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1、制造业的多样化管理：第47届国际生产工程学会关于制造业系统的会议记录对RBPT电液同步控制系统Olukorede Tijani Adenugaa*, Khumbulani Mpofuaa*, aTshwane University of Technology, Industrial Engineering Dept, Pretoria, 0001, South Africa* Corresponding author. Tel.: +27611123706; fax: +27-012-382-4847. E-mail address:抽象在工业制造系统，情况是经常遇到的两个，三个或更多个液压缸
2、的致动器需要其运动中进行同步。需要一种可重新配置的弯曲冲压工具（RBPT）控制系统的设计促使研究中开发一个自动和同步系统，适用于冲压工具的操作。该系统不得不去设计为多功能的多个奇数个气缸的逆冲。本文介绍了考虑到，压力，流量和同步缸运动的控制，伴随着由位置传感器测量的位置读数的控制系统的设计理念。该系统会同时工作;最多组装的单位一起工作，通常是在一些合适的操作需求。该控制器的目的是开发一个位置控制系统，该系统采用了模块化控制器的接口功能和位置传感器，并通过商业上的现成的（COTS）组件检测所述液压缸杆的位置。2014年作者。发布时间由Elsevier B.V.根据“关于制造业的第47届CIRP大
3、会的国际科学委员会负责选择和同行审查在会议特聘教授霍达ElMaraghy的人系统“。关键词：可重构压弯机工具;比例积分微分;柔性制造系统;可重构制造工具;商业的货架1.简介现代工业的发展促使起重平台在许多领域被广泛地使用。;对升降平台的同步精度要求也越来越高。目前，液压提升系统已被应用于许多大型起重平台和其他压机。高精准度液压同步控制技术已经成为改善提升同步精度主要途径。由于该液压系统具有非线性，一个事实大滞后，大惯性的特点，本身的传统的比例积分微分（PID）控制很难达到令人满意的控制效果。电动液压致动器被广泛用于现代工业应用中，主要是因为它们具有高功率/质量比，响应速度快，并且高刚度1，防抱
4、死制动系统2，液压挖掘机3,14，液压执行机构位置或压力控制的研究是学术和工业领域非常感兴趣的。特别是，力和压力跟踪对于某些应用，如振动隔离及汽车主动悬架，其中一个几乎理想的力致动器，假设在目前的研究和应用。简单限度的基本生存控制器力或压力液压跟踪系统就必须先进的控制器4。实现对非对称负载缸同步，各气缸的独立控制需要增加单独控制汽缸灵活性，5; Hogan等人面对 非对 称 负载多缸 同步控制问题的研究 得出了一 阀控一 缸控制模式的必要 性 , 但没有给 出较好 的 同步控制策略，没有一个详尽设计一个将明确改善同步性能的控制算法.XIONG等 5 提出了基 于模 型参考 自适应控制 和交叉祸
5、合 控制 的联合 控制 器。 6，而科伦7和Hogan 15证明了同步提高性能以及企图处理参数变异与液压系统相关联。该制定多运动轴的同步在一个几何框架和提出了三个不同办法明确处理的议案同步问题是写给邱8和文献16。本文的目的是提出和调查的控制系统的，解决一些设计上述各点。本文保持其论点上一节，我们回顾文献。第3节精确使用建模的方法控制系统组件仿真和试验台结果提出RBPT。2.文献综述审查对于不同的研究历史为开发和集成RBPT关键领域和智能机可以与概念可重构机床（RMT上），它起源于在20世纪90年代初作为从柔性制造系统的概念（FMS）直接发展的一个特定趋势 9。在今天的市场上可用的机床已经在流
