蘇龍保 梁超寰 楊金輝

摘 要：本文介紹了陶瓷壓磚機(jī)的動梁控制特點，及分析了現(xiàn)有的控制思路的原理和優(yōu)缺點，并提出了一種新的控制方案。通過控制動梁的絕對速度，重復(fù)性更好，結(jié)合位置閉環(huán)控制達(dá)到定位精度要求，操作便捷，性能更優(yōu)。

關(guān)鍵詞：大慣性；絕對速度控制；比例閥控制；陶瓷壓磚機(jī)

1 前言

陶瓷壓磚機(jī)的動梁控制，是磚坯的成型品質(zhì)關(guān)鍵之一，嚴(yán)重時會導(dǎo)致磚坯分層及開裂等缺陷。動梁下行的沖擊粉料的過程，如果沖擊速度不合適會造成粉料壓縮不夠或者粉料顆粒間的氣體無法及時排出造成分層等。尤其是當(dāng)前陶瓷磚市場是以大磚為主，對應(yīng)的壓機(jī)壓制力需求更高，工作臺面尺寸更大，使得陶瓷壓機(jī)的質(zhì)量越來越大，單個動梁部件的重量達(dá)到十幾噸重，如此大慣量的運動更加難以控制。目前動梁的控制均是簡單的開環(huán)控制：根據(jù)動梁當(dāng)前位置決定輸出指定的電壓指令去控制比例閥，控制簡單，如果相關(guān)參數(shù)有調(diào)整或者外圍因素（比如氣壓）影響到動梁動作，就必須重新調(diào)整多個動梁參數(shù)來配合現(xiàn)場工藝，對壓機(jī)操作人員的要求比較高，當(dāng)前陶瓷生產(chǎn)線的人員越來越少，人員技能沒辦法提升到更高一層次來滿足工藝要求，就會造成陶瓷磚的生產(chǎn)頻頻出現(xiàn)質(zhì)量問題。因此，壓磚機(jī)的動梁控制方式需要作改進(jìn)，以便適應(yīng)各種工況，提高控制性能并且降低對操作人員的要求。

2當(dāng)前陶瓷壓磚機(jī)動梁控制方法

目前，陶瓷壓磚機(jī)的動梁控制油路主要有兩種方式：普通插裝閥控制以及比例閥控制。一般成型壓力在3000噸以下的小型壓磚機(jī)，均是生產(chǎn)瓷片或者西瓦，對磚坯質(zhì)量要求不高，只要求產(chǎn)量，這種機(jī)型均是采用普通插裝閥控制動梁，動梁質(zhì)量也小。而成型壓力在3000噸以上的壓機(jī)，主要生產(chǎn)地磚為主，磚坯尺寸也大，對磚坯質(zhì)量要求較高，普遍采用比例閥控制。本文主要介紹的是針對采用比例閥控制動梁的中大型壓磚機(jī)。

中大型陶瓷壓磚機(jī)的動梁控制過程（以動梁到達(dá)目標(biāo)位置S3為例），見圖1：動梁比例閥開口度快速給定設(shè)定的快速速度V1；當(dāng)?shù)竭_(dá)快慢切換位置S1時，動梁比例閥開口度切換成V2繼續(xù)運行；當(dāng)動梁位置到達(dá)剎車位置S2時，動梁比例閥開口度給定為慢速速度V3；到達(dá)目標(biāo)位置S3，則將比例閥開口度給定為0，至此整個動梁控制完成，但是實際控制過程均要求對參數(shù)設(shè)置把控非常精準(zhǔn)，否則會造成大的超調(diào)或者抖動。動梁質(zhì)量大，運動慣量大，減速控制不好就會造成剎不住車的現(xiàn)象。同時運行過程中遇到外部干擾，比如上油箱氣壓波動也會造成實際控制不柔和或者震動的情況。

3動梁絕對速度控制方法

動梁絕對速度控制方法所直接控制的對象不再是比例閥的開口度，控制的是動梁機(jī)構(gòu)的絕對速度。在啟動之前就根據(jù)目標(biāo)位置以及相關(guān)特性參數(shù)規(guī)劃計算出一條速度控制曲線，控制比例閥的開口度來調(diào)整實時速度以達(dá)到跟隨規(guī)劃速度曲線，從而達(dá)到被控對象的穩(wěn)定性。

其中有以下幾個參數(shù)：

加速度：動梁運行的加速度

減速度：跟動梁機(jī)構(gòu)匹配的受控的減速度

給定速度：動梁期望運行的速度

給定目標(biāo)位置：最終定位的目標(biāo)位置

PID調(diào)整增益：運行過程中速度閉環(huán)控制的PID調(diào)整速度。

其中加速度、減速度會根據(jù)機(jī)型，結(jié)合理論計算以及實際測試給出推薦值，以達(dá)到當(dāng)前機(jī)型的最優(yōu)值。

控制過程見如圖2所示。

根據(jù)給定參數(shù)，系統(tǒng)內(nèi)部會規(guī)劃出一條基于時間軸的速度控制曲線，

運行過程，根據(jù)動梁的位置反饋進(jìn)行微分計算出動梁的絕對速度，再與規(guī)劃速度進(jìn)行對比PID控制，達(dá)到跟隨規(guī)劃速度曲線，

在減速階段，同時調(diào)用目標(biāo)位置的位置閉環(huán)，起到速度、位置雙閉環(huán)控制，最終達(dá)到運行過程的穩(wěn)定、最終到位的精準(zhǔn)性。

絕對速度控制的優(yōu)點在于：用戶設(shè)定參數(shù)少，除了絕對速度以外，其他設(shè)定參數(shù)對生產(chǎn)工藝影響非常小，降低了對用戶的技術(shù)要求；抗外部干擾的能力強(qiáng)，系統(tǒng)內(nèi)部會進(jìn)行實時控制修正，達(dá)到運行過程的穩(wěn)定順暢，最終定位準(zhǔn)確的效果。

4動梁絕對速度控制試驗測試

針對動梁絕對速度控制，進(jìn)行了大量的試驗。通過對模型參數(shù)、比例閥特性進(jìn)行大量數(shù)據(jù)驗證，確定了最終的適合參數(shù)，控制效果如圖3所示。此種控制模式，能夠有效解決當(dāng)前中大型壓機(jī)的快而不穩(wěn)，穩(wěn)而不快，產(chǎn)量與質(zhì)量不能同時兼得的難點，達(dá)到動梁控制快且穩(wěn)，產(chǎn)量與質(zhì)量同時兼顧的效果。

5動梁絕對速度控制的推廣應(yīng)用

通過實際生產(chǎn)驗證了動梁絕對速度控制是可行的，并且得到了顯著的效果。結(jié)合高速運算能力的控制器，其控制效果更加優(yōu)異，目前此種控制方法已經(jīng)應(yīng)用到恒力泰的部分機(jī)型。后續(xù)會進(jìn)一步推廣使用，降低客戶的使用要求，同時提升性能，提高客戶的產(chǎn)品生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 許光彬．高速平滑S曲線加減速速度控制算法研究[J]．控制工程，2017（10）

[2] 張柏清，等．全自動液壓壓磚機(jī)（第1版）[M]．江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社．2001