电液多轴控制系统中偏差积分式自跟随同步的算法与实现

　　1　概述

　　电液多轴控制系统在大型压力机等设备上有着广泛应用,其多轴同步控制算法对系统设计方案、同步控制精度和加工产品的质量有着决定性的影响。

　　实现多轴同步的方式通常有以下几种:

　　①机械同步方式。如机械横梁和液压分流阀等,该同步方式本质上是开环控制,主要缺点是在多轴且偏载大的系统中纠偏能力差,同步控制精度低;

　　②并行同步方式。该方式是将控制信号均分给每个被控制对象,这种控制模式下每个被控制对象都是一个独立的闭环系统。该方式控制方法简单,但每个闭环系统中的元件要求统一,且当每个轴上的负载不同时,无法保证同步控制精度;

　　③主从轴同步方式。该方式将运动轴分为一个主动轴和多个从动轴,且按一定规律分别向主动轴和从动轴给出不同的控制信号。本文介绍的偏差积分式自跟随同步算法适用于主从轴同步控制方式。该方式利用偏差积分来消除干扰误差,确保了电液多轴控制系统的同步精度高,抗干扰能力强。

　　2　电液多轴控制系统实例

　　某大型压机的液压系统原理图如图1所示。

　　图1中,柱塞缸柱塞直径=620 mm,柱塞缸总行程=320 mm;活塞缸活塞直径=620 mm,活塞杆直径=500 mm,活塞缸总行程=320 mm。考虑复位的需要,选定活塞缸作为主动轴,从动轴跟随主动轴运动。各个轴的控制信号由数字控制器给出。

　　3　偏差积分式同步算法及其原理

　　3. 1　偏差积分式同步算法

　　偏差积分式同步算法见式(1):

　　式中　Sss———从动轴设定值

　　Ssm———主动轴设定值

　　Sam———主动轴实际值

　　Sas———从动轴实际值

　　式(1)应用在电液多轴控制系统中,就是只需在数字控制器的软件中设定主轴的给定,从动轴的给定信号则是通过计算主轴和从动轴的实际位置之间的偏差,并将该偏差积分后与主轴的给定相加后得到。

　　3. 2　偏差积分式同步算法的原理

　　上述偏差积分式同步算法的原理是:数字控制器先将主轴的给定信号等值地送给所有的控制对象(含主轴和所有的从动轴),这相当概述中的并行同步方式。在理想情况下,主轴和所有的从动轴都将跟随给定信号做同步运动且不会产生同步误差(即公式(1)中的积分项为零)。但实际的情况是:作用在不同轴上的不均衡负载、零点偏差、温漂等都会造成不同的从动轴与主轴之间出现同步误差,这时,利用公式(1)中的积分项(即主动轴和从动轴的实际位置偏差的积分)来补偿从动轴给定值,使所有的从动轴都跟随着主动轴的实际位移运动,确保从动轴与主轴的实际位置保持一致。这样就能实现所有的轴都能按照一个预先设计的运动轨迹做同步运动,不会由于某个轴的负载变化或速度降低而使整个系统的同步速度降低或产生同步误差。