電液數字控制技術在提升裝置中的應用

1．提升裝置工作原理簡介

在鉛電解殘陽極洗滌生產線中，提升裝置如圖16所示。該裝置主要由液壓馬達、減速器、齒輪傳動機構、鏈提升機構組成，其主要任務是將要洗滌的鉛殘陽極板下降進行洗滌，在洗滌完之后，再將鉛殘陽極板提升。其工作原理為：首先鉛殘陽極板步進輸送至分板位置，步進分板液壓缸動作，將鉛殘陽極板送至洗滌位置；然后液壓馬達輸出動力，經過一對減速齒輪將旋轉運動傳遞給鏈輪，通過鏈輪帶動鉛殘陽極板吊耳掛鉤下降至沖洗裝置；最后由鏈輪將洗滌完后的鉛板提升至原來的分板推板位置處，再由分板推板裝置將鉛殘陽機板推出，這樣就完成一次提升工作循環。整個洗滌過程要求提升裝置能做到頻繁啟動、反轉、制動，并且為了達到洗滌的平穩性，還需限制最大加速度和加速度變化率。

由于鉛殘陽極板的表面極不平整，且提升的速度較快，在提升過程會出現速度控制不準確、抖動現象，不利于鉛殘陽極板的洗滌。嚴重時，還可能將鉛殘陽極板卡到洗滌位置處，影響了生產效率。作者擬采用電液數字技術對系統進行控制。

2．提升裝置速度控制系統原理

洗滌機提升裝置液壓控制系統原理如圖17所示。其工作原理是：當提升裝置上下運動時，速度傳感器檢測提升裝置的運動速度，模擬量的速度信號經過A/D轉換成數字量，反饋給計算機，計算機將接收到的反饋信號與要求的信號進行對比，如果有速度誤差，計算機向數字閥控制器發出誤差信號，閥控制器再根據此誤差信號驅動數字閥的步進電動機，由步進電動機對數字閥的閥心位置進行控制，即對數字閥開口進行控制，從而實現對數字閥流量的控制，進一步達到對液壓馬達轉速的控制，從而達到對提升裝置的速度控制。

3．提升裝置電液數字控制系統建模

根據系統各動力機構參數，得出系統輸出對輸入的開環傳遞函數為

系統輸出對輸入的閉環傳遞函數為

4．電液數字控制系統的穩定性分析

由圖18所示的系統開環傳遞函數Bode圖可知，相位裕量γ=4.71°，穿越頻率w_c= 574rad/s。相頻曲線沒有與-180°線相交，則系統幅值裕量K_g趨于+∞，按照判定原理，閉環系統是穩定的。但電液數字速度控制系統的相位裕量偏小，而幅值裕量偏大。當系統參數改變時，系統的相位裕量和幅值裕量太大或者太小都會影響到系統的穩定性。一般對于相位裕量和幅值裕量都有一個選擇范圍，相位裕量γ= 30°～60°，幅值裕量K_g=8～20dB。為了使系統有合適的相位裕量和幅值裕量，必須給系統加上適當的校正環節。

5．電液數字控制系統PID控制

通過多種校正方法的分析，采用PID控制對數字速度控制系統進行校正。PID控制器是由比例、積分、微分組成，其控制規律為

G_c(s)=K_P+(K₁/s)K_Ds

由圖19可以看出，PID校正后的系統幅值裕量K_g=9.39dB，相位裕量γ=47.1°且系統對階躍信號的穩態誤差為零。所以增加了PID校正的電液數字速度控制系統，性能完全符合提升裝置的要求，但是由Bode圖對比可知系統的穿越頻率減小了，可以說系統性能的提高是以降低系統的響應速度為代價的。