CN108916295B - 一种缓冲油缸的精确控制方法 - Google Patents

Abstract

一种缓冲油缸的精确控制方法，所述高档微动开关和低档微动开关的信号输出端均与伺服驱动器的信号输入端信号连接，所述伺服驱动器的信号输出端与伺服电机的控制端信号连接，所述伺服电机的电机编码器的信号输出端与伺服驱动器信号连接，所述伺服驱动器与控制器信号连接，所述控制器与负载上设置的速度传感器的信号输出端信号连接；包括第一步：负载速度采集及控制指令发出，第二步：PID控制伺服电机转动，第三步：开关反馈控制，第四步：完成挡位切换。本设计不仅调档速度快，而且可靠性好、调档精度高。

Description

一种缓冲油缸的精确控制方法

技术领域

本发明涉及一种缓冲油缸的精确控制方法，具体适用于精确控制缓冲油缸阻尼。

背景技术

在机床、木工机械、橡胶机械、钢铁设备、注塑机、压铸机、海工或船上安装这些领域经常会用到带有缓冲装置的液压油缸，主要是为了防止油缸活塞在快速运动到行程末端有可能对缸体前后端盖造成撞击损坏。某大型绞车为了防止负载自由落体导致绞车飞车，造成绞车马达损坏；从而设计一种可调档式的缓冲油缸，针对重量不同的负载自由落体时起到缓冲作用，从而保护绞车马达。

若采用机械的方式进行调档，一方面调档效率低，另一方面增加人员负荷，还需配备专业人员进行调档，调档精度还没有办法保证。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的调节精度低的问题，提供了一种调节精度高的缓冲油缸的精确控制方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种缓冲油缸的精确控制方法，所述缓冲油缸的端部设置有阻尼杆，所述阻尼杆的一端与伺服电机的动力输出轴相连接，所述阻尼杆的另一端与缓冲油缸内的油缸阻尼调节筒固定连接，所述伺服电机的动力输出轴通过阻尼杆与油缸阻尼调节筒传动配合，所述油缸阻尼调节筒内设置有活塞筒，所述活塞筒内设置有与其滑动配合的油缸活塞，所述油缸阻尼调节筒的内壁与活塞筒的外壁相接触，所述油缸阻尼调节筒与活塞筒旋转配合，所述油缸阻尼调节筒上开设有多个外油孔，所述活塞筒上开设有多个内油孔，所述多个外油孔与多个内油孔对应设置；

所述阻尼杆上套设有高档限位块和低档限位块，所述高档限位块与高档微动开关的按钮传动配合，所述低档限位块与低档微动开关的按钮传动配合；

所述高档微动开关和低档微动开关的信号输出端均与伺服驱动器的信号输入端信号连接，所述伺服驱动器的信号输出端与伺服电机的控制端信号连接，所述伺服电机的电机编码器的信号输出端与伺服驱动器信号连接，所述伺服驱动器与控制器信号连接，所述控制器与负载上设置的速度传感器的信号输出端信号连接；

所述缓冲油缸的精确控制方法包括以下步骤：

第一步：负载速度采集及控制指令发出，控制器以固定频率采集速度传感器的速度信号：当负载速度信号为零时，机器处于停工状态，控制器不对伺服驱动器发出控制指令；

当负载速度信号不为零时，机器处于工作状态，控制器对伺服驱动器发出控制指令，控制缓冲油缸的阻尼大小：判断负载速度是否大于等于X米每秒，3≤X≤5，当负载速度大于等于X米每秒时，缓冲油缸需要切换至高档来增大阻尼，控制器给定高档旋转角度信号将其发送给伺服驱动器；当负载速度小于X米每秒时，缓冲油缸需要切换至低档来减小阻尼，控制器给定低档旋转角度信号将其发送给伺服驱动器；

第二步：PID控制伺服电机转动，当伺服驱动器接收到高档旋转角度信号后，将电机编码器实时测量的实测角度值与高档旋转角度信号值进行偏差计算，并将上述偏差值进行PID运算，控制伺服电机输出轴旋转，实现闭环反馈控制；

当伺服驱动器接收到低档旋转角度信号后，将电机编码器实时测量的实测角度值与低档旋转角度信号值进行偏差计算，并将上述偏差值进行PID运算，控制伺服电机输出轴旋转，实现闭环反馈控制；

