本發(fā)明涉及一種連鑄機(jī)步進(jìn)冷床橫移液壓系統(tǒng)的控制方法，可有效消除兩個(gè)橫移液壓缸的同步誤差，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

步進(jìn)冷床是煉鋼廠連鑄機(jī)的重要設(shè)備，連鑄機(jī)生產(chǎn)的鑄坯通過(guò)冷床冷卻、矯直，然后出坯、碼垛，步進(jìn)冷床由固定機(jī)架和活動(dòng)機(jī)架組成，連鑄機(jī)的步進(jìn)冷床的活動(dòng)機(jī)架由橫移機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連鑄坯的翻轉(zhuǎn)、冷卻，步進(jìn)冷床的橫移機(jī)構(gòu)由兩個(gè)橫移液壓缸組成，連鑄機(jī)步進(jìn)冷床橫移液壓系統(tǒng)的同步控制方式有兩種，一種是采用節(jié)流調(diào)速、同步馬達(dá)、同步閥實(shí)現(xiàn)的開(kāi)環(huán)控制，一種是采用電液換向閥實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)控制，開(kāi)環(huán)控制誤差大，精度不高，容易使鑄坯走斜，或是使連鑄機(jī)冷床結(jié)構(gòu)變形，隨著對(duì)連鑄機(jī)鑄坯質(zhì)量要求的提高和對(duì)設(shè)備完好率要求的提高，冷床橫移控制逐步向閉環(huán)控制方向發(fā)展，液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成較復(fù)雜、造價(jià)偏高，但由于它靠的是對(duì)輸出量進(jìn)行檢測(cè)、反饋，從而構(gòu)成反饋閉環(huán)控制，在很大程度上消除或抑制了不利因素的影響，因此有望獲得高精度的同步驅(qū)動(dòng)。對(duì)于液壓閉環(huán)同步控制來(lái)說(shuō)，“同等方式”和“主從方式”是通常采用的兩種控制策略?！巴确绞健笔侵竷蓚€(gè)需同步控制的執(zhí)行元件跟蹤設(shè)定的理想輸出，分別受到控制而達(dá)到同步驅(qū)動(dòng)的目的。“主從方式”是指兩個(gè)需同步控制的執(zhí)行元件以其中一個(gè)的輸出為理想輸出，而其余的執(zhí)行元件均受到控制來(lái)跟蹤這一選定的理想輸出，并達(dá)到同步驅(qū)動(dòng)。兩者相比，為獲得高精度的同步輸出，按“同等方式”工作的液壓同步閉環(huán)控制系統(tǒng)中的各執(zhí)行元件、反饋元件、檢測(cè)元件及控制元件間應(yīng)具有嚴(yán)格的匹配關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于連鑄機(jī)不定期生產(chǎn)不同規(guī)格、不同長(zhǎng)度、不同斷面尺寸的連鑄坯，造成冷床上負(fù)載分布不均勻，由于兩個(gè)橫移液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)不可能完全一致，生產(chǎn)過(guò)程中的磨損也不盡相同，或是更換周期也不一樣，這些現(xiàn)場(chǎng)干擾、制造精度及老化程度上的不同都會(huì)使兩個(gè)橫移液壓缸產(chǎn)生同步偏差，在連鑄機(jī)步進(jìn)冷床橫移閉環(huán)控制中，當(dāng)控制對(duì)象不同時(shí)，控制器的參數(shù)難以自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)外界環(huán)境的變化。以上因素導(dǎo)致現(xiàn)有的冷床橫移控制系統(tǒng)很難使兩個(gè)橫移液壓缸完全同步，存在一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種基于比例同步的冷床橫移控制方法，以提高兩個(gè)橫移液壓缸的控制精度，消除同步誤差。

本發(fā)明所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于比例同步的冷床橫移控制方法，所述方法利用由工控機(jī)控制的兩個(gè)比例伺服閥分別控制步進(jìn)冷床的兩個(gè)橫移液壓缸，每個(gè)橫移液壓缸活塞桿的位移反饋信號(hào)的差值經(jīng)一個(gè)比例調(diào)節(jié)器處理后疊加到工控機(jī)輸出的對(duì)應(yīng)比例伺服閥的控制信號(hào)上，形成模擬閉環(huán)回路；反饋信號(hào)的差值由工控機(jī)進(jìn)行pd算法處理后疊加到下一個(gè)輸出控制量中，形成數(shù)字閉環(huán)回路，在數(shù)字閉環(huán)回路中，采用pid學(xué)習(xí)迭代算法將兩個(gè)橫移液壓缸的同步誤差調(diào)節(jié)到理想范圍之內(nèi)。