6、程的类型方面设计可以制造的灵活性和产品的几何复杂性。液压折弯机，广泛应用于机械制造行业，如液压冲压，冲压和折弯机，因为它的高功率/质量比技术，快速响应，高刚性和高承载能力。然而，所提出的RBPT与自动控制旨在用于小规模的行业，这将照顾弊端如结构复杂，能耗高，丰富的发热量，高噪声，振动严重，油过滤和节流损失精度要求高的控制阀。2.1位置控制系统位置控制系统可以被细分为控制器模块，电液子系统和位置传感器。位置限位开关，固定在身体平台，以检测活塞的倾斜液压缸和发送的电压信号输出到接口电路。位置的控制器模块在图1中所示控制系统，采用了闭环控制比例方向控制的阀芯位置阀门根据液压的位置反馈气缸的活塞。变化
7、的电压，它们可被用于比例阀的螺线管，更改的流动液压流体传递到液压缸。这将导致液压缸杆冲程的变化，进而使液压缸杆的位置受到影响。因此，控制器检测所述设定点和液压轴可变位置的测量之间的误差。同步的气缸都有自己单独的线性报告设备。此设备发送的模拟/数字信号反馈到控制器，告诉控制器汽缸沿其行程的确切位置。比例液压方向控制阀，通过分流命令缸移动到一定的位置，并以此命令延伸或缩回汽缸。3.方法同步电动液压缸的问题可能在三种方法来解决。最简单的方法是设计一个流量分配电路。通过保持相同的流速向汽缸，来保持相同的气缸圆筒速度。同步的性能是取决于流体的性能和液压元件的一致性。图1：用于电动液压缸位置控制系统在RB
8、PT同步另一种方法是机械地或者通过电缆连接或其他连杆设计连接液压致动器。机械同步的缺点是增加系统的重量和复杂性，以及限制该设备的操作范围。用纯液压和机械的方法相比，电液同步提供了一种灵活的选择。随着电动液压系统，同步控制策略可以设计为处理不均匀负荷以及不确定性和与相关的外部干扰液压系统10。同步在缸冲程的末端是必须的，或者累积的精度误差在每个冲程使可以预期的。在应用中的三个气缸之间的机制被证明太过刚性，操作不精确将导致最终锁止系统，对机械结构具有潜在的毁灭性。使用只有一个盒的分流器只能以不相同的速度在一个方向驱动三个平行液压缸以33:67的速率完成缸的相同位移。用替换率不相同的气缸去匹配33:
9、67的分流比，可以在分流精度限制的范围内和气缸的容积率范围内以相同的速度进行操作。 在本文中，我们将分析三个同步液压缸的液压控制系统中，它们通过一个链接耦合0到5吨的反复载荷。横梁上的总负荷将包括从三个液压气缸统一的负荷和横梁的自身负载。图2示出了上梁的概要，C1-C3的示意代表液压缸活塞中心，并且可以是重新配置为任何奇数气缸数如5,7等。使用滑阀式流量分配器要获得输出三个相等的输出，一个具有不平等输出，就要求为33.3和66.7。发送流从33.3侧到第一致动器提供动力。发送流量从66.7侧到平等分流。从平等的分流出口流量现在是总泵的流量的33.3，因此，所有三个输出是相同的。注意这些电路不能
10、处理逆流，当回流压力不同于在出口端口逆流通过一个滑阀式流量分配器将锁定一个致动器。它要求安全阀和均衡压力线被掺入到液压回路，以克服这些挑战，同时一个商用的现货（COTS）PID控制器也被认为向后添加加速度前反馈到的RBPT设计控制回路，致动器型号是确切知道的，也没有干扰发生，那么，从理论上讲，人们可以控制双向液压执行器完全不使用闭环控制。加速度是微分（变化率）加速。前馈是一个使阀达到目标速度的包括位置和冲击的控制输出的估计图。2：RBPT上梁配置图3：建议RPBT的示意图阀应成比例地向上打开到目标位置，一个位置前馈将在这一方面有作用。所以有可能不需要等待对于PID来响应一个错误闭环液压控制通过
