高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，包括步驟：計算每次動作的油缸速度Vi；在油缸每次動作過程中不斷更新其實際速度V；計算指令脈沖寬度t；通過計算得出準(zhǔn)確的脈沖長度后，通過PLC給出定長的脈寬指令，以此控制電磁閥，使油缸準(zhǔn)確、快速的定位；以及將本次動作的距離和時間根據(jù)油缸速度Vi的計算公式計算出本次速度后放入堆棧，剔除掉最早的速度，用以更新速度V，實現(xiàn)速度的自學(xué)習(xí)。本發(fā)明具有高精度、高速度、自學(xué)習(xí)的特點，能夠使用于各種電磁閥控制的油缸設(shè)備，不限制任何的產(chǎn)品；一次計算設(shè)定成功后不需要進(jìn)行維護(hù)；而一旦現(xiàn)場作業(yè)情況發(fā)生改變，能夠通過自學(xué)習(xí)進(jìn)行自動調(diào)整，完全不用人工干預(yù)而達(dá)到自動學(xué)習(xí)。
【專利說明】
高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電磁閥控制設(shè)備的自動控制方法，具體說，設(shè)及一種電磁閥控制 設(shè)備的高精度自動位置控制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的自動位置控制（Auto Position Control,簡稱APC)的原理在于位置反饋 控制，即根據(jù)設(shè)定位置與反饋位置得到的偏差值進(jìn)行速度給定，從而W平滑的速度使機構(gòu) 動作到設(shè)定位置。
[0003] APC控制的使用按執(zhí)行機構(gòu)可分為兩種方式：方式一，速度可變的控制，方式二， 速度不可變的控制。其中，執(zhí)行機構(gòu)如是電機、伺服閥等控制的油缸為方式一，由于其速度 可變，APC執(zhí)行速度較快，精度較高。執(zhí)行機構(gòu)為電磁閥控制的油缸為方式二其速度難W 精確控制，就具有速度慢、精度低，且一旦現(xiàn)場改變就需重新調(diào)整的適應(yīng)性差的缺點。
[0004] 方式一的APC控制如圖1所示?？删幊踢壿嬁刂破魅蜭C)給出目標(biāo)位置，現(xiàn)場的 檢測元件測量當(dāng)時的實際位置，并將其返回化C。位置控制單元將目標(biāo)位置與實際位置的差 值經(jīng)過增益，產(chǎn)生速度，W此來控制電機等裝置，使其動作到目標(biāo)位置。運類APC速度輸出 控制曲線如圖2所示。在距離目標(biāo)較遠(yuǎn)時，裝置W最高速度運行；到達(dá)距離達(dá)到P2之前，速 度按照曲線方式運行，然后沿曲線運行到爬行速度，當(dāng)?shù)竭_(dá)APC精度范圍Pl時停止。運種 控制方式有定位快，精度高的優(yōu)點。
[0005] 方式二APC的控制圖如圖3所示。現(xiàn)場的使用中，根據(jù)需要也有很多電磁閥驅(qū)動 油缸來進(jìn)行APC控制的方式二。由于電磁閥不能調(diào)節(jié)速度，其油缸動作的快慢由進(jìn)油、出油 速度和油缸本身特性決定的，一般難W精確控制。APC速度曲線如圖4所示。圖4中，Pl為 方式二的APC精度。
[0006] 針對方式二，可W看出，如果用戶不希望油缸動作的時間太長，那么其速度必須設(shè) 置的較快。運樣，帶來的后果有兩個：1、APC精度必須設(shè)置的較大；2、APC過程有可能達(dá)不 到設(shè)置精度范圍內(nèi)。運兩個問題通常也是息息相關(guān)的。如果犧牲APC精度，將APC精度設(shè) 置的較大，則油缸速度能夠調(diào)整的較快，且APC過程很容易達(dá)到精度范圍內(nèi)；但APC精度設(shè) 置的較小，則油缸速度就必須設(shè)置的較慢，否則很容易出現(xiàn)APC進(jìn)不到精度范圍內(nèi)的情況。 并且，方式二的APC存在的另一個問題在于，如果現(xiàn)場使用的條件發(fā)生了變化，如油路老化 等，導(dǎo)致其油缸動作速度變慢，則需要維護(hù)人員手動重新調(diào)整APC精度，W維持正常使用。 因此，目前方式二的電磁閥控制油缸的APC具有速度慢、精度差、不具備自動調(diào)整的缺點。 因此針對方式二的缺點需要設(shè)計一種新型的自動位置控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法， 可克服現(xiàn)有的電磁閥控制油缸速度慢、精度差、不具備自動調(diào)整的缺陷。