上述基于比例同步的冷床橫移控制方法，所述方法包括以下步驟：

a.工控機(jī)首先根據(jù)生產(chǎn)條件及兩個(gè)橫移液壓缸的參數(shù)生成期望軌跡曲線，得到期望軌跡位移m；

b.工控機(jī)通過(guò)第一位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)第一橫移液壓缸的活塞桿伸出位移la，通過(guò)第二位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)第二橫移液壓缸的活塞桿伸出位移lb；

c.如果在某一時(shí)刻兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿伸出位移之差的絕對(duì)值大于等于設(shè)定的閾值lv，即︱la-lb︱≥lv，工控機(jī)停止工作并輸出故障報(bào)警信號(hào)；如果兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿伸出位移之差的絕對(duì)值小于設(shè)定的閾值lv，即︱la-lb︱＜lv，則進(jìn)入步驟d；

d.判斷兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿伸出位移是否均處于理想范圍之內(nèi)，即是否滿足：la，lb∈（m-△t/2，m+△t/2），其中，△t是兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿伸出位移與期望軌跡位移m相比的最大允許誤差，然后根據(jù)判斷結(jié)果選擇不同的操作：

①若滿足la，lb∈（m-△t/2，m+△t/2），則工控機(jī)控制第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5分別按原速度運(yùn)行；

②若la，lb∈（m-△t/2，m+△t/2）不成立，第一橫移液壓缸的控制方法為：第一橫移液壓缸的活塞桿伸出位移與期望軌跡位移m的誤差△la（△la=m-la）由對(duì)應(yīng)的比例調(diào)節(jié)器（即第一比例調(diào)節(jié)器）進(jìn)行比例調(diào)節(jié)后疊加到工控機(jī)輸出的對(duì)應(yīng)比例伺服閥（即圖1中的第一比例伺服閥9）的控制信號(hào)中，同時(shí)△la經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后傳到設(shè)置在工控機(jī)內(nèi)的pd處理單元進(jìn)行pd算法處理，由pd處理單元的輸出數(shù)據(jù)對(duì)第一橫移液壓缸的同步誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)△la傳到設(shè)置在工控機(jī)內(nèi)的pid迭代學(xué)習(xí)單元進(jìn)行pid迭代學(xué)習(xí)算法處理，處理后的數(shù)據(jù)與設(shè)置在工控機(jī)內(nèi)的第一控制量?jī)?chǔ)存器中的期望軌跡數(shù)據(jù)疊加在一起作為第一橫移液壓缸下一次的控制量；第二橫移液壓缸的控制方法與第一橫移液壓缸的控制方法相同，且二者的控制同步進(jìn)行；

重復(fù)上述控制信號(hào)的迭代學(xué)習(xí)過(guò)程，直至兩個(gè)橫移液壓缸的同步誤差被控制在理想范圍之內(nèi)，即la，lb∈（m-△t/2，m+△t/2）；

e.工控機(jī)根據(jù)la和lb的值判斷兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿是否到達(dá)目標(biāo)位置，如果兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿均已到目標(biāo)位置，則控制結(jié)束；否則控制流程跳轉(zhuǎn)到步驟b；

f.兩個(gè)橫移液壓缸活塞桿返回的控制流程與伸出的控制流程相同。

上述基于比例同步的冷床橫移控制方法，與兩個(gè)橫移液壓缸的后腔相連接的油管上均設(shè)有由電磁切斷閥控制的液控單向閥，所述電磁切斷閥的控制端接工控機(jī)的輸出端口。

本發(fā)明采用雙閉環(huán)控制策略和pid學(xué)習(xí)迭代算法對(duì)兩橫移液壓缸的速度進(jìn)行控制，能夠有效減小現(xiàn)場(chǎng)干擾、液壓缸制造精度及老化程度等因素造成的同步誤差，提高連鑄機(jī)步進(jìn)冷床橫移液壓缸的控制精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明冷床橫移液壓系統(tǒng)原理圖；

