【正文】 樣周期?，F(xiàn)在采用梯形法近似。對(duì)PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行數(shù)字化，相當(dāng)于對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，將上式寫(xiě)成差分方程。根據(jù)連續(xù)系統(tǒng)帶寬頻率確定采樣周期 式中： W0——連續(xù)系統(tǒng)閉環(huán)帶寬角頻率，即閉環(huán)系統(tǒng)幅頻特性下降到3dB 是的角頻率。根據(jù)連續(xù)系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間確定采樣周期。香農(nóng)采樣定理是采樣信號(hào)恢復(fù)成原連續(xù)信號(hào)的條件。在系統(tǒng)其他參數(shù)不變且T一定時(shí)，使K增大會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。采樣周期T和開(kāi)環(huán)增益K對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有較大影響。計(jì)算機(jī)的控制功能，在用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)稱為控制器或調(diào)節(jié)器，在用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)稱為控制算法或調(diào)節(jié)算法，這兩種名稱也常可能通用。X（z） E（z） U（z） Y（z）D（Z）D（Z）D（Z）Y（z） 控制器 零階保持器 控制對(duì)象采樣控制系統(tǒng)方框圖在這個(gè)采樣控制系統(tǒng)中，零階保持器的傳遞函數(shù)Gh(s)是給定不變的，控制對(duì)象的傳遞函數(shù)Gs(S) 在所用的液壓系統(tǒng)確定之后通常也不易改變。在分析計(jì)算時(shí)，將保持器與控制對(duì)象連在一起，合稱為廣義控制對(duì)象。當(dāng)采樣周期T和量化單位q都足夠小時(shí)，可以將保持器輸出的梯形信號(hào)近似地當(dāng)作連續(xù)變化的模擬信號(hào)。D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將二進(jìn)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量的電壓信號(hào)，這種電壓信號(hào)仍然是離散的電壓信號(hào)變換成連續(xù)的電壓信號(hào)。為了表示這種信號(hào)的離散性質(zhì)，在圖中的計(jì)算機(jī)輸出端繪制了一個(gè)采樣開(kāi)關(guān)符號(hào)。相鄰的兩個(gè)整數(shù)之間所對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電壓值稱為量化單位q。當(dāng)然，如果被采樣的信號(hào)本來(lái)就是數(shù)字信號(hào)，那就不必采用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化了。而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算卻需要并行的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。這是因?yàn)橹辉趖=kT時(shí)才進(jìn)行采樣，在其他時(shí)間的x*（t）值都無(wú)實(shí)際意義。設(shè)被采樣的連續(xù)變化的模擬信號(hào)x(t)如圖的示，在采樣后便得到間隔為T(mén)的一系列脈沖信號(hào)X*(t)，如圖所示，根據(jù)式，采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 式中：δ——脈沖函數(shù)。 采樣和量化計(jì)算機(jī)的采樣作用常用虛構(gòu)的采樣開(kāi)關(guān)表示。由于計(jì)算機(jī)是按采樣周期一次次地進(jìn)行控制作用的，因此這種系統(tǒng)屬于采樣控制系統(tǒng)或稱離散控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)在每隔一定的時(shí)間T對(duì)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)采樣一次（時(shí)間間隔T稱為采樣周期），經(jīng)比較后得出誤差信號(hào)，再按控制算法進(jìn)行運(yùn)算，將計(jì)算出的控制信號(hào)輸出到液壓系統(tǒng)。另外，再實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)工況，用二路反饋即位置反饋和壓力反饋，從而實(shí)現(xiàn)精確控制目的。首先是用一路反饋控制實(shí)現(xiàn)成型機(jī)的位置控制（位置反饋，用位移傳感器實(shí)現(xiàn)）。由于系統(tǒng)采用閉環(huán)控制各項(xiàng)液壓參數(shù)，故比例調(diào)節(jié)元件的線性度并不重要。在這兒存在一個(gè)很大的問(wèn)題，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在所用的油源是16MPa，在工作時(shí)，由于工作壓力比較低，壓力傳感器的線性度不是很好。本次設(shè)計(jì)所選擇的位移傳感器，％獨(dú)立線性度 %。 傳感器和比例調(diào)節(jié)元件主要根據(jù)精度選擇傳感器，當(dāng)然也要考慮傳感器的動(dòng)態(tài)特性（傳感器允許的工作頻率應(yīng)滿足測(cè)試要求）。所以選擇個(gè)人計(jì)算機(jī)作為控制計(jì)算機(jī)，而且現(xiàn)在市場(chǎng)上的計(jì)算機(jī)已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)的要求。計(jì)算機(jī)的選擇：計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)越長(zhǎng)，它能表示的數(shù)值范圍越大，計(jì)算出結(jié)果的有效位數(shù)越多，精度越高。這種系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)是作為一個(gè)閉環(huán)控制器，以代替模擬式閉環(huán)系統(tǒng)中的求和點(diǎn)和校正電路。