第三步：开关反馈控制，通过第二步的PID控制实现伺服电机输出轴旋转，当缓冲油缸需要切换为高档时，伺服电机输出轴旋转带动油缸阻尼调节筒转动，使外油孔与内油孔的正对面积减小从而增大油缸阻尼，当伺服电机输出轴旋转时带动阻尼杆上套设的高档限位块旋转，直到高档限位块触动高档微动开关时，高档微动开关向伺服驱动器发出信号，伺服驱动器控制伺服电机停止转动；

当缓冲油缸需要切换为低档时，伺服电机输出轴旋转带动油缸阻尼调节筒转动，使外油孔与内油孔的正对面积增大从而减小油缸阻尼，当伺服电机输出轴旋转时带动阻尼杆上套设的低档限位块旋转，直到低档限位块触动低档微动开关时，低档微动开关向伺服驱动器发出信号，伺服驱动器控制伺服电机停止转动；

第四步：完成挡位切换，当高档限位块触动高档微动开关使伺服电机停转后，采集电机编码器的实测角度值与高档旋转角度信号值进行偏差计算a，当偏差值-1°≤a≤1°时，则高档位切换完成，否则伺服驱动器向控制器报错，控制器控制机器停止工作等待故障排查；

当低档限位块触动低档微动开关使伺服电机停转后，采集电机编码器的实测角度值与低档旋转角度信号值进行偏差计算a，当偏差值-1°≤a≤1°时，则低档位切换完成，否则伺服驱动器向控制器报错，控制器控制机器停止工作等待故障排查。

所述第一步中的速度判定值X为4。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种缓冲油缸的精确控制方法中采用双闭环控制，对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，利用实测角度值与给定旋转角度信号值进行PID控制形成速度环，利用微动开关的触发构成位置环，最后在微动开关触发后比较伺服电机停转后的电机编码器的实测角度值与给定旋转角度信号值没来判断挡位调节是否处于误差范围内，不仅提高了本设计的控制可靠性，而且能够有效检测误差，避免因为误差过大而引发事故。因此，本设计控制精确，安全可靠性高。

2、本发明一种缓冲油缸的精确控制方法能后适用于任意角度的缓冲油缸调档，适用范围广，具有普适性，利于推广和应用。因此，本设计普适性高，利于推广和应用。

3、本发明一种缓冲油缸的精确控制方法的控制方法简单，在保证可靠性的同时有效提高调节精度，调档精度高可控制在±0.1°范围之内。而且控制方法简单，有成效提高了调档效率。因此本设计控制精度高，调档速度快。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是本发明的控制示意图。

图4是本发明的控制逻辑流程图。

图中：缓冲油缸1、阻尼杆11、油缸阻尼调节筒12、活塞筒13、油缸活塞14、外油孔15、内油孔16、伺服电机2、电机编码器21、伺服驱动器3、控制器4、速度传感器5、高档微动开关6、高档限位块61、低档微动开关7、低档限位块71。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图3，一种缓冲油缸的精确控制方法，所述缓冲油缸1的端部设置有阻尼杆11，所述阻尼杆11的一端与伺服电机2的动力输出轴相连接，所述阻尼杆11的另一端与缓冲油缸1内的油缸阻尼调节筒12固定连接，所述伺服电机2的动力输出轴通过阻尼杆11与油缸阻尼调节筒12传动配合，所述油缸阻尼调节筒12内设置有活塞筒13，所述活塞筒13内设置有与其滑动配合的油缸活塞14，所述油缸阻尼调节筒12的内壁与活塞筒13的外壁相接触，所述油缸阻尼调节筒12与活塞筒13旋转配合，所述油缸阻尼调节筒12上开设有多个外油孔15，所述活塞筒13上开设有多个内油孔16，所述多个外油孔15与多个内油孔16对应设置；

所述阻尼杆11上套设有高档限位块61和低档限位块71，所述高档限位块61与高档微动开关6的按钮传动配合，所述低档限位块71与低档微动开关7的按钮传动配合；

所述高档微动开关6和低档微动开关7的信号输出端均与伺服驱动器3的信号输入端信号连接，所述伺服驱动器3的信号输出端与伺服电机2的控制端信号连接，所述伺服电机2的电机编码器21的信号输出端与伺服驱动器3信号连接，所述伺服驱动器3与控制器4信号连接，所述控制器4与负载上设置的速度传感器5的信号输出端信号连接；

