电液数字控制技术在提升装置中的应用

1．提升装置工作原理简介

在铅电解残阳极洗涤生产线中，提升装置如图16所示。该装置主要由液压马达、减速器、齿轮传动机构、链提升机构组成，其主要任务是将要洗涤的铅残阳极板下降进行洗涤，在洗涤完之后，再将铅残阳极板提升。其工作原理为：首先铅残阳极板步进输送至分板位置，步进分板液压缸动作，将铅残阳极板送至洗涤位置；然后液压马达输出动力，经过一对减速齿轮将旋转运动传递给链轮，通过链轮带动铅残阳极板吊耳挂钩下降至冲洗装置；最后由链轮将洗涤完后的铅板提升至原来的分板推板位置处，再由分板推板装置将铅残阳机板推出，这样就完成一次提升工作循环。整个洗涤过程要求提升装置能做到频繁启动、反转、制动，并且为了达到洗涤的平稳性，还需限制最大加速度和加速度变化率。

由于铅残阳极板的表面极不平整，且提升的速度较快，在提升过程会出现速度控制不准确、抖动现象，不利于铅残阳极板的洗涤。严重时，还可能将铅残阳极板卡到洗涤位置处，影响了生产效率。作者拟采用电液数字技术对系统进行控制。

2．提升装置速度控制系统原理

洗涤机提升装置液压控制系统原理如图17所示。其工作原理是：当提升装置上下运动时，速度传感器检测提升装置的运动速度，模拟量的速度信号经过A/D转换成数字量，反馈给计算机，计算机将接收到的反馈信号与要求的信号进行对比，如果有速度误差，计算机向数字阀控制器发出误差信号，阀控制器再根据此误差信号驱动数字阀的步进电动机，由步进电动机对数字阀的阀心位置进行控制，即对数字阀开口进行控制，从而实现对数字阀流量的控制，进一步达到对液压马达转速的控制，从而达到对提升装置的速度控制。

3．提升装置电液数字控制系统建模

根据系统各动力机构参数，得出系统输出对输入的开环传递函数为

系统输出对输入的闭环传递函数为

4．电液数字控制系统的稳定性分析

由图18所示的系统开环传递函数Bode图可知，相位裕量γ=4.71°，穿越频率w_c= 574rad/s。相频曲线没有与-180°线相交，则系统幅值裕量K_g趋于+∞，按照判定原理，闭环系统是稳定的。但电液数字速度控制系统的相位裕量偏小，而幅值裕量偏大。当系统参数改变时，系统的相位裕量和幅值裕量太大或者太小都会影响到系统的稳定性。一般对于相位裕量和幅值裕量都有一个选择范围，相位裕量γ= 30°～60°，幅值裕量K_g=8～20dB。为了使系统有合适的相位裕量和幅值裕量，必须给系统加上适当的校正环节。

5．电液数字控制系统PID控制

通过多种校正方法的分析，采用PID控制对数字速度控制系统进行校正。PID控制器是由比例、积分、微分组成，其控制规律为

G_c(s)=K_P+(K₁/s)K_Ds

由图19可以看出，PID校正后的系统幅值裕量K_g=9.39dB，相位裕量γ=47.1°且系统对阶跃信号的稳态误差为零。所以增加了PID校正的电液数字速度控制系统，性能完全符合提升装置的要求，但是由Bode图对比可知系统的穿越频率减小了，可以说系统性能的提高是以降低系统的响应速度为代价的。