圖2是本發(fā)明所采用的pid迭代學(xué)習(xí)控制方法的方框圖；

圖3是本發(fā)明冷床橫移控制方法流程圖。

圖中標(biāo)記如下：1、第一位移傳感器；2、第一橫移液壓缸；3、電磁切斷閥；4、第二位移傳感器；5、第二橫移液壓缸；6、第二液控單向閥；7、第二比例伺服閥；8、高壓過(guò)濾器；9、第一比例伺服閥；10、第一液控單向閥。

文中所用符號(hào)為：m為橫移液壓缸的期望軌跡位移，la為第一橫移液壓缸的活塞桿伸出位移，lb為第二橫移液壓缸的活塞桿伸出位移，lv為兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿伸出位移之差的絕對(duì)值的閾值，△t為兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿伸出位移與期望軌跡位移m相比的最大允許誤差，△la為第一橫移液壓缸的活塞桿伸出位移與期望軌跡位移m的誤差，△lb為第二橫移液壓缸的活塞桿伸出位移與期望軌跡位移m的誤差。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供了一種基于比例同步的冷床橫移控制方法，該方法運(yùn)用pid迭代學(xué)習(xí)控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的高品質(zhì)控制。

基于比例同步的冷床橫移控制方法所采用的控制裝置包括：設(shè)置在工控機(jī)中的pid迭代學(xué)習(xí)控制器，a/d轉(zhuǎn)化模塊，d/a轉(zhuǎn)化模塊，兩個(gè)比例調(diào)節(jié)器、兩個(gè)反饋控制器、兩個(gè)位移傳感器和兩個(gè)伺服比例閥。pid迭代學(xué)習(xí)控制器包括pd處理單元、pid迭代學(xué)習(xí)單元和兩個(gè)控制量存儲(chǔ)器，它能夠?qū)崿F(xiàn)pid迭代學(xué)習(xí)算法、pd算法、控制量存儲(chǔ)功能，連鑄機(jī)冷床橫移作業(yè)是具有重復(fù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的液壓系統(tǒng)，每一次行程中的運(yùn)行條件是相似的，并且控制目標(biāo)的要求也是相同的，因此可以利用計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存功能，將上一個(gè)行程的誤差信息應(yīng)用到下一個(gè)行程的控制中，使得系統(tǒng)的輸出愈來(lái)愈接近系統(tǒng)的控制目標(biāo)，從而可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和控制精度，這個(gè)過(guò)程就是迭代學(xué)習(xí)控制器的原理。反饋控制器，就是通過(guò)測(cè)量當(dāng)前橫移油缸活塞桿的實(shí)際伸出量將這個(gè)實(shí)際值與期望值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果來(lái)修正輸入量，從而使橫移油缸輸出量接近期望值的器件。位移傳感器，是安裝在橫移油缸的活塞桿用來(lái)檢測(cè)橫移油缸活塞桿運(yùn)動(dòng)位移的器件。a/d轉(zhuǎn)化模塊，是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的模塊，d/a轉(zhuǎn)化模塊，是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模似信號(hào)的模塊，比例調(diào)節(jié)器，也就是比例放大器，伺服比例閥，是液壓控制的元件，液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。

液壓系統(tǒng)包括第一位移傳感器1、第一橫移液壓缸2、電磁切斷閥3、第二位移傳感器4、第二橫移液壓缸5、第二液控單向閥6、第二比例伺服閥7、高壓過(guò)濾器8、第一比例伺服閥9第一液控單向閥10。