[0008] 本發(fā)明的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，包括W下步驟：計 算每次動作的油缸速度Vi;在油缸每次動作過程中不斷更新其實際速度V;計算指令脈沖 寬度t ;通過計算得出準(zhǔn)確的脈沖長度后，通過PLC給出定長的脈寬指令，W此控制電磁閥， 使油缸準(zhǔn)確、快速的定位；W及將本次動作的距離和時間根據(jù)油缸速度Vi的計算公式計算 出本次速度后放入堆找，剔除掉最早的速度，用W更新速度V，實現(xiàn)速度的自學(xué)習(xí)。
[0009] 油缸第i次動作的油缸速度Vi根據(jù)W下公式計算：
其中：Tli是動 作指令給出的時間，T2i是動作指令結(jié)束的時間，Ll 1和L2 1是設(shè)備的實際位置檢測元件能夠 檢測出動作前后的油缸行程。
[0010] 不斷更新的實際速度V是在第i次油缸動作時的油缸速度，根據(jù)W下公式計算：
其中i是動作次數(shù)，M是速度個數(shù)。
[0011] 指令脈沖寬度t根據(jù)W下公式計算
其中：L2為目標(biāo)位置，Ll為 初始位置。
[0012] 脈寬指令控制電磁閥，使油缸準(zhǔn)確、快速的定位。
[0013] 油缸速度記錄實現(xiàn)方法包括：建立大小為M的內(nèi)存塊，W堆找的方式記錄下M個速 度，當(dāng)速度個數(shù)大于M時，剔除掉最早的速度，在內(nèi)存找的最上方放入最新的速度，W使內(nèi) 存找中所有速度的平均值體現(xiàn)的當(dāng)前油缸的狀態(tài)及速度。
[0014] 堆找的大小M根據(jù)系統(tǒng)選擇合適的值。
[0015] 系統(tǒng)選擇合適的值M = 5。
[0016] 還包括在計算每次動作的油缸速度Vi前手動動作幾次油缸，次數(shù)大于M。
[0017] 本發(fā)明高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，具有高精度、高速度、 自學(xué)習(xí)的特點，能夠使用于各種電磁閥控制的油缸設(shè)備，不限制任何的產(chǎn)品；本控制方法由 于是程序設(shè)定的自動控制方法，一次計算設(shè)定成功后不需要進(jìn)行維護(hù)；而一旦現(xiàn)場作業(yè)情 況發(fā)生改變，能夠通過自學(xué)習(xí)進(jìn)行自動調(diào)整，完全不用人工干預(yù)而達(dá)到自動學(xué)習(xí)。
【附圖說明】
[001引圖1是現(xiàn)有技術(shù)中執(zhí)行機構(gòu)為電機的油缸APC控制圖；
[0019] 圖2是圖1的電機APC速度-距離曲線示意圖；
[0020] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中執(zhí)行機構(gòu)為電磁閥控制的油缸APC控制圖；
[0021] 圖4是圖2的電磁閥控制APC速度-距離曲線示意圖；
[0022] 圖5是本發(fā)明一個實施例的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法 的流程示意圖；
[0023] 圖6是圖5的脈沖式電磁閥自動位置控制方法中速度記錄方式示意圖；
[0024] 圖7是作為本發(fā)明方案的一個應(yīng)用實例的寶鋼1580mm熱社大側(cè)壓機導(dǎo)板油路示 意圖；化及 陽0巧]圖8是本發(fā)明一個實施例的效果顯示圖。
【具體實施方式】
[00%] 為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具 體實施方式作詳細(xì)說明。首先需要說明的是，本發(fā)明并不限于下述【具體實施方式】，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員應(yīng)該從下述實施方式所體現(xiàn)的精神來理解本發(fā)明，各技術(shù)術(shù)語可W基于本發(fā)明的 精神實質(zhì)來作最寬泛的理解。