所述缓冲油缸的精确控制方法包括以下步骤：

第一步：负载速度采集及控制指令发出，控制器4以固定频率采集速度传感器5的速度信号：当负载速度信号为零时，机器处于停工状态，控制器4不对伺服驱动器3发出控制指令；

当负载速度信号不为零时，机器处于工作状态，控制器4对伺服驱动器3发出控制指令，控制缓冲油缸的阻尼大小：判断负载速度是否大于等于X米每秒，3≤X≤5，当负载速度大于等于X米每秒时，缓冲油缸需要切换至高档来增大阻尼，控制器4给定高档旋转角度信号将其发送给伺服驱动器3；当负载速度小于X米每秒时，缓冲油缸需要切换至低档来减小阻尼，控制器4给定低档旋转角度信号将其发送给伺服驱动器3；

第二步：PID控制伺服电机转动，当伺服驱动器3接收到高档旋转角度信号后，将电机编码器21实时测量的实测角度值与高档旋转角度信号值进行偏差计算，并将上述偏差值进行PID运算，控制伺服电机2输出轴旋转，实现闭环反馈控制；

当伺服驱动器3接收到低档旋转角度信号后，将电机编码器21实时测量的实测角度值与低档旋转角度信号值进行偏差计算，并将上述偏差值进行PID运算，控制伺服电机2输出轴旋转，实现闭环反馈控制；

第三步：开关反馈控制，通过第二步的PID控制实现伺服电机2输出轴旋转，当缓冲油缸需要切换为高档时，伺服电机2输出轴旋转带动油缸阻尼调节筒12转动，使外油孔15与内油孔16的正对面积减小从而增大油缸阻尼，当伺服电机2输出轴旋转时带动阻尼杆11上套设的高档限位块61旋转，直到高档限位块61触动高档微动开关6时，高档微动开关6向伺服驱动器3发出信号，伺服驱动器3控制伺服电机2停止转动；

当缓冲油缸需要切换为低档时，伺服电机2输出轴旋转带动油缸阻尼调节筒12转动，使外油孔15与内油孔16的正对面积增大从而减小油缸阻尼，当伺服电机2输出轴旋转时带动阻尼杆11上套设的低档限位块71旋转，直到低档限位块71触动低档微动开关7时，低档微动开关7向伺服驱动器3发出信号，伺服驱动器3控制伺服电机2停止转动；

第四步：完成挡位切换，当高档限位块61触动高档微动开关6使伺服电机2停转后，采集电机编码器21的实测角度值与高档旋转角度信号值进行偏差计算a，当偏差值-1°≤a≤1°时，则高档位切换完成，否则伺服驱动器3向控制器4报错，控制器4控制机器停止工作等待故障排查；

当低档限位块71触动低档微动开关7使伺服电机2停转后，采集电机编码器21的实测角度值与低档旋转角度信号值进行偏差计算a，当偏差值-1°≤a≤1°时，则低档位切换完成，否则伺服驱动器3向控制器4报错，控制器4控制机器停止工作等待故障排查。

所述第一步中的速度判定值X为4。

本发明的原理说明如下：

所述多个外油孔15与多个内油孔16对应设置，伺服电机2通过旋转油缸阻尼调节筒12来调节外油孔15与内油孔16的正对面积，当外油孔15与内油孔16的正对面积增大时，缓冲油缸阻尼减小，当外油孔15与内油孔16的正对面积减小时，缓冲油缸阻尼增大。

PID控制：当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正***的响应，执行调节控制。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性***响应速度以及减弱超调趋势。

实施例1：

一种缓冲油缸的精确控制方法，所述缓冲油缸1的端部设置有阻尼杆11，所述阻尼杆11的一端与伺服电机2的动力输出轴相连接，所述阻尼杆11的另一端与缓冲油缸1内的油缸阻尼调节筒12固定连接，所述伺服电机2的动力输出轴通过阻尼杆11与油缸阻尼调节筒12传动配合，所述油缸阻尼调节筒12内设置有活塞筒13，所述活塞筒13内设置有与其滑动配合的油缸活塞14，所述油缸阻尼调节筒12的内壁与活塞筒13的外壁相接触，所述油缸阻尼调节筒12与活塞筒13旋转配合，所述油缸阻尼调节筒12上开设有多个外油孔15，所述活塞筒13上开设有多个内油孔16，所述多个外油孔15与多个内油孔16对应设置；

