專利名稱：特大型水壓機活動橫梁位置自適應預控方法
技術領域：
本發明涉及特大型自由鍛造水壓機設備控制方法。
背景技術：
目前國內老式大型水壓機目前的鍛件尺寸精度約為^ 士10mm，即使是技術水平比 較高的新式大型水壓機也只能達到士5mm。提高鍛件精度對節約能源、原材料具有重要意 義。為提高鍛造精度，必須提高動梁的控制運動精度。但在動梁位于不同位置時，因立柱的 彎曲變形程度不同導致兩者間隙不同；鍛件輻射熱也會在立柱內引起溫度梯度，加大立柱 的變形。若按純位置閉環控制動梁行程，因活動部分質量達600余噸，同時，在工作壓力下， 工作缸內水的彈性變形較大，給水閥關閉后，動梁仍繼續壓下，同時，鍛件品種不同，變形量 也不一樣；加之壓下頻次高，動梁位置很難達到精確控制要求。針對上述現有技術中所存在 的問題，研究設計一種新型的特大型水壓機活動橫梁位置自適應預控方法，從而克服現有 技術中所存在的問題是十分必要的。
發明內容
鑒于上述現有技術中所存在的問題，本發明的目的是針對這種特大型自由鍛造水 壓機鍛造過程的大壓力、大慣性、品種多的特點，開發研制出活動橫梁位置自適應預控方 法，設計出一種預測控制運算模型，從而解決水壓機活動橫梁及相連部件在鍛造過程中鍛 件尺寸精度的控制難題，開發一種除具有正常的位置閉環控制外帶有活動橫梁位置自適應 預控的方法，對鍛件多品種、水壓機鍛造壓力、慣性、控制閥組滯后等因素綜合考慮，通過簡 單的工程算法對位置預控，從而達到解決問題的目的。 本發明所述的特大型水壓機活動橫梁的控制系統是由可編程控制器、執行控制元 件、主工作缸控制閥、溫度傳感器、主工作缸、回程缸、活動橫梁、位移傳感器、主工作缸壓力 傳感器、回程缸高壓控制閥所組成；所述的特大型水壓機活動橫梁位置自適應預控方法步 驟如下 第一步，在第一次鍛造過程中，通過位移傳感器實時測量鍛造過程中活動橫梁位 置并計算運行速度，通過主工作缸壓力傳感器測量鍛造壓力，溫度傳感器測量鍛造溫度；在 位置閉環控制中輸出停止加壓時，即控制主工作缸控制閥關斷，采樣此時的活動橫梁位置、 運行速度、鍛造壓力、鍛造溫度。 第二步，采樣開始泄壓時的活動橫梁位置；由可編程控制器計算出上一次慣性鍛 造行程量(AH(n—d)，此值作為下一次鍛造時預控量基準值； 第三步，在本次(第二次)鍛造過程中，根據測量的活動橫梁位置，鍛造壓力，鍛造 溫度；經運算模型 y(H) = K AH(n—d ------(模型1) 其中AH(n—d 上一次慣性鍛造行程量 [OOTO] K 壓力、速度、溫度加權系數
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y(H) 本次鍛造慣性補償量 計算出預控位置慣性提前量(y(H))，再經工程算法 y(h) = k* (Ahn+y(H)) ------(模型2) 其中Ahn 表示給定終鍛位置與實際行程差
k 控制主工作缸控制閥輸出系數
y(h) 主工作缸控制閥實際輸出控制值 運算后得到本次(第二次)鍛造時帶預控的位置閉環控制輸出量，并通過執行控 制元件控制主工作缸控制閥開口大小及關閉； 將本次鍛造采集的數據作為下一次鍛造時的上一次數據，進入下一次鍛造運算模 型數據中。 本發明所述的特大型水壓機活動橫梁位置自適應預控方法，簡化實施過程就是
1.實時測量活動橫梁位置并計算運行速度，測量鍛造壓力，鍛造溫度；
2.采樣停止加壓時的活動橫梁位置、運行速度、鍛造壓力、鍛造溫度；
3.采樣開始泄壓時的活動橫梁位置； 4.將上訴數據經工程算法運算后得下次鍛造時預控位置提前量。
本發明所述的水壓機鍛造控制精度，主要是對活動橫梁的位置進行精確控制。精 確控制需要精確位移測量，以兩臺較高精度的磁滯式位移傳感器，分別放置在水壓機對角 線兩側回程缸內，以得到高精度位移值。 本發明對行程采用位置比例閉環控制，對于其大壓力、大慣性、品種多的特點，設 計了上述方法的一種預測控制運算模型計算預控量，以對位置閉環進行預控補償，修正因 品種不同、動橫梁慣性大、傳動介質彈性變形能釋放引起的位置偏差。控制系統需要用大流 量、響應快的控制比例閥組作為執行元件，保證系統可控。 本發明應用實踐表明，該方法有效地消除了鍛件多品種、大壓力、大慣性、控制閥 組滯后等影響控制鍛造精度問題，減少了后續加工時間，提高了生產效率，降低了能耗及材 料損耗。
本發明共有一幅附圖， 圖1是本發明控制系統示意圖 圖中1、可編程控制器 2、執行控制元件 3、主工作缸控制閥 4、溫度傳感器 5、主工作缸6、回程缸7、活動橫梁8、位移傳感器9、主工作缸壓力傳感器10、回程 缸高壓控制閥。