[0027] 如圖5所示，本發(fā)明一個實施例的的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控 制方法，包括W下步驟：
[0028] 步驟1，計算每次動作的油缸速度Vi;
[0029] 步驟2,在油缸每次動作過程中不斷更新其實際速度V ;
[0030] 步驟3,計算指令脈沖寬度t即脈沖時間t長度；
[00川步驟4,通過計算得出準(zhǔn)確的脈沖長度后，通過PLC給出定長的脈寬指令，W此控 制電磁閥，使油缸準(zhǔn)確、快速的定位；W及
[0032] 步驟5,將本次動作的距離和時間根據(jù)油缸速度Vi的計算公式計算出本次速度后 放入堆找，剔除掉最早的速度，用W更新速度V，實現(xiàn)速度的自學(xué)習(xí)。
[0033] 如圖5所示，預(yù)計算階段包括步驟1和步驟2,自動位置控制階段包括步驟3和步 驟4,自動調(diào)整階段包括步驟5.
[0034] 現(xiàn)對上述各步驟作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0035] 在步驟1中，在正式使用上述實施例方案前，必須先手動動作幾次油缸，次數(shù)必須 大于步驟2中設(shè)定的堆找大小M。由于電磁閥控制的油缸速度與進(jìn)油速度、出油速度、現(xiàn)場 狀況、響應(yīng)時間等密切相關(guān)，因此，該速度無法從設(shè)備資料中直接獲取，且不會是一個定值， 而是一個隨著設(shè)備使用狀態(tài)略有變化的量。油缸第i次動作時，可編程邏輯控制器（PLC) 會記錄下動作指令給出的時間Tli與動作指令結(jié)束的時間T2 1，設(shè)備的實際位置檢測元件能 夠檢測出動作前后的油缸行程Lli和L2 1。那么油缸第i次動作的速度Vi為：
[0036]
公式 1
[0037] 步驟2是本發(fā)明的關(guān)鍵步驟，通過該步驟計算獲得準(zhǔn)確的油缸動作速度V。當(dāng)現(xiàn)場 工況出現(xiàn)變化時，如油路、油質(zhì)變化、設(shè)備老化等，速度就會緩慢的發(fā)生變化，如果速度計算 值不能根據(jù)實際情況進(jìn)行變化，那么精度將難W保證。本發(fā)明使用的油缸速度是根據(jù)每次 動作時自動參與學(xué)習(xí)變化的，因此，系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場工況的變化而自動調(diào)節(jié)。本發(fā)明的速 度記錄實現(xiàn)方法如圖6所示：建立大小為M的內(nèi)存塊，W堆找的方式記錄下M個速度，當(dāng)速 度個數(shù)大于M時，剔除掉最早的速度，在內(nèi)存找的最上方放入最新的速度。運樣，內(nèi)存找中 所有速度的平均值體現(xiàn)的當(dāng)前油缸的狀態(tài)及速度。當(dāng)工況變化造成油缸速度發(fā)生變化時， 由于使用的速度V是不斷替換的速度，因此，系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)，W滿足精度需求。堆找的 大小M應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)選擇合適的值，一般系統(tǒng)M = 5已足夠。當(dāng)然，M越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定，其變 化也越小。由于油缸的速度每次都會略有差別，因此，在步驟2中，對于最終第i次油缸動 作時方案値用的油缸巧麼為：
[0038]
公式 2
[0039] 在步驟3中，利用步驟2計算出的速度V和指定的行程計算出指令脈沖寬度t。計 算公式為： W40]
公式3 陽OW 公式3中，L2為目標(biāo)位置，Ll為初始位置。
[0042] 在步驟5中，將本次動作的距離和時間計算入步驟1中的公式1，計算出本次速度 后放入堆找，剔除掉最早的速度，用W更新速度V，實現(xiàn)速度的自學(xué)習(xí)。
