基于预测控制的连续平压机热压板升降系统同步控制技术研究

发布时间：2020-04-28 11:55

【摘要】：热压板升降系统是人造板连续平压机的重要组成部分,决定了连续平压机的稳定性与可靠性。在热压板升降过程中需要对与热压板相连的多组液压活塞缸进行高精度同步控制。由于热压板升降系统具有非线性、强耦合、强惯性等特点,执行元件及被控对象较多,受设备加工制造精度、液压元器件性能、液压系统泄露等因素的影响,当前采用的常规PID控制方法对于连续压机多组液压缸同步运动控制精度不够高,而且容易产生瞬时偏差超限的现象,使得热压板倾斜或局部受力不均,导致不能压制合格的人造板材,容易对热压板和调节阀造成一定程度的损坏甚至造成停产,增加生产成本。为了克服因系统自身特点、制造精度及元件性能等因素对同步控制精度的影响,本文研究热压板升降系统的群集同步控制技术,从液压同步控制策略及控制算法两方面展开研究以改善其同步控制精度。提出了基于预测控制的连续平压机热压板升降系统环形耦合同步控制策略,在理论推导、仿真实验基础上,构建基于预测控制的连续平压机热压板升降系统环形耦合同步控制算法模型,并成功应用于连续压机生产线。论文主要研究内容及结论如下:第一,在分析连续平压机液压系统现存问题的基础上,建立连续平压机阀控液压缸闭环控制系统,并推导其数学模型。最后从热压板升降系统液压控制的角度分析了其同步控制需求,即单路油缸的高精度位置跟踪控制及多路油缸的高精度群集同步控制。第二,针对热压板升降系统控制需求,研究其单路油缸的高精度位置跟踪控制算法,在分析几种主要的液压同步控制算法特点的基础上,提出采用广义预测控制算法改善其单路油缸的位置跟踪控制性能。详细介绍了广义预测控制器的设计方法和流程,通过Matlab软件和PID算法进行仿真实验与对比分析,验证技术参数对生产工艺和设备性能的影响,以及预测控制对热压板升降系统油缸位移的跟踪控制效果。实验结果表明,广义预测控制具有较好的定值跟踪和随动跟踪性能,具有超调小、响应速度快、抗扰动能力强和控制精度高的优点,实现热压板位置的实时跟踪控制。第三,针对热压板升降系统控制需求,研究其多油缸的高精度同步控制方法,在分析了几种主要同步控制方式特点的基础上,提出采用环形耦合同步控制方式进行系统群集同步控制,并通过和主从同步控制方式的仿真对比实验进行理论验证。同时为改善升降系统的动态性能,增强系统鲁棒性,进一步提出采用预测控制取代常规PID控制对环形耦合同步控制进行改进,设计了环形耦合群集同步预测控制器,构建了包含同步误差及位置跟踪误差的最优性能指标函数,并着重推导了其同步控制规律。论文对建立的系统模型进行了理论验证并和基于PID控制的主从同步控制及基于PID控制的环形耦合同步控制分别进行了对比,结果表明,基于预测控制的环形耦合同步控制方法具有更好的位置跟踪性能和同步性能,系统抗干扰性和鲁棒性强,响应速度快,适用于被控对象较多的连续平压机热压板升降系统。第四,给出了热压板升降系统测控平台的硬件组态,以及基于预测控制的环形耦合群集同步控制方法的软件实现,并检验了其实际应用效果。系统运行结果表明热压板升降过程中左右同步控制偏差极限3mm,前后同步控制偏差极限达到10mm,同当前国内外同步控制左右同步偏差极限4mm和前后同步偏差极限15mm相比,精度分别提高了25%和33%,满足热压板升降过程的工艺要求。
【图文】：

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图 2-3 机架油缸组控制示意图Fig.2-3 Control diagram of the frame oil cylinder group缸组液压控制原理如图 2-4 所示，压力（流量）控制阀组调节进缸的压力和流量，，调速阀组控制进入活塞缸有杆腔的流量，安全个系统的安全性。安全阀组压力控制装置调速阀组提升控制阀组柱塞缸活塞缸活塞杆腔活塞腔

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【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS64;TP273

【参考文献】