CN110744538B - 一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法 - Google Patents

一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法，它包括对第一机械臂（2）的控制方法和对至少一个从动机械臂（3）的同步控制方法，所述对第一机械臂（2）的控制方法和对从动机械臂（3）的同步控制方法均为双闭环控制方法。控制***根据外部给定速度生成动态位置曲线，将该动态位置曲线作为定量赋予第一机械臂（2），第一油缸（4）在工作过程中向控制***反馈活塞位置信号，生成实际位置曲线，该实际位置曲线被作为定量赋予从动机械臂（3），保证了从动机械臂（3）位置与第一机械臂（2）保持一致。本发明根据伺服阀阀芯位置和油缸活塞位置反馈的信号形成双闭环调控，实现了多机械臂的精确同步控制。

Description

一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法
技术领域
本发明涉及液压***控制领域，特别是一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法。
背景技术
目前，随着钻井技术的不断进步和发展，在石油钻井工程装备中，各种自动化机械设备、工具得到大量的开发和应用。考虑到防爆、功率密度高等技术要求，这些设备基本都以液压作为驱动。在液压自动化设备应用的开始阶段，其主要目标是替代人工的重体力劳动，设备的操作仍然是以人为主，因此其控制精度、性能要求均不高，控制方式也相对简单。但随着装备水平的整体进步和提升，自动化、智能化、无人化这些关键字已成为新的技术目标和方向，同时，液压机构运行平稳、定位精确、多轴实时同步等在机器人工业当中才提到的概念与技术也正逐渐成为石油高端装备的行业要求。可以预见，传统控制方式俨然不能满足当今自动化机具技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种位置同步精确稳定的液压控制技术。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法，它包括对第一机械臂的控制和对至少一个从动机械臂的同步控制，所述对第一机械臂的控制和对从动机械臂的同步控制方法均为双闭环控制；
所述第一机械臂的控制包括以下步骤：
S11、根据外部机构给定的速度，控制***自动计算生成动态位置曲线；
S12、将所述动态位置曲线经过控制***的数据处理，得到第一机械臂给定速度；
S13、阀芯控制器将给定速度的信号转为阀芯开启程度信号，将阀芯开启程度信号赋予控制第一机械臂的第一伺服阀，控制第一伺服阀开启，第一机械臂油缸伸缩运动，第一机械臂移动；
S14、在第一机械臂移动过程中第一机械臂油缸的活塞位置信号和伺服阀的阀芯位置信号实时反馈给控制***，控制***生成实际位置曲线，控制***将反馈的信号与给定的动态位置曲线进行比较，同时将阀芯位置信号与阀芯控制器给定的阀芯开启程度信号对比，控制***根据两个对比数据对第一机械臂给定速度进行调整，从而控制伺服阀的开启程度，保证第一机械臂的实际位置符合给定要求。
所述从动机械臂的同步控制包括以下步骤：
S21、控制***将第一机械臂生成的实际位置曲线进行数据处理，得到从动机械臂给定速度；
S22、阀芯控制器将给定速度的信号转为阀芯开启程度信号，将阀芯开启程度信号赋予控制从动机械臂的从动伺服阀，控制从动伺服阀开启，从动机械臂油缸伸缩运动，从动机械臂移动；
S23、在从动机械臂移动过程中从动机械臂油缸的活塞位置信号和伺服阀的阀芯位置信号实时反馈给控制***，控制***生成实际位置曲线，控制***将反馈的信号与给定的动态位置曲线进行比较，同时将阀芯位置信号与阀芯控制器给定的阀芯开启程度信号对比，控制***根据两个对比数据对从动机械臂给定速度进行调整，从而控制伺服阀的开启程度，保证从动机械臂的实际位置符合给定要求。
所述双闭环控制为阀芯位置信号反馈控制和油缸位置信号反馈控制构成的两个闭环控制***。
所述伺服阀为电液伺服阀，阀芯由阀芯控制器进行控制，阀芯控制器由控制***进行控制。