[0043] 下面通過具體應(yīng)用實例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。W寶鋼1580mm熱社大 側(cè)壓機導(dǎo)板為例。 W44] 圖7中，該導(dǎo)板巧NTRY SIDE GUI呢）由油缸冊00控制開閉，油缸由PLC發(fā)指令給 電磁閥S3005來進(jìn)行控制，其位置反饋是由裝在導(dǎo)板上的PLG303反饋給PLC的。
[0045] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的電磁閥控制油缸的高精度自動位置控制的方法的步驟 流程和工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明W便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點。
[0046] 步驟 1
[0047] 首先設(shè)置大小M = 5的內(nèi)存塊，W堆找的形式記錄每次動作時的速度。由于剛采 用本技術(shù)時，從未計算過油缸速度，因此此時內(nèi)存塊的5個地址中都為0.
[0048] 手動動作5次油缸，PLC記錄下每次動作前后的位置和動作時間，并根據(jù)公式1進(jìn) 行計算，得出的速度值記錄進(jìn)內(nèi)存塊，越早的速度值越往下存放。
[0049] 為了更好的說明，通過在線檢測軟件記錄下運5次動作情況，表格如下： 「(K)加 1
[0051] PLC將運些速度值放入內(nèi)存塊，此時計算的速度V = (70.化70. 1巧0+69. 7巧0. 3)/5 = 70. 06mm/s。此時已經(jīng)能夠進(jìn)行自動位置控制了。 陽05引步驟2
[0053] 經(jīng)過5次手動動作，目前的油缸行程Ll為997. 3mm，PLC給出一個目標(biāo)值L2,如 1200mm，那么將L1、L2、V = 70. 06mm/s (步驟SlOO計算所得）寫入公式3,可得脈沖寬度t :
[0054]
[00對因此，PLC對電磁閥送出脈寬為2. 89秒的脈沖信號，實現(xiàn)精確定位。
[0056] 然后，本次2. 89秒的脈沖行程結(jié)束后，實際位置為1199. 2mm，計算本次速度為 (1199. 2-997. 3)/2. 89 = 69. 9mm/s〇
[0057] 將該速度放入內(nèi)存塊中，同時剔除掉第一次動作的速度70. 3mm/s，下一次動作的 速度 V =化9. 9+70. 2巧0. 1+70+69. 7)/5 = 69. 98mm/s。
[0058] 之后每次的動作都W此類推，使用最近的速度替換掉最早的速度，W此實現(xiàn)自學(xué) 習(xí)。
[0059] 使用本發(fā)明技術(shù)方案前，寶鋼1580mm熱社大側(cè)壓機導(dǎo)板裝置使用的是原有日本 S菱提供的位置反饋式的APC，即實時監(jiān)測現(xiàn)場位置，當(dāng)實際位置到達(dá)目標(biāo)位置的精度范圍 內(nèi)后將速度信號切斷，其APC精度較低，僅為30mm，且導(dǎo)板動作速度只能設(shè)置為70mm/s左 右，如果速度設(shè)置太大，就無法保證30mm的精度了。采用了本發(fā)明技術(shù)方案后，APC精度 大為提高，目前一直使用的APC精度為3mm，并且，由于精度達(dá)標(biāo)后，將導(dǎo)板動作速度調(diào)整為 95mm左右，大大提高了速度和精度，且本控制系統(tǒng)實現(xiàn)了免維護(hù)，自動計算速度。其技術(shù)效 果顯示于圖8。
