閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸的控制過程
在此通過使用閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸實現(xiàn)機床刀具快進-工進-快退的運動循環(huán)過程,來說明閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸的控制方法。
在加工工件的過程中,為了提高工作效率,刀具遇到工件前都希望刀具運動較快;在加工工件的過程中,刀具切削工件受到的阻力較大,為了避免刀具折斷,其運動速度應(yīng)該放慢;刀具返回過程中不切削工件,同樣為了提高工作效率,希望刀具運動較快。在半自動機床上通常使用液壓缸來帶動刀具前進,如果使用傳統(tǒng)的控制方式,系統(tǒng)工作原理如圖39所示,系統(tǒng)的工作過程如下。
(1)快進。1YA、3YA通電,其余電磁鐵斷電,壓力油經(jīng)電磁閥1、2、3左位進入液壓缸右腔,推動液壓缸桿快速接近工件。
(2)工進。當(dāng)液壓缸活塞桿前端固定的磁鐵靠近霍爾開關(guān)7,2SQ通電時,電磁鐵1YA、3YA、5YA通電,壓力油經(jīng)電磁閥1、2左位,電磁閥3右位,節(jié)流閥4進入液壓缸右腔,推動液壓缸活塞桿低速工進,切削工件。
(3)延時。當(dāng)液壓缸活塞桿前端固定的磁鐵靠近霍爾開關(guān)8,3SQ通電時,電磁鐵1YA通電,其余電磁鐵斷電,液壓缸停止不動。
(4)快退。延時結(jié)束,電磁鐵1YA、4YA通電,其余電磁鐵斷電,壓力油經(jīng)電磁閥1、2進入液壓缸左腔,使液壓缸快速退回,直到液壓缸活塞桿前端固定的磁鐵靠近霍爾開關(guān)6,1SQ通電為止。
使用閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸實現(xiàn)上述運動,其流程圖如圖40所示。
(5)復(fù)位。判斷絕對脈沖存儲區(qū)的數(shù)據(jù)是否為零。如果是零,說明液壓缸在零位;如果不是零,說明液壓缸不在零位。不在零位,則反向旋轉(zhuǎn)步進電動機(圖40以1200Hz為例),當(dāng)光電編碼器返回一個脈沖信號時,說明液壓缸后退了一個脈沖當(dāng)量,絕對脈沖存儲區(qū)的數(shù)據(jù)減1,液壓缸后退到零位為止。
(6)開關(guān)判斷。開關(guān)按下,執(zhí)行運動,否則不動。
(7)報警。如果液壓缸不在零位說明在工作過程當(dāng)中,即使此時按下開關(guān)也不能使液壓缸運動。
(8)快進。給步進電動機發(fā)送正向高速脈沖(圖40以1000Hz為例),同時當(dāng)光電編碼器返回一個脈沖信號時,說明液壓缸前進了一個脈沖當(dāng)量,絕對脈沖存儲區(qū)的數(shù)據(jù)1。
(9)工進。當(dāng)液壓缸走到指定的位置(圖40以相對零位置6000個脈沖當(dāng)量為例),即將開始加工工件時,降低發(fā)給步進電動機的正向脈沖速度(圖40以200Hz為例),同樣光電編碼器每返回一個脈沖信號,絕對脈沖存儲區(qū)的數(shù)據(jù)加1。
(10)延時。當(dāng)液壓缸走到終點位置(圖40以相對零位置6400個脈沖當(dāng)量為例),根據(jù)加工要求通常在終點位置停留一段時間,在數(shù)字液壓缸系統(tǒng)中,只需要是步進電動機停止旋轉(zhuǎn),液壓缸就會停止運動。
(11)后退。延時結(jié)束后,反向旋轉(zhuǎn)步進電動機(圖40以1200Hz為例),當(dāng)光電編碼器返回一個脈沖信號時,說明液壓缸后退了一個脈沖當(dāng)量,這時絕對脈沖存儲區(qū)的數(shù)據(jù)減1,液壓缸后退到零位為止。
按照以上方法控制液壓缸運動的特點是;單片機絕對脈沖存儲區(qū)所存儲的數(shù)據(jù)和液壓缸相對于零點的位移是惟一對應(yīng)的,不需使用會影響液壓缸控制精度的霍爾開關(guān)。通過以上方法就可以有效地保證液壓缸行程精度。
相對于傳統(tǒng)液壓執(zhí)行系統(tǒng),數(shù)字液壓執(zhí)行系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:
(1)結(jié)構(gòu)簡單,環(huán)節(jié)少。實驗當(dāng)中使用一個數(shù)字缸,實現(xiàn)了需要三個滑閥、一個節(jié)流閥、一個普通液壓缸所組成的一個液壓回路系統(tǒng)才能實現(xiàn)的所有功能。
(2)運動規(guī)律易于改變。數(shù)字液壓缸可以通過改變控制程序?qū)崿F(xiàn)其運動速度和位移的變化,而傳統(tǒng)液壓回路系統(tǒng)就不容易改變其速度和位移,需要增減液壓閥,改變回路結(jié)構(gòu)。
(3)控制精度高。滾珠絲杠的導(dǎo)程為10mm,步進電動機和光電編碼器的脈沖周期為l024PIR,數(shù)字液壓缸的精度可達(dá)到0.01mm。
(4)相對于開環(huán)控制數(shù)字液壓缸,閉環(huán)控制數(shù)字液壓缸能對系統(tǒng)溫度、壓力負(fù)載、內(nèi)泄及死區(qū)等因素對速度和位移產(chǎn)生的影響進行補償,并且控制精度進一步提高。