所述动态位置曲线，是由外部机构给定的速度作为基础，将该速度值不断累加，得到的一个虚拟位移曲线。
所述控制***为模糊PID控制***，根据液压***油温、压力的变化，以及机构的实际位置情况，按照指定好的模糊规则，动态修正P、I、D三个参数值。
本发明具有以下优点：
1、 简化控制模型，简化设计过程。目前，大多数定位控制方案中，针对复杂的机构运动模型，存在大量的计算与反算，最终结果的准确性和响应时效其实都无法得到保证，计算过程略显复杂。本技术提出了忽略中间计算过程，直接关注最终对象的设计思路。控制过程更加清晰，设计、调试周期时间大大缩短；
2、 排除液压油温、压力等物理特性对机构定位控制产生干扰。采用模糊控制算法，将影响液压特性的各***条件考虑到***内，控制适应性和鲁棒性更强。
附图说明
图1 为本发明的流程示意图；
图2 为执行机构主视图；
图3 为动态速度与位置的坐标图；
图4 为执行结构偏差坐标图；
图中：1-机械手立柱，2-第一机械臂，3-从动机械臂，4-第一油缸，5-从动油缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法，它包括对第一机械臂2的控制和对至少一个从动机械臂3的同步控制，所述对第一机械臂2的控制和对从动机械臂3的同步控制均为双闭环控制；
所述第一机械臂2的控制包括以下步骤：
S11、根据外部机构给定的速度，控制***自动计算生成动态位置曲线；
S12、将所述动态位置曲线经过控制***的数据处理，得到第一机械臂给定速度；
S13、阀芯控制器将给定速度的信号转为阀芯开启程度信号，将阀芯开启程度信号赋予控制第一机械臂2的第一伺服阀，控制第一伺服阀开启，第一油缸4伸缩运动，第一机械臂2移动；
S14、在第一机械臂2移动过程中第一油缸4的活塞位置信号和伺服阀的阀芯位置信号实时反馈给控制***，控制***生成实际位置曲线，控制***将反馈的信号与给定的动态位置曲线进行比较，同时将阀芯位置信号与阀芯控制器给定的阀芯开启程度信号对比，控制***根据两个对比数据对第一机械臂给定速度进行调整，从而控制伺服阀的开启程度，保证第一机械臂2的实际位置符合给定要求。
所述从动机械臂3的同步控制包括以下步骤：
S21、控制***将第一机械臂2生成的实际位置曲线进行数据处理，得到从动机械臂给定速度；
S22、阀芯控制器将给定速度的信号转为阀芯开启程度信号，将阀芯开启程度信号赋予控制从动机械臂3的从动伺服阀，控制从动伺服阀开启，从动油缸5伸缩运动，从动机械臂3移动；
S23、在从动机械臂3移动过程中从动油缸5的活塞位置信号和伺服阀的阀芯位置信号实时反馈给控制***，控制***生成实际位置曲线，控制***将反馈的信号与给定的动态位置曲线进行比较，同时将阀芯位置信号与阀芯控制器给定的阀芯开启程度信号对比，控制***根据两个对比数据对从动机械臂给定速度进行调整，从而控制伺服阀的开启程度，保证从动机械臂3的实际位置符合给定要求。
所述双闭环控制为阀芯位置信号反馈控制和油缸位置信号反馈控制构成的两个闭环控制***。
所述伺服阀为电液伺服阀，阀芯由阀芯控制器进行控制，阀芯控制器由控制***进行控制。运行过程中，被控阀的阀芯位置反馈到控制器，控制器将其与给定信号作比较，并及时调整输出信号以调整阀芯开度，保证阀芯的实际位置满足给定要求。
所述动态位置曲线，是由外部机构给定的速度作为基础，将该速度值不断累加，得到的一个虚拟位移曲线。图3则是一个典型的匀加速、匀速、匀减速的运动过程曲线。虚线表示速度，实线是对速度不断累加后，形成的“S”型曲线位移波形。***将该曲线作为定位控制的给定值，指挥机构按照该位移轨迹动作。其中，如果给定速度发生变化，由此得到的位移曲线也会随之变化。这就达到了动态调节速度的目的.
所述控制***为模糊PID控制***，根据液压***油温、压力的变化，以及机构的实际位置情况，按照指定好的模糊规则，动态修正P、I、D三个参数值。让***有更迅速、准确的响应。
实施例：以排管机机械臂试验数据为例，在多次往返过程中的同步效果，从图中可以看出，两条位移曲线呈现高度重合。在同步运动过程中，设计的最大允许位移偏差为200毫米，从图中可以看出，多次往返过程中，最大偏差尖峰有80毫米，总体趋势控制在40毫米以内，机械臂的同步精度很高。

