MCS-Ⅱ实验台电液比例系统设计及PLC控制的实现

　　1 MCS-II实验台

　　MCS-II实验台用于矿井提升机摩擦衬垫摩擦系数的测试,衬垫摩擦系数是摩擦提升机设计和钢丝绳防滑验算的重要参数,摩擦系数过大会加剧衬垫的磨损,过小会引起钢丝绳和衬垫间的相对滑动,因此在衬垫投入使用前需对其摩擦系数进行测量。按照国家摩擦系数的测试标准MTPT248-1991和JBPT10347-2002的规定,钢丝绳与衬垫之间的相对滑动速度取(1.0±0.1) mmPs;钢丝绳与衬垫间的接触压力取(1.0±0.1) MPa、(2.0±0.1) MPa和(3.0±0.1) MPa 3个等级。衬垫比压和衬垫与钢丝绳之间的相对滑速实现原理分别如图1和图2所示。

　　图1为衬垫夹紧装置,利用夹紧油缸1实现对衬垫的夹紧与测试比压的控制;图2为推移装置,推移油缸1经连杆2带动平台5运动,实现了钢丝绳与衬垫间的相对滑动。

　　在实验中,为能进一步研究摩擦衬垫的摩擦性能,要求滑速达到0.1~10mmPs,衬垫比压的测试范围在0.5~5 MPa,衬垫比压和相对滑速的调节可由电液比例系统来实现。

　　2 电液比例系统

　　MCS-II实验台电液比例系统主要包括衬垫比压控制系统和相对滑速控制系统,两控制系统分别由压力调节回路和速度调节回路组成,其实现原理如图3和图4所示。

　　在调压回路中,通过电液比例溢流阀改变进入夹紧油缸的油压来实现衬垫比压的调节;在调速回路中,利用电液比例调速阀改变进入推移油缸的流量来实现相对滑速的调节。下面对两回路进行建模,压力调节回路和速度调节回路的控制方框图如图5所示。

　　电液比例溢流阀和比例调速阀中,比例放大器及比例电磁铁线圈可被当作一个比例环节,忽略其电性能的一阶滞后特性;力传感器和速度传感器由于转折频率比系统的频宽高得多,故可近似为比例环节。另外,在对两控制系统建模的初步阶段暂不考虑PID调节器的参数影响,其参数可在系统校正后确定。

　　(1)间接检测先导式电液比例溢流阀和夹紧油缸传递函数

　　传递函数

　　电液比例溢流阀主阀主导转折频率ω_v和阀前容积形成的转折频率ω₁共同决定了溢流阀动态性能参数ω₀,由于电液比例溢流阀先导级的二阶振荡环节固有频率ω_y是比较大的,所以电液比例溢流阀传递函数简化为

　　又知

　　根据力控制系统方块图,结合式(1)、式(2)可得压力调节回路开环传递函数

　　(2)电液比例调速阀和推移油缸传递函数