防轴向位移焊接滚轮架控制系统的设计与研究

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1、第 9卷第 6 期 1 9 9 9年 l 2月 长春大学学报 J OURNAL OF CHANGCI-I UN UNI VER SI T V0 l 9 No 6 De e 1 9 9 9 7 7 J 7 防轴向位移焊接滚轮架控制系统的设计与研究 李佳 慧-付全 王(1 鞍山机电工业学校，鞍山l 1 4 0 0 3；2 榆次液压件厂 榆次0 3 0 6 0 0 3 长春大学 机械工程学院 长春1 3 0 0 2 2)摘 要：筒 进 防 轴 向 位 秽 焊 接 滚 轮 操 作 架 控 制 系 统 的 硬 件 1 控制系统的组成及特点 构成及特点，产生和控te l 轴向位移 的机 理，着重推 导了控

2、 制算法采用 P L C控 l，通过电液伺服系坑实现防轴向 1 1 硬件组 成 位移控 l。机械外形结 构图见 图 1：关键 词：防轴向位移控制 中圈分类号：1 1 t 1 3 7 9 O 电液伺服位移控制；P L C 文献标识码：A 托 釉 釉茂 的轴线与滚轮 架轴线存在水平和垂直方向的夹角筒体就会产生 轴向位移。厚壁及大口径压力容器采用带极堆焊和 埋弧 自动焊连续焊接，若简体轴线位移超出焊接机 头横 向调整 范围，则须中止焊接过程 重新 调整 机 头位置 严 重制约高 效焊 接方法潜力的发挥。图 I 骑轴向位移焊接滚轮架外形结构 控制 系统组 成见图 2：图 2 控 6 l 系统 收稿 日

3、期：1 9 9 9 1 1 巧 作者简介 佳慧(1 9 6 7 一 )，女，内蒙古 自治区赤 峰市人，鞍 山机电工业学杖讲师，主要从事机械 设计教学与研究。长春大学学报 第 9卷 1 2 设计特 点简介 该设备是典型的机 电 液一体化产品。由于采 用 P I C进 行 系 统 控 制，加 以 液 压 伺 服装 置 执行，构 成大闭环 系统，P L C软件 中设有 位移传感 器动作 超 限、支撑 中心 角超限、切断变频器输 出功能 保 护人机 安 全，且程 序 修改容 易 调试 方便 联 机、脱机 均可控制。2 控制系统设计 2 1 产 生及控 制轴 向位 移的机理 简体因直线度、椭圆度或其它因

4、素造成简体旋 转轴线 0 一 0 与滚轮架轴线 r j 一0产生水平和垂 直方向 的偏斜 在水 平面投影 角 n，在垂直 面投 影 角 ，在旋 转过 程 中产生 轴 向位 移 即作螺 旋 运动。当简体向下产生轴向位移，位移传感器检测藩 号，通 过 P L C控制 的 电液伺 服 系统控 制滚 轮在 水平方向反螺旋偏 转 角。此时筒体在摩擦 力 F 的分力 F。的作用下，开始向上移动，使简体位置 回复到 0位，最终摩擦力与螺旋运动力达到平衡。如果回复过零，位移传感器再次检测出信号，使滚 轮顺螺旋方向偏转。经多次反复上述运动，始终保 诗简体在动态过程中位移控制在工艺允许范围内，从而完成轴 向位移控

5、制。防轴 向位移 机理示意 如图 3：图 3防轴向位移机 理示意图 2 2 防轴 向位移控 制方式 为 了达到设计要求 的位移控制精度 指标，在动 态控制范 围 内，确定合 理的控制 方法，选择合 理的 取样周期 和推 导正确 的控 制算 法是防轴 向位移控 制 的 核 心。简体旋转一圈行走一周长 中 ，所 用焊接时间 t，轴向位移不允许超 2 ra m，相当于简体轴向位移 量与周 长的行 走 轨迹 临 界斜 率 地=4 中 ，在 旋 转 过程 中，每个取样周 期 r取一 次 位移 量 j ，焊 接 速 度 I ，行走距离 S(S=V hr)，其运转行走轨迹斜 率 A X S若大于 4 1 中