如圖1所示，連鑄機(jī)冷床橫移液壓系統(tǒng)中，電磁切斷閥3的電磁鐵1dt得電，打開(kāi)第一液控單向閥10和第二液控單向閥6。工控機(jī)給第一比例伺服閥9和第二比例伺服閥7發(fā)送讓兩橫移液壓缸的活塞桿伸出的信號(hào)，高壓油通過(guò)第一比例伺服閥9和第二比例伺服閥7，經(jīng)第一液控單向閥10和第二液控單向閥6，分別進(jìn)入第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5的后腔，推動(dòng)兩橫移液壓缸的活塞桿伸出，前腔的液壓油經(jīng)第一比例伺服閥9和第二比例伺服閥7流回到油箱，到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，工控機(jī)給第一比例伺服閥9和第二比例伺服閥7發(fā)讓兩橫移液壓缸停止的信號(hào)，同時(shí)電磁切斷閥8電磁鐵1dt失電，第一液控單向閥10和第二液控單向閥6的控制油缷荷，第一液控單向閥10和第二液控單向閥6分別把第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5的后腔的液壓油鎖死。第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5就完成了活塞桿伸出動(dòng)作。電磁切斷閥3的電磁鐵1dt得電，工控機(jī)給第一比例伺服閥9和第二比例伺服閥7發(fā)送讓兩橫移液壓缸后退的信號(hào)，高壓油通過(guò)第一比例伺服閥9和第二比例伺服閥7，分別進(jìn)入第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5的前腔，推動(dòng)兩橫移液壓缸的活塞后退，兩橫移液壓缸后腔的液壓油經(jīng)第一液控單向閥10和第二液控單向閥6，以及第一比例伺服閥9和第二比例伺服閥7流回油箱，第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5完成了后退的動(dòng)作。

如圖2所示，連鑄機(jī)冷床橫移液壓系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，系統(tǒng)對(duì)同步誤差的控制采用模擬和數(shù)字雙閉環(huán)的控制方法，將兩路位移反饋信號(hào)的差值比例調(diào)節(jié)后疊加到系統(tǒng)輸出中形成模擬閉環(huán)回路。同時(shí)，將差值信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡a/d轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入到工控機(jī)中，差值經(jīng)過(guò)pd算法處理后疊加到系統(tǒng)的下一個(gè)輸出控制量中，從而形成了數(shù)字閉環(huán)回路。兩位移傳感器采集兩橫移液壓缸伸出的實(shí)際量，把采樣結(jié)果進(jìn)行比較后，把比較結(jié)果傳給反饋控制器，經(jīng)比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，直接疊加到系統(tǒng)輸出中去控制伺服比例閥，同時(shí)差值信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡a/d轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，差值經(jīng)過(guò)pd算法處理后疊加到系統(tǒng)的下一個(gè)輸出控制量中，在線采用pd算法對(duì)系統(tǒng)的同步誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，比例調(diào)節(jié)能夠?qū)ο到y(tǒng)的偏差立即產(chǎn)生作用，從而減少了偏差。微分調(diào)節(jié)則反映了系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)系統(tǒng)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，并改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。同時(shí)，差值信號(hào)傳到pid迭代學(xué)習(xí)單元進(jìn)行算法運(yùn)算，pid學(xué)習(xí)迭代單元是采用pid型學(xué)習(xí)律，運(yùn)算結(jié)果作為誤差的校正項(xiàng)，控制量存儲(chǔ)器存儲(chǔ)每次控制比例伺服閥的期望軌跡控制量，在迭代學(xué)習(xí)控制中，第(k+1)次的控制等于第k次控制加上第k次輸出誤差的校正項(xiàng)，兩位移傳感器的采樣頻率可以依據(jù)系統(tǒng)的閉環(huán)頻帶來(lái)確定，一般是閉環(huán)頻帶的4-10倍，未加控制器前的系統(tǒng)頻帶寬度約為10hz，而添加控制器后的系統(tǒng)帶寬變化也不會(huì)太大，因此選擇控制系統(tǒng)的采樣頻率為40hz，系統(tǒng)的采樣周期為t=25ms