11、给系统添加位置和压力传感器，以提供系统状态的实时数据，像位置，它的衍生物、力。增加了反馈到液压回路中。这这使得快速，精确，可重复，以及（最重要的是）液压致动器的位置和力的控制自动化。一些简单的应用程序可以使用开环控制进行配置，但质量要求和高通量的要求使得闭环运动控制和电动液压控制器成为首选方法。三个缸由有40升的液压形成3KW动力，8 MPA压力和6.85升/分流速来提供动力。它是由一个比例方向控制阀馈送3路可调流量控制阀来控制通过分割流入33:67比率和随后供给一个气缸33%的流量，而67被分成两个其余的气缸在33的流量。压力调节由三个减压阀与控制用于非回流和喷嘴适当止回阀均衡。图。4：控制
12、电路的电液压缸。所提出的RPBT的示意图示于图3，而图4是用于3缸非线性运动对于一个电动液压缸控制电路同步控制提出，解决同步。3.1.1数学建模比例换向阀图5：比例方向阀的剖面图在电液比例阀广泛使用由于其抗污染能力，可靠性和低成本与伺服和正常阀作为比较，它也可以实现连续控制和快速响应。成比例的输入信号改变流动方向，阀和致动器位置，速度和力的压力1，13从伯努利方程，每个控制孔口下的两个特定之间的压力差的影响阀的端口哪里：QVA=流过VA孔; QVB=流经孔VB中; CD =流量系数; APA=口区PA的路径; AAT=孔面积在AT路径; APB=孔面积在PB路径; ABT=孔面积在BT路径;
13、PS- PA =压力过孔Ps和PA的差; PA- PR=孔PA、PR的压力差; =液压 流体密度对于一个螺线管驱动比例方向滑阀，孔口区域由卷筒，其通过对中心螺线管致动力控制弹簧如果摩擦和流动力被忽略的位移来确定。螺线管驱动力是由控制输入电压信号U通过电磁阀的PWM驱动器来调节。其中，gd是电磁驱动器的增益系数，u是控制输入电压信号。此外，该流量系数（Cd）也是卷轴的功能位移x，它是控制信号u的函数。引入流量增益系数gF至孔方程，阀孔方程可以被表示为如下。在这里gf=流量增益系数 （8）图6：分流阀的剖面图从11，12流量Qs、Qs1、Qs2为一个可调节分流阀，其中，A1A2的孔是阀口面积，Cd
14、为孔口系数，r是流体质量密度，SP是泵的供应压力。3.2模型概念3.2.1模拟功能建设真实系统之前，构建虚拟原型系统带来设备概念的其他选项的和可能性。对于液压模型，互动的工具和专用软件可以节省流体流经想象或者再创造的流动路径的时间，以及需要咨询专家，这样可以在更多特定问题和实际问题上节省时间。即使应该建立一个真正的原型，在这之前原型软件也可以预测允许简化的流程，并确定正确和不正确的选项。这些测试可以在功能性小论文基础之上达到更精确的水平。优化和控制，损失，速度等相关细节可以在一个有趣的和廉价的方式进行评估。使用流体辛液压V演示版Festo的教具构建仿真模型示于图710。提出在数字7至10在该模
15、型中的底部部分;由表示两个过程，其中的每一个，是一液压分支相应的驱动器连接的扩展和收缩运动。图7：扩展模式; 3花样缸图8：收缩模式; 3花样缸图9：扩展模式; 5花样缸图10：收缩模式; 5花样缸3.2.2模拟试验结果汽缸运动用泵驱动，其连接到一个比例方向阀，其从一个双作用螺线管将要通过的信号从控制器模块通过PID过程从传感器反馈或前馈信号后输入的接收信号。气缸与测量运动的位置和速度，以及力的传感器连接。气缸边缘也与表示气缸作用于RBPT的压头的重量的装载值连接。比例溢流阀，使用一个通过一个比例螺线管控制的阀口进行模拟，它适用于确切的开口上的力，以维持所需的压力微分。所考虑的压力值可以引入作为用于更精确的判断的信号。图11A：扩展模式：3花样缸测试图案意见图11B：扩展模式：3花样缸测试图案意见该模型在图11中所示的模拟试验结果显示了优化液压过程的一些规则。液压元件应该认真选择以具有检测系统是否工作在实时状态的能力。如果实时的模拟时间之前进行模拟，系统具有实时能力。并验证是否在FESTO DIDACTIC测试板上的模拟结果通过连接所有