6、 就应调整一次滚轮转角斜率，定义为相对位移斜率=每次调整量令行走轨迹斜率 与滚轮转lf 自 斜率相同 即可抵消位移。由于工件阻 力不同，调整后行走轨迹斜率可能往负方向走，只要 斜率小于临界斜率就不调整。另一种情况是行走轨 迹斜率一直小于临界斜率，但位移超 出原点某设定 篮也应稠整，定义 为 绝对 位移 稠整。每 次调整 量 仍 为行走轨迹斜率与滚轮转角斜率相同，筒提位移过程的行走轨迹示意如图 4 所示：图4 简体位移过程行走轨迹示意田 2 3 确定调 整阈值 轴向位移精度控制在 2 ra m之内，稠整时机 不能选在位移量和行走轨迹的临界点。设计中取临 界值的一半为调整闯值。产生位移时，当绝对位

7、移 量阈值 l m l l r m n或相对位移斜率 阈值 时，则应调 整滚 轮转角。2 4 确定取样周期 为 了使 调整 既及时又不过 于频繁，合理选 择取 样周期是十分必要 的。根据位移传感器分辨率 0 1 m m，假设较为苛刻 的条件下筒提位移 2 5 ra m 圈，则 取样次数N=2 5 0 1=2 5 0 取样周期r=N=2 5 防轴 向位 移控制算 法 由图4筒庠轴 向位移与周长的行走轨迹斜率 K=2*X S，由图 3可知滚轮转角轴 向斜 率 K l=一 A X 1 1 0 5 0+r 依据防轴向位移控制机理，令 K=1，确定 的两种控制算 法如下：第 6期 李佳慧等：防轴向位移焊

8、接藏轮架控翩系统的设计与研究 当位移 j A Xl _1时，行走距离 S=n X t】，则 进行运算 输 出给定 电压，完 成位 移 电压 设 定：一 一一 再经比例运算和脉冲控制算法输出参考电压 肼 控 吼 t l 1 0 5 0+r 制电液伺服系统执行转角缸位移。外置传感 器将 实 l：(1)际位 穆 反馈 量 输 入到 tt较 环节 与 给定 电压 当 在 一 个 采 样 周 期 ，s；，则 篙 角 控 制 系 统 框 图 如 图 其 等 敬 一 一 珏 r l 0 5 0+r ,S XI：1 6 5 0一AX (2)珏：焊接 速度 m s r：取 样周期 s 2 6 确 定电液伺服位置

9、控 制算法 电液伺服位置控制系统简化为无阻尼的静态系 统。伺服液压缸单位流量位移 0 1 2 7 m m t m 比例 阔流量 P=3 0 b a r 时口=7 5 m i l s 比例放大器=0 1 q=0 9 5 m m t s v (3)位移传感器 A U=0 2 (4)外置传感 器 l=0 1 3 X1 (5)令 Ug：U (3)(5)则：r=l 0 5 (6)将(4)、(6)代人(1)、(2)式则 J l=0 95 x 8 2 5 x 1 0一5 A U (7)川=号等(8)2 7 脉 冲控制算 法 因结构 关 系电液 伺服 位置控 制参 考 电压 常 在工作零位附近(本结构采用高频

10、响比例方 向阀)即本结构 比例控翩器电源在工 作的任何过程均带 电，使其响应快，无冲击现象发生，该系统将对输 入信号中很小的阶跃变化做出反应。其输出特性的 形状是个指 数 曲线，它一开始很陡地上升(高 速)，但逐渐平缓下来(降低速度)。即随着输 出接近指 令位置误差信号变小，因而阀的驱动信号减小。开 启电压与开启时问的乘积小，为减少由于机械摩擦 等因素造成的系统盲区，使位移偏差在小信号能快 速定位，采用脉冲控制法 2 8 电液伺服 闭环控制 系统 利用 P L C内部的 P】D控制回路，取伺服缸位置 传感器信号对系统进行闭环控制。为提高控制精度提高信噪比，插入一级增益。筒体轴向位移量 A X由

11、位移传感器转换为位移 电压 ，输 入到 P L C，根据防轴向位移控制算法 垒 H!H 可 j 圄 5 滚轮转 角控翩系统框图 固 匿 6 滚轮转角控翩等效圈 3 调试小结 实际测试结果见下表。表 1实际 甜 试 表 nl l|m m r a m ,r a m V 计算 值 宴测值 O l 0 0I 9 6 8 6 7 2 0 o 0 8 3 0 2 0 0 3 9 】3 3 7 I 3 O 1 0 0 1 9 I 4 7 I 5 9 O 0O 8 1 4 O 2 0 03 9 3 o 2 3 测试结果 A X 与理论计算值基本相符，满足 控制功能要求。目前该设备 已通过验收，交付使 用，运转