所述阻尼杆11上套设有高档限位块61和低档限位块71，所述高档限位块61与高档微动开关6的按钮传动配合，所述低档限位块71与低档微动开关7的按钮传动配合；

所述高档微动开关6和低档微动开关7的信号输出端均与伺服驱动器3的信号输入端信号连接，所述伺服驱动器3的信号输出端与伺服电机2的控制端信号连接，所述伺服电机2的电机编码器21的信号输出端与伺服驱动器3信号连接，所述伺服驱动器3与控制器4信号连接，所述控制器4与负载上设置的速度传感器5的信号输出端信号连接；

所述缓冲油缸的精确控制方法包括以下步骤：

第一步：负载速度采集及控制指令发出，控制器4以固定频率采集速度传感器5的速度信号：当负载速度信号为零时，机器处于停工状态，控制器4不对伺服驱动器3发出控制指令；

当负载速度信号不为零时，机器处于工作状态，控制器4对伺服驱动器3发出控制指令，控制缓冲油缸的阻尼大小：判断负载速度是否大于等于X米每秒，3≤X≤5，当负载速度大于等于X米每秒时，缓冲油缸需要切换至高档来增大阻尼，控制器4给定高档旋转角度信号将其发送给伺服驱动器3；当负载速度小于X米每秒时，缓冲油缸需要切换至低档来减小阻尼，控制器4给定低档旋转角度信号将其发送给伺服驱动器3；

第二步：PID控制伺服电机转动，当伺服驱动器3接收到高档旋转角度信号后，将电机编码器21实时测量的实测角度值与高档旋转角度信号值进行偏差计算，并将上述偏差值进行PID运算，控制伺服电机2输出轴旋转，实现闭环反馈控制；

当伺服驱动器3接收到低档旋转角度信号后，将电机编码器21实时测量的实测角度值与低档旋转角度信号值进行偏差计算，并将上述偏差值进行PID运算，控制伺服电机2输出轴旋转，实现闭环反馈控制；

第三步：开关反馈控制，通过第二步的PID控制实现伺服电机2输出轴旋转，当缓冲油缸需要切换为高档时，伺服电机2输出轴旋转带动油缸阻尼调节筒12转动，使外油孔15与内油孔16的正对面积减小从而增大油缸阻尼，当伺服电机2输出轴旋转时带动阻尼杆11上套设的高档限位块61旋转，直到高档限位块61触动高档微动开关6时，高档微动开关6向伺服驱动器3发出信号，伺服驱动器3控制伺服电机2停止转动；

当缓冲油缸需要切换为低档时，伺服电机2输出轴旋转带动油缸阻尼调节筒12转动，使外油孔15与内油孔16的正对面积增大从而减小油缸阻尼，当伺服电机2输出轴旋转时带动阻尼杆11上套设的低档限位块71旋转，直到低档限位块71触动低档微动开关7时，低档微动开关7向伺服驱动器3发出信号，伺服驱动器3控制伺服电机2停止转动；

第四步：完成挡位切换，当高档限位块61触动高档微动开关6使伺服电机2停转后，采集电机编码器21的实测角度值与高档旋转角度信号值进行偏差计算a，当偏差值-1°≤a≤1°时，则高档位切换完成，否则伺服驱动器3向控制器4报错，控制器4控制机器停止工作等待故障排查；

当低档限位块71触动低档微动开关7使伺服电机2停转后，采集电机编码器21的实测角度值与低档旋转角度信号值进行偏差计算a，当偏差值-1°≤a≤1°时，则低档位切换完成，否则伺服驱动器3向控制器4报错，控制器4控制机器停止工作等待故障排查。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

所述第一步中的速度判定值X为4。

Claims (2)

1.一种缓冲油缸的精确控制方法，其特征在于：

所述缓冲油缸（1）的端部设置有阻尼杆（11），所述阻尼杆（11）的一端与伺服电机（2）的动力输出轴相连接，所述阻尼杆（11）的另一端与缓冲油缸（1）内的油缸阻尼调节筒（12）固定连接，所述伺服电机（2）的动力输出轴通过阻尼杆（11）与油缸阻尼调节筒（12）传动配合，所述油缸阻尼调节筒（12）内设置有活塞筒（13），所述活塞筒（13）内设置有与其滑动配合的油缸活塞（14），所述油缸阻尼调节筒（12）的内壁与活塞筒（13）的外壁相接触，所述油缸阻尼调节筒（12）与活塞筒（13）旋转配合，所述油缸阻尼调节筒（12）上开设有多个外油孔（15），所述活塞筒（13）上开设有多个内油孔（16），所述多个外油孔（15）与多个内油孔（16）对应设置；