基于比例同步的冷床橫移控制方法包括以下步驟：

a.工控機(jī)首先根據(jù)生產(chǎn)條件、液壓缸的各方面參數(shù)生成期望軌跡曲線，期望軌跡位移為m。

生成期望軌跡曲線的過(guò)程一般是這樣的：首先根據(jù)連鑄機(jī)生產(chǎn)的流數(shù)、拉鋼的拉速、鑄坯的截面規(guī)格以及生產(chǎn)出的鑄坯的定尺長(zhǎng)度計(jì)算出為了滿足出坯的要求，冷床一個(gè)運(yùn)行周期（冷床一個(gè)運(yùn)行周期包括：冷床升降的周期加上冷床橫移的周期，冷床升降的周期包括冷床上升的時(shí)間加上冷床下降的時(shí)間，冷床橫移的周期包括冷床橫移液壓缸伸出的時(shí)間和冷床橫移液壓缸收回的時(shí)間)的最大值t，那么冷床橫移運(yùn)行的周期不能大于t-t（t為冷床升降周期），依據(jù)橫移液壓缸的平均伸出速率和收回速率，便可計(jì)算出橫移液壓缸伸出量的最大值x，橫移液壓缸的伸出量在小于x范圍內(nèi)，至少大于一個(gè)定齒條齒槽長(zhǎng)度，且充分考慮定齒條齒尖與鑄坯規(guī)格因素，使鑄坯在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的情況，最終來(lái)確定期望軌跡位移為m。

b.在某一時(shí)刻，第一位移傳感器1檢測(cè)第一橫移液壓缸2的活塞桿伸出位移la，第二位移傳感器4檢測(cè)第二橫移液壓缸5的活塞桿伸出位移lb。

c.如果第一橫移液壓缸2的活塞桿伸出位移與第二橫移液壓缸5的活塞桿伸出位移之差大于等于lv，即la—lb≥lv，說(shuō)明兩橫移液壓缸之間的距離達(dá)到了對(duì)冷床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用的程度，故控制系統(tǒng)停止工作，并報(bào)設(shè)備故障。如果︱la—lb︱＜lv，則進(jìn)入步驟d。

d.判斷兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿伸出位移是否均處于理想范圍之內(nèi)，即是否滿足：la，lb∈（m-△t/2，m+△t/2），其中，△t是兩個(gè)橫移液壓缸的活塞桿伸出位移與期望軌跡位移m相比的最大允許誤差，然后根據(jù)判斷結(jié)果選擇不同的操作：

①若滿足la，lb∈（m-△t/2，m+△t/2），反饋控制系統(tǒng)按差值為0進(jìn)行控制，第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5分別按原速度運(yùn)行。

②若la，lb∈（m-△t/2，m+△t/2）不成立｛共有三種情況：第一種情況是la，lb同時(shí)都不在（m-△t/2，m+△t/2)內(nèi)，第二種情況是la不在（m-△t/2，m+△t/2)內(nèi)，lb在（m-△t/2，m+△t/2)內(nèi)，第三種情況是lb不在（m-△t/2，m+△t/2)，la在（m-△t/2，m+△t/2)內(nèi)｝，設(shè)第一橫移液壓缸2與第二橫移液壓5的活塞桿伸出位移與期望軌跡位移m的誤差分別為△la，△lb，△la=m-la，△lb=m-lb，第一位移傳感器1檢測(cè)的位移la傳給第一反饋控制器，△la經(jīng)第一比例調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例調(diào)節(jié)后，疊加到系統(tǒng)控制中去，比例調(diào)節(jié)能夠?qū)ο到y(tǒng)的偏差立即產(chǎn)生作用，從而減少了偏差，同時(shí)△la經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換，傳到工控機(jī)中的pd處理單元，進(jìn)行pd算法處理，輸出數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的同步誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，微分調(diào)節(jié)則反映了系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)系統(tǒng)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，并改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。同時(shí)△la傳到工控機(jī)中的pid迭代學(xué)習(xí)單元，進(jìn)行pid迭代學(xué)習(xí)算法處理的數(shù)據(jù)與控制量?jī)?chǔ)存器中的期望軌跡數(shù)據(jù)疊加在一起作為下次的控制量。第二橫移液壓缸5的控制方法和第一橫移液壓缸2的控制原理一樣，且同步進(jìn)行。

重復(fù)上述控制信號(hào)的迭代學(xué)習(xí)過(guò)程，直至兩個(gè)橫移液壓缸的同步誤差被控制在理想范圍之內(nèi)，即la，lb∈（m-△t/2，m+△t/2）。

e.工控機(jī)通過(guò)第一位移傳感器1和第二位移傳感器4檢測(cè)第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5的活塞桿是否到達(dá)了目標(biāo)位置，如果到達(dá)了目標(biāo)位置，則控制結(jié)束。如果沒(méi)有到達(dá)目標(biāo)位置，則控制流程跳轉(zhuǎn)到步驟b。

f.第一橫移液壓缸2和第二橫移液壓缸5活塞桿返回的控制流程與伸出的情況相同。