嵌入式電鐓智能控制設(shè)計(jì)
3 電鐓機(jī)控制特性分析
3.1 電鐓常見缺陷
氣門毛坯成型過程中,由于各方面的參數(shù)影響,會出現(xiàn)不同類型的廢品,主要缺陷有:頭部有裂紋、頂部出現(xiàn)折疊、成型歪斜不均勻。
當(dāng)毛坯成形時(shí)棒料過熱、變形量大,在附加拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生軸向裂紋。折疊產(chǎn)生原因是始鐓溫度與終鐓溫度相差較大,金屬*結(jié)合不好,有明顯的分界線,形成臺階狀的折疊。而成型歪斜是由于砧子塊棒料接觸電阻相差懸殊,造成兩邊電流不均勻,棒料過多地流向溫度高的一側(cè),引起歪斜。
從上面分析可見,常見缺陷成因主要可以歸結(jié)為:壓力不穩(wěn)定,電流不均勻,驅(qū)動系統(tǒng)有時(shí)滯性。
3.2 氣液結(jié)合驅(qū)動
電鐓機(jī)振動本身是復(fù)雜的非線性系統(tǒng),無法獲得精確的數(shù)值解,為建立電鐓機(jī)的振動力學(xué)模型,在此做如下假設(shè):
(1)將電鐓機(jī)機(jī)身、工件、砧子缸看作剛性質(zhì)量塊;忽略電鐓機(jī)連接及驅(qū)動部件之間的間隙對電鐓機(jī)振動的影響。
(2)將電鐓機(jī)機(jī)身及鐓粗缸等效為線性彈簧。
(3)只考慮電鐓機(jī)縱向方向的振動。
由工程振動理論知:振動系統(tǒng)受到激勵發(fā)生的振動,是由有阻尼自由振動與穩(wěn)態(tài)振動組成的。如圖3所示為電鐓機(jī)等效彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)簡圖,k為彈簧剛度,c為粘性阻尼系數(shù),F(xiàn)為一階躍激勵,所謂階躍激勵就是受到常力F的突然作用,即F(t)=F。
系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程為:
阻尼比ξ的大小可以用來表示振幅衰減的快慢,阻尼比越大,振幅的衰減越快;阻尼比越小,則超調(diào)量越大。由于液壓缸彈簧剛度k值遠(yuǎn)大于氣缸k值,故液壓缸系統(tǒng)阻尼比小于氣缸系統(tǒng)阻尼比,可以判斷在同樣階躍激勵作用下,液壓系統(tǒng)振動更厲害。
在嵌入式智能電鐓機(jī)上,選擇了氣液結(jié)合驅(qū)動。氣液聯(lián)合驅(qū)動是指以壓縮空氣為動力源,通過氣液轉(zhuǎn)換元件將氣體動力轉(zhuǎn)換成液體動力的驅(qū)動方式。在本系統(tǒng)中,采用氣液聯(lián)動驅(qū)動砧子塊,鐓粗缸采用直接氣體動力驅(qū)動。圖4是在鐓粗缸換向時(shí),壓力傳感器測得的壓力振動曲線示波器截圖。液壓驅(qū)動式鐓粗缸振動幅值比氣體驅(qū)動大25倍,振蕩次數(shù)超過10次。實(shí)驗(yàn)證明,氣液結(jié)合驅(qū)動系統(tǒng)壓力穩(wěn)定性好。
4 模糊自整定PID控制策略
電鐓控制系統(tǒng)屬于非線性時(shí)滯系統(tǒng),涉及溫度、壓力、電流等參數(shù)的控制。用常規(guī)的PID控制器,難以達(dá)到較好的效果。模糊PID是將模糊控制與經(jīng)典PID控制相結(jié)合的控制器,適用毛非線性、數(shù)學(xué)模型不確定的系統(tǒng)。
模糊自整定PID是在PID算法的基礎(chǔ)上,通過計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差e和誤差變化ec,利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理,查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。模糊控制設(shè)計(jì)的核心問題是總結(jié)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),建立合適的模糊規(guī)則表,得到針對kD、ki、kd三個(gè)參數(shù)分別整定的模糊控制表。kp、ki、kd的模糊規(guī)則表建立后,再應(yīng)用模糊合成推理設(shè)計(jì)PID參數(shù)的模糊矩陣表,查出修正參數(shù)帶入下式計(jì)算:
在線運(yùn)行過程中,控制系統(tǒng)通過對模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果處理、查表和運(yùn)算,完成對PID參數(shù)在線自校正。
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