具體實施例方式
本發明的具體實施例如附圖所示，附圖l所示為本發明控制系統示意圖，是由可
編程控制器1、執行控制元件2、主工作缸控制閥3、溫度傳感器4、主工作缸5、回程缸6、活
動橫梁7、位移傳感器8、主工作缸壓力傳感器9、回程缸高壓控制閥IO所組成； 所述的特大型水壓機活動橫梁位置自適應預控方法步驟如下 第一步，在第一次鍛造過程中，通過位移傳感器8實時測量鍛造過程中活動橫梁位置并計算運行速度，通過主工作缸壓力傳感器9測量鍛造壓力，溫度傳感器4測量鍛造溫 度；在位置閉環控制中輸出停止加壓時，即控制主工作缸控制閥3關斷，采樣此時的活動橫 梁位置、運行速度、鍛造壓力、鍛造溫度。 第二步，采樣開始泄壓時的活動橫梁位置Hx ;由可編程控制器1計算出上一次慣 性鍛造行程量(AH(n—d)，此值作為下一次鍛造時預控量基準值； 第三步，在本次(第二次)鍛造過程中，根據測量的活動橫梁位置，鍛造壓力，鍛造 溫度；經運算模型 y(H) = K AH(n—d ------(模型1) 其中AH(n—d 上一次慣性鍛造行程量 K 壓力、速度、溫度加權系數 y(H) 本次鍛造慣性補償量 計算出預控位置慣性提前量(y (H))，再經工程算法 y (h) = k ( A hn+y (H)) ------(模型2) 其中Ahn 表示給定終鍛位置與實際行程差
k 控制主工作缸控制閥3輸出系數
y(h) 主工作缸控制閥3實際輸出控制值 運算后得到本次(第二次)鍛造時帶預控的位置閉環控制輸出量，并通過執行控 制元件2控制主工作缸控制閥3開口大小及關閉； 將本次鍛造采集的數據作為下一次鍛造時的上一次數據，進入下一次鍛造運算模 型數據中。 調試過程只需要調節K的參數合適即可。 實際運用在150MN水壓機上，多品種調試后，鍛件實測精度達到小于士3mm。有效 減小了鍛件加工余量，達到了節能降耗、降低成本，提高了生產效率的目的。
權利要求
一種特大型水壓機活動橫梁位置自適應預控方法，所述的特大型水壓機活動橫梁的控制系統是由可編程控制器(1)、執行控制元件(2)、主工作缸控制閥(3)、溫度傳感器(4)、主工作缸(5)、回程缸(6)、活動橫梁(7)、位移傳感器(8)、主工作缸壓力傳感器(9)、回程缸高壓控制閥(10)所組成；其特征在于所述的特大型水壓機活動橫梁位置自適應預控方法步驟如下第一步，在第一次鍛造過程中，通過位移傳感器(8)實時測量鍛造過程中活動橫梁位置并計算運行速度，通過主工作缸壓力傳感器(9)測量鍛造壓力，溫度傳感器(4)測量鍛造溫度；在位置閉環控制中輸出停止加壓時，即控制主工作缸控制閥(3)關斷，采樣此時的活動橫梁位置、運行速度、鍛造壓力、鍛造溫度；第二步，采樣開始泄壓時的活動橫梁位置；由可編程控制器(1)計算出上一次慣性鍛造行程量(ΔH(n-1))，此值作為下一次鍛造時預控量基準值；第三步，在本次(第二次)鍛造過程中，根據測量的活動橫梁位置，鍛造壓力，鍛造溫度；經運算模型y(H)＝K·ΔH(n-1) ------(模型1)其中ΔH(n-1)上一次慣性鍛造行程量 K 壓力、速度、溫度加權系數 y(H)本次鍛造慣性補償量計算出預控位置慣性提前量(y(H))，再經工程算法y(h)＝k·(Δhn+y(H)) ------(模型2)其中Δhn 表示給定終鍛位置與實際行程差 k控制主工作缸控制閥(3)輸出系數 y(h) 主工作缸控制閥(3)實際輸出控制值運算后得到本次(第二次)鍛造時帶預控的位置閉環控制輸出量，并通過執行控制元件(2)控制主工作缸控制閥(3)開口大小及關閉；將本次鍛造采集的數據作為下一次鍛造時的上一次數據，進入下一次鍛造運算模型數據中。
全文摘要
本發明所述的特大型水壓機活動橫梁位置自適應預控方法，目的是針對這種特大型自由鍛造水壓機鍛造過程的大壓力、大慣性、品種多的特點，開發一種除具有正常的位置閉環控制外帶有活動橫梁位置自適應預控的方法，對鍛件多品種、水壓機鍛造壓力、慣性、控制閥組滯后等因素綜合考慮，設計出一種預測控制運算模型，通過簡單的工程算法對位置預控，從而解決水壓機活動橫梁在鍛造過程中鍛件尺寸精度的控制難題，該方法有效地消除了鍛件多品種、大壓力、大慣性、控制閥組滯后等影響控制鍛造精度問題，減少了后續加工時間，提高了生產效率，降低了能耗及材料損耗。
文檔編號B21J9/20GK101704060SQ20091021960
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者劉林峰, 吳生富, 宋清玉, 張景勝, 楊廣 申請人:一重集團大連設計研究院有限公司;中國第一重型機械股份公司