则跳转至步骤S8。动梁运行第三阶段，应用位置闭环。PLC根据设定的减速度，判断以快速速度减速到静止需要的时间及位移，利用位移传感器来检测动梁位置，根据动梁所要达到的目标位置减去动梁刹车用位移就能确定动梁开始刹车减速的位置。因为动梁质量大，惯性很大，但是利用位置闭环计算能让动梁快速停止而且不明显振荡。

如图4所示，其是图3中动梁的运行速度与位移随时间变化的曲线图，其中V-t曲线为动梁的运行速度随时间变化的曲线，S-t为动梁的位移随时间变化的曲线。

在本发明中，动梁的运行速度与比例阀开度线性对应。在实际应用中：对动梁运行参数均是速度值，不用去考虑比例阀的开度为多少才能达到所要求的速度。控制中的速度闭环程序可在西门子运动型CPU的工艺功能部分进行编写。动梁运行过程中，由于惯性以及上油箱的气压压力不同造成速度的不稳定均可利用速度闭环来进行控制，最终定位时运用位置闭环来达到定位精准、速度稳定。动梁的运行速度与比例阀(三通)的实际开度对应关系曲线如下表格所示：

动梁速度(mm/s)	比例阀开度(％)
		400	100
0	0
		-400	-100

在本实施例中，在步骤S4中，通过一个位移传感器实时检测动梁的位置，并对动梁的位置进行求导计算得到动梁的当前速度；在步骤S7中，通过所述位移传感器直接测定动梁的当前位置；在步骤S9中，通过所述位移传感器实时检测动梁的位置，并对动梁的位置进行求导计算得到动梁的当前速度。所述位移传感器优选为SSI位移传感器。对动梁位置的检测采用了SSI(Synchronous Serial Interface，同步串行接口)位移传感器，位置信号输入到PLC之前都是格雷码形式，传输过程中抗干扰能力强，减少了在平常使用中不少因为干扰造成的诸多问题。

请参阅图5，其是本发明的一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制器的结构框图，其包括储存单元1、第一计算单元2、加速控制单元3、第一判断单元4、第二计算单元5、稳速控制单元6、第二判断单元7、减速控制单元8以及第三判断单元9。

所述储存单元1储存预设好的陶瓷压砖机的动梁的初始位置、目标位置、开始刹车位置、加速度a1、快速运行速度Vs、减速度a2，其中初始位置的绝对位移值为L0，目标位置的绝对位移值为L1。

所述第一计算单元2计算该动梁的开始刹车位置并通过储存单元1储存，其中：开始刹车位置的绝对位移值L2＝L1-Vs²/a2。

所述加速控制单元3接收所述第一判断单元4的工作指令并向比例阀发送控制信号，控制动梁以加速度a1加速运行。

所述第一判断单元4判断所测定的该动梁的当前速度；当所测定的该动梁的当前速度未达到快速运行速度Vs时，该第一判断单元4向加速控制单元3发送工作指令。

所述第二计算单元5以快速运行速度Vs作为输入，以当前速度作为反馈，根据输入与反馈之间的误差进行比例积分微分运算并将结果发送至所述稳速控制单元6。

所述稳速控制单元6接收所述第二判断单元7的工作指令与所述第二计算单元5的计算结果并向比例阀发送控制信号，控制动梁的运行速度稳定在Vs。

所述第二判断单元7同时判断所测定的该动梁的当前速度与当前位置；当所测定的该动梁的当前速度已达到快速运行速度Vs且当所测定的该动梁的当前位置未到达开始刹车位置，该第二判断单元7向该稳速控制单元6发送工作指令。

所述减速控制单元8接收所述第三判断单元9的工作指令并向比例阀发送控制信号，控制动梁以减速度a1减速运行。

所述第三判断单元9判断所测定的该动梁的当前速度与当前位置；当所测定的该动梁的当前速度不为零且当所测定的该动梁的当前位置已到达或超过该开始刹车位置，则向该减速控制单元8发送工作指令。

完整的工作过程如下：当动梁的当前速度未达到快速运行速度Vs时,第一判断单元4判定动梁处于起步阶段，加速控制单元3向比例阀发送控制信号，控制动梁以所述加速度a1运行；当动梁的当前速度达到快速运行速度Vs且该动梁的当前位置未到达开始刹车位置时，第二判断单元7判断动梁处于快速运行阶段，第二计算单元5将PID运算的结果发送至稳速控制单元6，该稳速控制单元6向比例阀发送稳定的控制信号，控制动梁的运行速度稳定在快速运行速度Vs；当动梁的当前位置到达开始刹车位置且其当前速度未达到零时，第三判断单元9判定动梁处于刹车阶段，减速控制单元8向比例阀发送控制信号，控制动梁以所述减速度a2运行，直至动梁的速度已减至零。

