申请/专利权人：合肥合锻智能制造股份有限公司

申请日：2022-11-02

公开（公告）日：2023-03-14

公开（公告）号：CN115401948B

主分类号：B30B15/16

分类号：B30B15/16;B30B15/26

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.03.14#授权;2022.12.16#实质审查的生效;2022.11.29#公开

摘要：本发明公开了大型液压成形装备快降运动曲线的平稳性设计与控制方法。针对现有快降技术控制研究存在的问题，本发明通过分析活动横梁快降时液压系统的动力学特点，提出了基于五次曲线的快降运动规律设计方法，以平均速度最大与冲击最小为约束，应用NSGA‑II算法求解最优运动曲线，开发了基于模糊PID的运动曲线跟踪控制策略。通过仿真和实验研究，验证了快降运动曲线设计与控制的有效性，结果表明活动横梁快降运动过程中的冲击得到了有效缓解，降低幅度达21%，对大型液压装备的研发和平稳性控制具有重要的理论和应用价值。

主权项：1.大型液压成形装备快降运动曲线的平稳性设计结构，包括成形液压机的液压油路及控制系统，其特征在于，所述系统包括：泵组（1），用于对系统进行供油；单向阀（2），用于防止油流反向流动；蓄能器（3），用于储存多余能量，需要时释放能量；第一插装阀组（4），用于在主油路中起到开关油路作用；电磁阀（5），用于控制油路通断；第一溢流阀（6）：用于对回油管路起到溢流保护作用，其一端接在回油路，另一端接在油箱（15）；第二溢流阀（7），用于对进油管路起到溢流保护作用，其一端接在进油路，另一端接在油箱（15）；第一压力传感器（8），用于监测回油管路压力变化，其一端接在回油路，另一端接在控制计算机组（16）；第二压力传感器（9），用于监测进油管路压力变化，其一端接在进油路，另一端接在控制计算机组（16）；内置位移传感器（10），用于反馈液压缸（11）的行程，其装在液压缸（11）的内部，伸出信号线，接在控制计算机组（16）；液压缸（11），用于作为液压系统执行机构；高频响电磁阀（12），用于精准控制回油管路流量，达到对液压缸（11）行程的精准控制；第二插装阀组（13），用于在回油管路中起到泄压作用，其一端接在回油路，另一端接在油箱（15）；第三插装阀组（14），用于当第一插装阀组（4）关闭时，泵组（1）未关闭状态下，对泵口进行回油控制，其一端接在进油路，另一端接在油箱（15）；油箱（15），用于储存系统所需的液压油；控制计算机组（16），用于对反馈信息进行处理，并做出判断，控制电磁阀（5）的通断，进而控制液压缸（11）的速度；基于所述的设计结构进行的大型液压成形装备快降运动曲线的平稳性控制方法，包括以下步骤：S1、液压系统建模：设计成形液压机的液压油路及控制系统，所述系统的系统开环传递函数为下式（5）所示： （5）其中，；S2、采用五次样条曲线建立目标运动曲线函数，设计运动五次曲线运动模型，应用NSGA-II算法求得最佳活动横梁下降运动曲线；S3、设计自调整模糊PID控制器；步骤S2中，所述设计运动五次曲线运动模型，应用NSGA-II算法求得最佳活动横梁下降运动曲线，具体步骤为：A21、根据设置的条件及参数，列出如下述公式（6）的五次多项式曲线一般表达式和下述公式（7）的优化约束方程组： （6）（7）其中，A0、A1、A2、A3、A4和A5为多项式系数，t为活动横梁运动总时间，Y为活动横梁运动位移，V为活动横梁运动速度，a为活动横梁运动加速度，J为活动横梁运动惯量；式（7）中，以最短运动时间和最小冲击为优化约束条件；A22、根据运动起点状态和终点状态对五次曲线的优化初始条件进行如下设置：起点条件：Yt0=Y0，Vt0=V0，at0=a0，Jt0=J0；终点条件：Yts=Ys，Vts=Vs，ats=as，Jts=Js；其中，t0为起点时间，单位为s；ts为运动终点时间，单位为s；Y0为起点处的位移，单位为m；V0为起点处的速度，单位为ms；a0为起点处的加速度，单位为ms2；J0为起点处的加加速度，单位为ms3；相对应的Ys为运动终点处的位移，单位为m；相对应的Vs为运动终点处的速度，单位为ms；相对应的as为运动终点处的加速度，单位为ms2；相对应的Js为运动终点处的加加速度，单位为ms3；A23、给出合理的约束条件，优化求解：假设活动横梁在理想极限状态下做自由快降运动，并根据参数数据设置五次曲线优化的状态约束条件，根据已知系统参数初步对最大加速度、最大速度进行求解，相关参数的求解过程如下式（8）所示： （8）其中，F为油缸活塞杆所受的滑块重力，单位为N，F1为快降时进油口的负压对活塞的拉力，单位为N，F2为快降时出油口处产生的压力反作用力，单位为N，f为活塞杆运动时所受阻力，单位为N，m为滑块质量，单位为kg，a1为活动横梁下落过程中的平均加速度，单位为ms2，t1为下降时间，单位为s，S为标定下降位移，单位为m，g设为10ms2，P1为油缸进油口的压强，单位为MPa，A1为进口活塞面积，单位为m2，P2为油缸出油口的压强，单位为MPa，A2为出油口活塞杆底部与油液接触面积，单位为m2，fc为油缸粘性摩擦系数，V1为活塞杆运动速度，单位为ms；F3为减速时油缸出油口对活塞杆的最大反作用力，单位为N，f'为减速时油缸所受最大摩擦力，单位为N，a2为活塞杆的最大减加速度，单位为ms2；其中，P3位油缸出油口所受最大压强，单位为MPa。

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