常規(guī)的電液比例閥要求輸入模擬式的電信號(hào)；而數(shù)字式計(jì)算機(jī)只能發(fā)出二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，因此在計(jì)算機(jī)的輸出口和比例閥的輸入口之間要連接一個(gè)數(shù)—模轉(zhuǎn)換器（D/A）。在這兒我主要敘述計(jì)算機(jī)控制部分。增量式PID控制算法的程序框圖如下：開(kāi)始計(jì)算控制參數(shù)A、B、C設(shè)初值e(k1)=e(k2)=0被控對(duì)象A/D本次采樣輸入c(k)計(jì)算偏差值e(k)=r(k)c(k)計(jì)算控制量Δu(k)Δu(k)=Ae(k)Be(k1)+ce(k2)D/A輸出Δu(k)為下一時(shí)刻作準(zhǔn)備e(k1)—e(k2),e(k)—e(k1)采樣時(shí)刻到嗎？ N Y 電液比例伺服成型機(jī)的硬件部分是由機(jī)械部分，液壓控制部分，計(jì)算機(jī)控制部分，外圍電路、傳感器等組成。但是，增量式控制也有其不足之處，積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差；溢出的影響大。但增量式控制雖然只是算法上作了一點(diǎn)改進(jìn)，卻帶來(lái)了不少優(yōu)點(diǎn)：，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉。我采用的算式是：有了上式我們就可以通過(guò)軟件執(zhí)行來(lái)完成。對(duì)采用位置式和增量式的比較：采用位置式時(shí)，每次都得計(jì)算前n項(xiàng)的和，化費(fèi)計(jì)算機(jī)的時(shí)間很多。穩(wěn)態(tài)裕量也達(dá)到要求。由于它的穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)不到要求，另外，響應(yīng)速度不是很快，所以必須進(jìn)行校正。校正裝置的傳遞函數(shù)為：壓力機(jī)工況時(shí)，首先，在快速下行時(shí)，由于精度要求不是很高，從前面的分析可知，系統(tǒng)不需要校正就可以滿足要求。用校正方法加入某種裝置來(lái)改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以使其全面滿足給定的指標(biāo)要求。一個(gè)好的系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，只有穩(wěn)定的系統(tǒng)才有準(zhǔn)確性和快速性可言。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們常常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題：設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)不能滿足提出來(lái)的所有指標(biāo)的要求，往往指標(biāo)間發(fā)生矛盾，比如滿足了對(duì)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確度的要求，穩(wěn)定性可能遭到破壞，控制系統(tǒng)要有足夠的穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)指標(biāo)又可能達(dá)不到要求。是目前過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。可以看出，由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T一旦確定了Kp、KI、KD，只要使用前后3次測(cè)量值的偏差，即可求出控制增量。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，可由位置式導(dǎo)出。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障， u(k)的大幅度變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是產(chǎn)生實(shí)踐中不允許的，在某些場(chǎng)合，因而產(chǎn)生了增量式PID控制的控制算法。 KD——微分系數(shù)，KD=KpTD/T。為書(shū)寫(xiě)方便，將e(kT)簡(jiǎn)化表示成e(k)等，即省去T。按模擬PID控制算法的算式 ，現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時(shí)間t，以和式代替積分，以增量式代替微分，則可用如下近似變換：式中： T——采樣周期。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字PID控制器，數(shù)字PID控制算法通常又分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。積分用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： 即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t),偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如下。 數(shù)字PID控制在生產(chǎn)過(guò)程中是一種最普遍采用的控制方法，在冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。其傳遞函數(shù)為，Kp為比例放大增益。速度輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差為:mm因此，上述計(jì)算結(jié)果表明，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位置誤差大于R1=2μm，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正。從開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)看,此系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)。此時(shí)，20lgKv=，所以 Kv= Kv=Ka50103/ 所以 Ka=3445。當(dāng)= rad/S時(shí)， L（dB） 0 106 W(rad/S) (0 ) 0 W(rad/S) 180450當(dāng)Kv=1時(shí)，Wg= rad/S，Kg=。 