Claims (5)

1.一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法，包括对第一机械臂（2）的控制和对至少一个从动机械臂（3）的同步控制，其特征在于：所述第一机械臂（2）的控制和对从动机械臂（3）的同步控制均为双闭环控制；
所述第一机械臂（2）的控制包括以下步骤：
S11、根据外部机构给定的速度，控制***自动计算生成动态位置曲线；
S12、将所述动态位置曲线经过控制***的数据处理，得到第一机械臂（2）给定速度；
S13、阀芯控制器将给定速度的信号转为阀芯开启程度信号，将阀芯开启程度信号赋予控制第一机械臂（2）的第一伺服阀，控制第一伺服阀开启，第一油缸（4）伸缩运动，第一机械臂（2）移动；
S14、在第一机械臂（2）移动过程中第一油缸（4）的活塞位置信号和伺服阀的阀芯位置信号实时反馈给控制***，控制***生成实际位置曲线，控制***将反馈的信号与给定的动态位置曲线进行比较，同时将阀芯位置信号与阀芯控制器给定的阀芯开启程度信号对比，控制***根据两个对比数据对第一机械臂（2）给定速度进行调整，从而控制伺服阀的开启程度，保证第一机械臂（2）的实际位置符合给定要求；
所述从动机械臂（3）的同步控制包括以下步骤：
S21、控制***将第一机械臂（2）生成的实际位置曲线进行数据处理，得到从动机械臂（3）给定速度；
S22、阀芯控制器将给定速度的信号转为阀芯开启程度信号，将阀芯开启程度信号赋予控制从动机械臂（3）的从动伺服阀，控制从动伺服阀开启，从动油缸（5）伸缩运动，从动机械臂（3）移动；
S23、在从动机械臂（3）移动过程中从动油缸（5）的活塞位置信号和伺服阀的阀芯位置信号实时反馈给控制***，控制***生成实际位置曲线，控制***将反馈的信号与给定的动态位置曲线进行比较，同时将阀芯位置信号与阀芯控制器给定的阀芯开启程度信号对比，控制***根据两个对比数据对从动机械臂（3）给定速度进行调整，从而控制伺服阀的开启程度，保证从动机械臂（3）的实际位置符合给定要求。
2.根据权利要求1所述的一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法，其特征在于：所述双闭环控制为阀芯位置信号反馈控制和油缸位置信号反馈控制构成的两个闭环控制***。
3.根据权利要求1所述的一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法，其特征在于：所述伺服阀为电液伺服阀，阀芯由阀芯控制器进行控制，阀芯控制器由控制***进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法，其特征在于：所述动态位置曲线，是由外部机构给定的速度作为基础，将该速度值不断累加，得到的一个虚拟位移曲线。
5.根据权利要求1所述的一种应用于石油机械的液压位置同步控制方法，其特征在于：所述控制***为模糊PID控制***，根据液压***油温、压力的变化，以及机构的实际位置情况，按照指定好的模糊规则，动态修正P、I、D三个参数值。
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