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液压机液压系统比例压力控制方法探讨

文档作者：李贵闪翟华文档来源： 1．合肥锻压机床有限公司 2．合肥工业大学机械与汽车学院，		点击数：	更新时间： 2021年09月10日
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2011年8月
第39卷第16期
机床与液压
MACHINE T0OL &amp;amp; HYDRAULICS
Aug．2011
V01．39 No．16
DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．16．024
液压机液压系统比例压力控制方法探讨
李贵闪 ，翟华
(1．合肥锻压机床有限公司，安徽合肥230601；2．合肥工业大学机械与汽车学院，安徽合肥230011)
摘要：介绍了液压机比例压力控制的3种方法，即开环控制、基于PID的闭环控制、加入初始信号的PID控制。并对
3种控制方法进行了比较。结果表明：采取的加入初始信号的闭环控制算法具有控制结构简单、调试方便、系统稳定、精
度高等优点，完全满足该液压机对压力控制的要求。
关键词：液压；比例压力控制；PID控制
中图分类号： rP271+．31 文献标识码：B 文章编号：1001—3881(2011)16—067—2
Discussion on M ethods of Proportional Pressure
Control in Hydraulic System of Hydraulic Press
LI Guishan‘．ZHAI Hua
(1．Hefei Metalforming Machine T0ol Limited，Hefei Anhui 230601，China；
2．School of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Hefei Anhui 23001 1，China)
Abstract：Three methods of proportional pressure control on hydraulic presses were introduced and compared，which were open—
loop control，closed—loop control based on PID and PID control with addition of initial signals． Results of comparison showe that the
closed-loop control algorithm which is added with initial signals has many advantages such as simple control structure，easy debugging
operations，stable system and high precision，and ete．The requirements of this hydraulic press on pressure control can be fully satis—
fled．
Keywords：Hydraulic；Proportional pressure control；PID control
在液压机液压系统的比例压力控制中，大多采用
比例压力阀进行压力控制。目前大部分液压机液压系
统多采用开环压力控制，存在着压力精度低、受环境
温度及液压油温度影响大等缺点。一部分液压系统也
采用闭环压力控制，即在主缸上腔安装压力传感器，
与比例压力阀构成闭环控制，大多采用通用PID算
法，但这种算法在满足精度和响应速度及系统稳定性
方面存在着相互制约的缺点。作者介绍一种控制算
法，与通用的PID控制算法相比，在满足相同精度的
情况下，系统更加稳定，在减少系统偏差的同时提高
系统的稳定性。
1 对系统的基本要求
以某公司的一台RZU800型8 000 kN快速薄板冲
压液压机作为测试机床进行研究。对系统压力的主要
要求为：(1)压力调节范围为3～25 MPa；(2)在压
力调节范围内系统设定值与检测值(压力传感器输
出值)压力差小于最大值的2％ (0．5 MPa)； (3)
压力稳定时间不大于2 S；(4)最大超调压力不大于
l MPa
2 3种控制形式的比较
2．1 开环控制系统
首先采用开环进行控制，控制原理图见图1。采
用直动式比例压力阀1作为先导阀控制插装阀2。由
PLC直接给比例阀1设定信号，由于系统本身是非线
性的，在从3～25 MPa进行加压试验时，比例阀的设
定值与实际压力值并不能成比例地对应起来(见图