在此階段的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 根據(jù)上式可繪制波德圖，其開(kāi)環(huán)頻率特性有三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率1= rad/S 2= rad/S，3= rad/S。 慢速加壓時(shí)，位移傳感器起主要作用，壓力傳感器起輔助作用，在反饋時(shí)不考慮時(shí)來(lái)。其中關(guān)鍵是3?？焖傧滦袝r(shí)，壓力起主要作用，這時(shí)把位移位傳感器的值屏蔽。所以在設(shè)計(jì)控制算法的時(shí)候，能夠把它們分開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)。N系統(tǒng)剛度：Ks=106 N/m 液壓剛度： 液壓缸固有頻率：伺服油缸一般取ζh=～ ，這里取ζh=液壓缸的流量系數(shù)： 取伺服閥芯直徑d=6mm則面積梯度W=πd=103m，伺服閥閥芯與套間隙可取rc=5106 m 。 由上可知，位移傳感器、壓力傳感器的傳遞函數(shù)為：位移傳感器的傳遞函數(shù)為: G1(S)=K1=50V/m壓力傳感器的傳遞函數(shù)為: G2(S)=K2=1/6 V/MPa閥的傳遞函數(shù)為： 液壓缸負(fù)載的傳遞函數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第四卷可得， 系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方塊圖如下。其傳遞函數(shù)為，Kp為比例放大增益。速度輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差為:mm因此，上述計(jì)算結(jié)果表明，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位置誤差大于R1=2μm，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正。從開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)看,此系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)。系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益為: KV=Ka=:68 L(dB) 1 20lg250 240 1 W(rad/s) 3 590 W(rad/s) 。為繪制波德圖方便，先計(jì)算由輸入信號(hào)引起的誤差來(lái)初步確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益KV’，由于系統(tǒng)是I型系統(tǒng)，所以。20％。 P2液壓缸的傳遞函數(shù)為: Kh Xpm 液壓缸的固有頻率為: FL 液壓缸負(fù)載的簡(jiǎn)化模型液壓缸的阻系數(shù)為: 50GSvKa位置控制系統(tǒng)方塊圖系統(tǒng)分析系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:根據(jù)系統(tǒng)要求和穩(wěn)態(tài)精度，頻寬與系統(tǒng)類型之間的關(guān)系，可以近似確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益KV，下面試按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度要求來(lái)初步確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益KV ，首先根據(jù)系統(tǒng)總的精度要求進(jìn)行誤差分配。 式中：ωsv比例伺服閥固有頻率； ζsv比例伺服閥的阻尼系數(shù)； Kq比例伺服閥的流量系數(shù)。零位漏損Qc=,額定電壓為10V。： 式中 ： Xv比例伺服閥閥芯位移； Ksv比例伺服閥的增益； GsvKsv=1時(shí)伺服閥的傳遞函數(shù)。 ： ue= ui uf = uikfxp式中： ui ——指令信號(hào)電壓； uf 反饋信號(hào)電壓； kf 位移傳感器增益； xp 活塞位移。所謂快速性就是指當(dāng)系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，消除這種偏過(guò)程的快慢程度。由于外干擾和給出定的信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)總是還可能看成是相對(duì)地不變的。稱之為靜態(tài)誤差或穩(wěn)態(tài)精度。因此穩(wěn)定性的要求應(yīng)該考慮到滿足一定的穩(wěn)定裕度，以便照顧到系統(tǒng)工作時(shí)參數(shù)可能發(fā)生的變化。由于系統(tǒng)存在慣性，當(dāng)系統(tǒng)的各參數(shù)配合不當(dāng)時(shí)，將會(huì)引起系統(tǒng)的振蕩而失去工作的能力。D /A比例伺服閥計(jì)算機(jī)ui ue uf 壓力傳感器A/D伺服液壓缸 系統(tǒng)組成圖系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)一個(gè)具體的液壓控制系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)一樣，總要滿足一些基本的技術(shù)指標(biāo)，如系統(tǒng)的所有的零部件都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，執(zhí)行元件必須要輸出足夠的力和運(yùn)動(dòng)速度，系統(tǒng)要有正常工作的環(huán)境條件等等。經(jīng)過(guò)位移傳感器和壓力傳感器反饋回來(lái)信號(hào)uf，經(jīng)過(guò)比較器與ui比較后產(chǎn)生偏差信號(hào)電壓ue，此信號(hào)電壓ue再經(jīng)比例伺服閥傳到油缸活塞上，使負(fù)載力向著減小偏差方向變化，直到負(fù)載力等于指令信號(hào)所規(guī)定的值為止。當(dāng)計(jì)算機(jī)給出電壓信號(hào)Ui控制系統(tǒng)就產(chǎn)生相應(yīng)的壓力使工件受力。當(dāng)有輔助缸時(shí)，如要求頂料，則有頂料缸活塞上升、停止和退回等動(dòng)作；薄板拉伸則要求有液壓墊上升、停止和壓力回程等動(dòng)作；有時(shí)還需用壓邊缸將料壓緊。壓力機(jī)由立柱、壓力機(jī)機(jī)架、伺服油缸、比例伺服閥、控制閥、液壓油源、模具、控制計(jì)算機(jī)等組成。這種壓力機(jī)在它的