[0060] 綜上所述，本發(fā)明所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，針 對現(xiàn)場電磁閥控制的油缸精度差的缺點，從控制方法上進(jìn)行改進(jìn)，具有高精度、高速度、自 學(xué)習(xí)的特點。本方法能夠使用于各種電磁閥控制的油缸設(shè)備，不限制任何的產(chǎn)品；本控制方 法由于是程序設(shè)定的自動控制方法，一次計算設(shè)定成功后不需要進(jìn)行維護(hù)；而一旦現(xiàn)場作 業(yè)情況發(fā)生改變，能夠通過自學(xué)習(xí)進(jìn)行自動調(diào)整，完全不用人工干預(yù)而達(dá)到自動學(xué)習(xí)。本發(fā) 明改變目前電磁閥控制設(shè)備動作速度與精度矛盾的現(xiàn)狀，并具有自調(diào)節(jié)的優(yōu)點。運對于產(chǎn) 品質(zhì)量、設(shè)備精度都有很好的現(xiàn)場意義。并且，本技術(shù)適用性廣泛，能用在大多數(shù)電磁閥控 制的設(shè)備中，有很好的推廣前景。
[0061] 本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，W上的實施例僅是用來說明本發(fā)明， 而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對W上實施例的變化、變 型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： 計算每次動作的油缸速度v1; 在油缸每次動作過程中不斷更新其實際速度V ; 計算指令脈沖寬度t; 通過計算得出準(zhǔn)確的脈沖長度后，通過PLC給出定長的脈寬指令，以此控制電磁閥，使 油缸準(zhǔn)確、快速的定位；以及 將本次動作的距離和時間根據(jù)油缸速度t的計算公式計算出本次速度后放入堆棧，剔 除掉最早的速度，用以更新速度V，實現(xiàn)速度的自學(xué)習(xí)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，其特征 在于，油缸第i次動作的油缸速度t根據(jù)以下公式計算：其中：Th是動作 指令給出的時間，T2i是動作指令結(jié)束的時間，LI JP L2 i是設(shè)備的實際位置檢測元件能夠檢 測出動作前后的油缸行程。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，其特 征在于，不斷更新的實際速度V是在第i次油缸動作時的油缸速度，根據(jù)以下公式計算：其中i是動作次數(shù)，Μ是速度個數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，其特征 在于，指令脈沖寬度t根據(jù)以下公式計算其中：L2為目標(biāo)位置，L1為初始 位置。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，其特征 在于，脈寬指令控制電磁閥，使油缸準(zhǔn)確、快速的定位。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5至任一項所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制 方法，其特征在于，油缸速度記錄實現(xiàn)方法包括：建立大小為Μ的內(nèi)存塊，以堆棧的方式記 錄下Μ個速度，當(dāng)速度個數(shù)大于Μ時，剔除掉最早的速度，在內(nèi)存棧的最上方放入最新的速 度，以使內(nèi)存棧中所有速度的平均值體現(xiàn)的當(dāng)前油缸的狀態(tài)及速度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，其特征 在于，堆棧的大小Μ根據(jù)系統(tǒng)選擇合適的值。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，其特征 在于，系統(tǒng)選擇合適的值Μ = 5。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度帶預(yù)計算的脈沖式電磁閥自動位置控制方法，其特征 在于，還包括在計算每次動作的油缸速度t前手動動作幾次油缸，次數(shù)大于Μ。
【文檔編號】F16K31/06GK105822815SQ201510006864
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月7日
【發(fā)明人】李峰, 于小軍, 徐志京
【申請人】寶山鋼鐵股份有限公司