2)，与理想的线性直线最大差值达到1．8 MPa。另外当
油温上升时，液压系统的压力增加值也非常大，在油
温18和39℃进行测定，压力最大增加了1．2 MPa。
图1 开环控制原理图
试验表明，虽然系统基本无超调，系统稳定时间
也符合要求，但设定值与显示值受系统的非线性和油
温的影响，出现很大偏差，无法满足要求。
收稿日期：2010—07—24
作者简介：李贵闪(1971一)，男，硕士，高级工程师，研究方向为液压机的研发设计。电话：13866167406，E—mail：
lgslgs2005@ 163．corn。
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00
70
40
10
80
50
20
9O
6O
30
l 2 3 4 5 6 7 8 9 lO
比例阀给定信号，v
图2 开环控制给定信号与压力对应曲线
2．2 采用PID控制的闭环控制系统
图3为采用PID控制的闭环控制原理图，在开环
控制基础上增加了PID控制器，同时在PLC软件中，
把压力传感器的反馈值与设定值 进行求差值运算，
然后输入PID控制器，PID控制器的输出控制比例阀。
◇ ⋯
一×1 ：
⋯ ⋯ ⋯
_{⋯岳：囱
～
一一 ⋯ ．
图3 常规PID控制原理图
首先设置积分系数K =0、微分系数K。=0，依
次从小到大增加比例系数 进行试验，用示波器对
压力进行检测，结果显示在 为30时，系统基本无
震荡和无超调，但系统设定压力与实际压力最大差值
达到8％ 。继续增加 值，系统开始发生震荡。
K =80，设定压力为10 MPa时，系统发生4次震荡
才趋于稳定，震荡时间达到2．8 s，而且设定值与实
际值最大差距仍然达到1．1 MPa。
把 设为20，然后把K 设为4，把％ 设为1，
设定压力为10 MPa进行试验，结果显示系统震荡加
剧，系统经过大约3．2 s后才基本趋于稳定。可见加
入积分项和微分项后，虽然提高了系统的最终压力精
度，但系统震荡加剧，达到需要精度的时间也过长，
仍然不能满足液压机对系统的需要。
经过多次改变 、 、K。的参数进行试验，都
不能在3～25 MPa范围内均达到系统的要求，可见
普通PID控制系统很难满足系统的控制要求，而且参
数设定过于依赖现场调试。
2．3 加入初始信号的PID控制
图4为加人初始信号的闭环控制系统，在PID闭
环控制系统基础上增加开环输入 和求和计算器，
PID的输出与开环设定 求和后再输出给比例阀。
此种控制系统很大程度上削弱了PID的输出，PID的
输出只是把开环控制出现的差值进行修正。
⋯ ·
⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯
一× 囱
图4 加入初始信号的闭环控制系统
首先 按第2．1节开环控制进行取值，同时另
KI=0、KD=0、 =30进行试验，结果在3～25 MPa
范围内设定值与实际值非常接近，最大差值只有0．3
MPa，在示波器中测试系统的稳定时间均小于1．8 S，
系统的超调小于0．5 MPa。减少 值，适当加入积分
和微分项，系统精度得到进一步提高，稳定时间更短。
由于仅仅使用PID中的比例环节就可满足系统的
要求，控制就变得非常简单了，最后在该机床中取消
了PID控制器，把比例环节由PLC来完成，得到的
结果满足系统的需要。
3 结论
该设备最后采取的加入初始信号的闭环控制算法
具有控制结构简单、调试方便、系统稳定、精度高等
优点，完全满足该液压机对压力控制的要求，同时也
可推广到对速度、流量等领域的控制。
参考文献：
【1】周祖德．机电一体化控制技术与系统[M]．华中理工大
学出版社，1992．1．
【2】杨叔子，杨克冲．机械工程控制基础[M]．华中科技大学
出版社，2005．
(上接第44页)
所设定的压力时，则发出电信号，进行铣削加工。当
真空破坏电磁阀7通电后(真空供应电磁阀2同时断
电)，空气经真空破坏电磁阀7、密闭腔Ⅱ处进入真
空吸附夹具密封腔，消除真空，释放工件。
3 结束语
该夹具结构简单、制造容易、操作方便，改变定
位元件型腔结构，可以加工异形薄壁零件，具有一定
的推广意义。实践证明：利用该真空吸附夹具高速铣
削薄板零件有效提高了加工质量与生产效率。
参考文献：
【1】姚荣庆．薄壁零件的加工方法[J]．机床与液压，2007
(8)：250—253．
【2】袁峰，王太勇，王双利．高速切削技术的发展与研究
[J]．机床与液压，2005(12)：8一l1．
【3】刘守勇．机械制造工艺与机床夹具[M]．北京：机械工业
出版社，2005．
【4】徐炳辉．气动手册[M]．上海：上海科学出版社，2005．
【5】张利平，等．液压气动技术手册[M]．北京：化学工业出
版社，2007．

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