12、 良好。2 3 参考文献 雷 天觉 液压工程手册 M：北 京：机械 工业 出版 社、I 9 9 0 田锡唐 焊接手册(第 三卷)M 北京 机 械工 业出版杜 I 9 9 2 A 7 0 S(意大利)公司 液压 伺服拄术 的应用 投设 计 指南 M 1 9 9 7 (下转 第 1 9 页)翅 第 6期 鲍永刚：M I S 操作 授权问题探讨 9 全，可以对上述数据库表进行适当加密处理。所有 用户枨号保存于 j h u s e m中，如果给定用户身份为 基层编制人员、基层审批人员或厂级审核人员，则 需获得相应操作授权。如果用户是基层编制人员或 基层 审批人 员，则其授权信息保存 在 h s q表

13、中，如果用户是厂级审核员，则其授权信息保存在 i h e s 中。用户在进入 M I S系统开始实际操作之前，先输 入用户名和口令，系统依据 j h s q 和 i h e s 中的授权信 息确定用户的操作权限，如果相应用户无权操作，则 自动退出系统，从而有效地保证系坑的安全。计划员、考核员和统计员的权限是确定的，他 们通过专用程序操作，权限审核时只要依据 i h u s e r s 信息确认其身份即可确定他是否有权执行相应程序 模块。我们基于上述设计思想实现了一个 M I S操作授 权管理模 块，试用表 明，这种方法 是可行 的、有效 的和方便 的。C 2 J 参考文献 萨师 煊、王 珊数

14、据库 系统 概论 第二 版 M 北 京：高 等 教 育 出版 杜，1 9 9 1 I S B N 7-0 4 0 0 3 1 7 9 5 T P 7 4 康博创 作室编，M i c r o s o f t S Q L S e e r 系统管理员新起 点 一 7 0实用 教程 M 北京：机械 工业 出版 社 I 9 9 9 5】BN 7 1 l J 一 0 70 7 9 8 TP J 0I 8 A d i s c u s s i o n a b o u t MI S o p e r a t i n g a u t h o r i z a t i o n BA O Y o n g-g a n g

15、Co mp u r En g i n e e r i n g D e p a r t me n t，C h a n g e h u n U n i v e r s i t y，Ch a n g c h u n 1 3 0 0 2 2 AbaC a a c t：Th e P r o b l e ms o f o p e r a ti n g a u t ho riz a tio n c o n t r o l o f di ff e r e n t u s e ,f,i nt h e MI Sof e n t e r p r i s e s a r e d l s eu s r,e di nt

16、h i s p a pe r An a p p r o a c h b a s e d o t l t he o p e rat i n g a u t h o r i z a t i o n 0 f the d R t R b a s e a c c o u n t n u mb e r ma n a g e me n t i s p r o p o s e dAf t e r p u t ti n g t h i s a p p r o a c h i n t o p r a c t i c e w。f o u n d i l w o r ka b l e a n d pr a c t i

17、 c a b l e Ke y wo r d s：M1 S；d a t a b a s e；D B MS；d a t a b a s e s e c t t r J l y (上接第 9页)De s i g n a n d s t u d y o f c o n t r o l s y s t e m f o r we l d i n g r o l l e r f r a me a g a i n s t a x i a l d i s p l a c e me n t L l j i 旺-h u An s b a n Me c h a n i c a l a n d E l e e t r

18、 o I n d u s t r y I n s t i t u t e，An s h a n 1 1 4 0 0 3 F U Q u a rt Yu e i Hy a a u l i e s 1 7 1 a n t Y【l c i 0 3 0 6 0 0 WANG Xi a Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g C o l l e g e，C h a n g c h u n Un i v e r s|t y，C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 2 Abs t r ac t T h i s pe peb ile ny d es c

19、r i b e s l ife h l l lF d wa z c o mp o n e n t a n d I B【u r e o f l ife c t rol s y s t e m f o r the wdn g r o l l e r f r a me a g a i n s t l ife a x i a l d i e m e m a n d r L s o il g f o r p r o d u c i n g a x i a l s p l t T he c o n t r o l al g o r i t h m is c h i e fl y d e ri v e d

20、E n 山ri ng P L C c o n t r o l，w e re al i z e c o l l t r o l o f p r e v e n ti n g a x i a l d J s p k q c e n len t b y l ife de e t r o-h y d r a d i e E,e t 3 o s y s l e m Ke y ；c o n t r o l of P v e n t i r I g i d J s p la o e me a t；e l e c t r o-h y d r a u l i c s e d i hc e m e n l e o n t w d