所述阻尼杆（11）上套设有高档限位块（61）和低档限位块（71），所述高档限位块（61）与高档微动开关（6）的按钮传动配合，所述低档限位块（71）与低档微动开关（7）的按钮传动配合；

所述高档微动开关（6）和低档微动开关（7）的信号输出端均与伺服驱动器（3）的信号输入端信号连接，所述伺服驱动器（3）的信号输出端与伺服电机（2）的控制端信号连接，所述伺服电机（2）的电机编码器（21）的信号输出端与伺服驱动器（3）信号连接，所述伺服驱动器（3）与控制器（4）信号连接，所述控制器（4）与负载上设置的速度传感器（5）的信号输出端信号连接；

所述缓冲油缸的精确控制方法包括以下步骤：

第一步：负载速度采集及控制指令发出，控制器（4）以固定频率采集速度传感器（5）的速度信号：当负载速度信号为零时，机器处于停工状态，控制器（4）不对伺服驱动器（3）发出控制指令；

当负载速度信号不为零时，机器处于工作状态，控制器（4）对伺服驱动器（3）发出控制指令，控制缓冲油缸的阻尼大小：判断负载速度是否大于等于X米每秒，3≤X≤5，当负载速度大于等于X米每秒时，缓冲油缸需要切换至高档来增大阻尼，控制器（4）给定高档旋转角度信号将其发送给伺服驱动器（3）；当负载速度小于X米每秒时，缓冲油缸需要切换至低档来减小阻尼，控制器（4）给定低档旋转角度信号将其发送给伺服驱动器（3）；

第二步：PID控制伺服电机转动，当伺服驱动器（3）接收到高档旋转角度信号后，将电机编码器（21）实时测量的实测角度值与高档旋转角度信号值进行偏差计算，并将上述偏差值进行PID运算，控制伺服电机（2）输出轴旋转，实现闭环反馈控制；

当伺服驱动器（3）接收到低档旋转角度信号后，将电机编码器（21）实时测量的实测角度值与低档旋转角度信号值进行偏差计算，并将上述偏差值进行PID运算，控制伺服电机（2）输出轴旋转，实现闭环反馈控制；

第三步：开关反馈控制，通过第二步的PID控制实现伺服电机（2）输出轴旋转，当缓冲油缸需要切换为高档时，伺服电机（2）输出轴旋转带动油缸阻尼调节筒（12）转动，使外油孔（15）与内油孔（16）的正对面积减小从而增大油缸阻尼，当伺服电机（2）输出轴旋转时带动阻尼杆（11）上套设的高档限位块（61）旋转，直到高档限位块（61）触动高档微动开关（6）时，高档微动开关（6）向伺服驱动器（3）发出信号，伺服驱动器（3）控制伺服电机（2）停止转动；

当缓冲油缸需要切换为低档时，伺服电机（2）输出轴旋转带动油缸阻尼调节筒（12）转动，使外油孔（15）与内油孔（16）的正对面积增大从而减小油缸阻尼，当伺服电机（2）输出轴旋转时带动阻尼杆（11）上套设的低档限位块（71）旋转，直到低档限位块（71）触动低档微动开关（7）时，低档微动开关（7）向伺服驱动器（3）发出信号，伺服驱动器（3）控制伺服电机（2）停止转动；

第四步：完成挡位切换，当高档限位块（61）触动高档微动开关（6）使伺服电机（2）停转后，采集电机编码器（21）的实测角度值与高档旋转角度信号值进行偏差计算a，当偏差值-1°≤a≤1°时，则高档位切换完成，否则伺服驱动器（3）向控制器（4）报错，控制器（4）控制机器停止工作等待故障排查；

当低档限位块（71）触动低档微动开关（7）使伺服电机（2）停转后，采集电机编码器（21）的实测角度值与低档旋转角度信号值进行偏差计算a，当偏差值-1°≤a≤1°时，则低档位切换完成，否则伺服驱动器（3）向控制器（4）报错，控制器（4）控制机器停止工作等待故障排查。

2.根据权利要求1所述的一种缓冲油缸的精确控制方法，其特征在于：

所述第一步中的速度判定值X为4。

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