相比于现有技术，一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法根据动梁的当前速度创建一个速度控制闭环以实时控制动梁的速度，根据动梁的当前位置创建一个位置闭环控制实现对动梁的定位，用速度闭环控制动梁的运行速度，用位置闭环控制动梁运行所要到达的位置。动梁运行过程中，由于惯性以及上油箱的气压压力不同造成速度的不稳定均可利用速度闭环来进行控制，速度闭环保证了动梁稳定速度的运行，这样可以保证动梁与顶出装置的同步动作，会更好的保证砖坯的合格率，同时避免动梁速度设置不合理导致效率降低的情况。在动梁运行过程中全程速度闭环控制，动梁的整个运行过程都很平稳，并且速度的切换也会更平滑，不再有之前控制所体现的分段、超调、提前减速时间加长等问题，无突变输出也能更好的保护比例阀。另外，因为在动梁刹车时采用的是位置闭环控制，控制精度上有很大提高，重复精度也很好。压机的整体运行速度有所提高，整体性能有明显的提升。本发明结构简单，有较强的灵活性和适应性，使用起来简单方便，大步提高了产品质量、精度和性能。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法,其特征在于包括以下步骤：

步骤一:预设陶瓷压砖机的动梁的初始位置与目标位置，其中初始位置的绝对位移值为L0，目标位置的绝对位移值为L1；预设该动梁的加速度a1、快速运行速度Vs以及减速度a2；

步骤二：计算该动梁的开始刹车位置，其绝对位移值L2＝L1-Vs²/a2；

步骤三：向比例阀发送控制信号，控制动梁以加速度a1运行；

步骤四：测定该动梁的当前速度并与所述快速运行速度Vs比较，判断该动梁的当前速度是否达到快速运行速度Vs,若为是，则进入步骤五；否则跳转至步骤三；

步骤五：测定该动梁的当前速度，以快速运行速度Vs作为输入，以当前速度作为反馈，根据输入与反馈之间的误差进行比例积分微分运算；

步骤六：向比例阀输出稳定的速度控制信号，将动梁的速度稳定在Vs；

步骤七：测定该动梁的当前位置并与所述开始刹车位置比较，判断该动梁是否已到达开始刹车位置，若为是，则进入步骤八，否则跳转至步骤五；

步骤八：向比例阀发送控制信号，控制动梁以减速度a2运行；

步骤九:测定该动梁的当前速度并判断该动梁的当前速度是否已达到零，若为是，则结束本方法；否则跳转至步骤八。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法,其特征在于：

在步骤四中，通过一个位移传感器实时检测动梁的位置，并对动梁的位置进行求导计算得到动梁的当前速度；

在步骤七中，通过所述位移传感器直接测定动梁的当前位置；

在步骤九中，通过所述位移传感器实时检测动梁的位置，并对动梁的位置进行求导计算得到动梁的当前速度。

3.根据权利要求2所述的一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制方法,其特征在于：在步骤四、步骤七以及步骤九中的位移传感器为SSI位移传感器。

4.一种陶瓷压砖机速度位置双闭环控制器，其特征在于:包括储存单元、第一计算单元、加速控制单元、第一判断单元、第二计算单元、稳速控制单元、第二判断单元、减速控制单元以及第三判断单元；

所述储存单元储存预设好的陶瓷压砖机的动梁的初始位置、目标位置、开始刹车位置、加速度a1、快速运行速度Vs、减速度a2，其中初始位置的绝对位移值为L0，目标位置的绝对位移值为L1；

所述第一计算单元计算该动梁的开始刹车位置并通过储存单元储存，其中：开始刹车位置的绝对位移值L2＝L1-Vs²/a2；

所述加速控制单元接收所述第一判断单元的工作指令并向比例阀发送控制信号，控制动梁以加速度a1加速运行；

所述第一判断单元判断所测定的该动梁的当前速度；当所测定的该动梁的当前速度未达到快速运行速度Vs时，该第一判断单元向加速控制单元发送工作指令；

所述第二计算单元以快速运行速度Vs作为输入，以当前速度作为反馈，根据输入与反馈之间的误差进行比例积分微分运算并将结果发送至所述稳速控制单元；

所述稳速控制单元接收所述第二判断单元的工作指令与所述第二计算单元的计算结果并向比例阀发送控制信号，控制动梁的运行速度稳定在Vs；

所述第二判断单元同时判断所测定的该动梁的当前速度与当前位置；当所测定的该动梁的当前速度已达到快速运行速度Vs且当所测定的该动梁的当前位置未到达开始刹车位置，该第二判断单元向该稳速控制单元发送工作指令；

所述减速控制单元接收所述第三判断单元的工作指令并向比例阀发送控制信号，控制动梁以减速度a1减速运行；

所述第三判断单元判断所测定的该动梁的当前速度与当前位置；当所测定的该动梁的当前速度不为零且当所测定的该动梁的当前位置已到达或超过该开始刹车位置，则向该减速控制单元发送工作指令。