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大型构件计算机控制液压åŒæ­¥æå‡ç³»ç»Ÿçš„实时控制算法

[å¤åˆ¶é“¾æŽ¥]
  • TAçš„æ¯æ—¥å¿ƒæƒ…
    擦汗
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    [LV.5]常ä½å±…æ°‘I

    å‘表于 2012-9-5 12:45:32 | 显示全部楼层 |阅读模å¼
    大型构件计算机控制液压åŒæ­¥æå‡ç³»ç»Ÿçš„实时控制算法
    陈 å¥ã€€å¾é¸£è°¦   2001-4-18
    1 引言
      大型构件液压åŒæ­¥æå‡æŠ€æœ¯æ˜¯ä¸€é¡¹æ–°é¢–的的建筑施工安装技术。它与传统的æå‡æ–¹æ³• ä¸åŒï¼Œé‡‡ç”¨æŸ”性钢铰线或刚性立柱承é‡ã€æå‡å™¨é›†ç¾¤ã€è®¡ç®—机控制ã€æ¶²åŽ‹åŒæ­¥æå‡æ–°åŽŸç†ï¼Œ 结åˆçŽ°ä»£åŒ–施工方法,将æˆåƒä¸Šä¸‡å¨çš„构件在地é¢æ‹¼è£…åŽï¼Œæ•´ä½“地æå‡åˆ°é¢„å®šé«˜åº¦å®‰è£…å°±ä½ ã€‚åœ¨æå‡è¿‡ç¨‹ä¸­ï¼Œä¸ä½†å¯ä»¥æŽ§åˆ¶æž„件的è¿åŠ¨å§¿æ€å’Œåº”力分布,还å¯ä»¥è®©ç»“构件在空中长 期滞留和进行微动调节,实现倒装施工和空中拼接,完æˆäººåŠ›å’ŒçŽ°æœ‰è®¾å¤‡éš¾ä»¥å®Œæˆçš„施工任 务,使大型构件的起é‡å®‰è£…过程既简便快æ·ï¼Œåˆå®‰å…¨å¯é ã€‚
      在我国,这项技术从八å年代末开始,先åŽåº”用于上海石洞å£ç¬¬äºŒç”µåŽ‚和外高桥电厂六座24 0m钢内筒烟囱倒装施工ã€ä¸Šæµ·ä¸œæ–¹æ˜Žç å¹¿æ’­ç”µè§†å¡”钢天线桅æ†æ•´ä½“æå‡ã€åŒ—京西客站主站 房钢门楼整体æå‡ã€åŒ—京首都机场四机ä½æœºåº“网架屋é¢æå‡ä»¥åŠä¸Šæµ·å¤§å‰§é™¢é’¢å±‹æž¶æ•´ä½“æå‡ ç­‰ä¸€ç³»åˆ—é‡å¤§å»ºè®¾å·¥ç¨‹ä¸­ï¼ŒèŽ·å¾—了巨大æˆåŠŸï¼Œå–得了显著的ç»æµŽæ•ˆç›Šå’Œç¤¾ä¼šæ•ˆç›Šã€‚工程实践 è¯æ˜Žï¼Œå®ƒæ˜¯ä¸€é¡¹å…·æœ‰è‰¯å¥½åº”用å‰æ™¯çš„新技术。
      在大型构件液压åŒæ­¥æå‡ç³»ç»Ÿçš„控制中,计算机控制系统的控制算法和控制策略是ä¿æŒ åŒæ­¥æå‡çš„精度的关键。采用一般的PID控制算法,é™æ€è¯¯å·®å¤§ï¼Œä¸”误差å˜åŒ–也大,ä¸èƒ½åº” 用于工程实际。本文结åˆå·¥ç¨‹å®žé™…,介ç»äº†ä¸€ç§æ”¹è¿›çš„PID控制算法-åŒé™å¹…PID控制算法, 试验和实际工程应用表明,它是一ç§æœ‰æ•ˆçš„算法。

    2 液压åŒæ­¥æå‡åŠè®¡ç®—机控制原ç†
      四个液压顶å‡æ²¹ç¼¸çš„åŒæ­¥æŽ§åˆ¶æ˜¯é€šè¿‡è‡ªæ•´è§’机组测é‡æ²¹ç¼¸é—´çš„相对ä½ç§»å差实现的(è§å›¾1 )。
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    图
    1 四缸åŒæ­¥é¡¶å‡æŽ§åˆ¶ç³»ç»ŸåŽŸç†å›¾
    四油缸1ã€2ã€3ã€4中1缸为主令缸,其比例阀电æµè®¾ä¸ºæ’定。它通过齿æ¡é½¿è½®å¸¦åŠ¨è‡ªæ•´è§’å‘ è®¯æœºï¼Œ2缸ã€3缸ã€4缸则通过齿æ¡é½¿è½®å¸¦åŠ¨è‡ªæ•´è§’å˜åŽ‹å™¨ã€‚2ã€1(3ã€1åŠ4ã€1)两缸的ä½ç§» å差以自整角å˜åŽ‹å™¨æ¿€ç£çº¿åœˆä¸Šçš„电压å应出æ¥ã€‚将该å差交æµç”µåŽ‹è¿›è¡Œç›¸æ•è§£è°ƒå˜æˆç›´æµ åŽï¼Œç»A/Då˜æ¢è¾“入微机,通过微机数字调节è¿ç®—,å†ç»D/Aå˜æ¢å’ŒåŠŸçŽ‡æ”¾å¤§åŽæŽ§åˆ¶ç”µæ¶²æ¯” 例 调速阀的开度,从而调节2ã€3ã€4缸的è¿åŠ¨é€Ÿåº¦ï¼Œè¾¾åˆ°ä¸Ž1主令缸åŒæ­¥ç›®çš„。因此,åŒæ­¥é¡¶å‡ 系统为一速度控制的ä½ç½®å馈闭环系统。
      液压åŒæ­¥æå‡ç³»ç»Ÿçš„工作装置都是液压驱动的,其液压æå‡åŽŸç†å¦‚图2所示。液压系统由æ å‡ä¸»ç³»ç»Ÿå’Œé”šå…·è¾…助系统组æˆã€‚锚具辅助系统主è¦ç”¨äºŽé”šå…·æ²¹ç¼¸çš„æ¾é”šã€ç´§é”šåŠ¨ä½œã€‚主液压 系统由主电机ã€ä¸»æ¶²åŽ‹æ³µã€ç”µç£æ¢å‘阀ã€æº¢æµé˜€ã€ç”µæ¶²æ¯”例æµé‡é˜€æ¡¥å¼æ¢å‘回路ã€ä¸»é˜€å—〠æå‡æ²¹ç¼¸ç­‰ç»„æˆã€‚
    未命å1.jpg
    图
    2 大型构件åŒæ­¥æå‡æ¶²åŽ‹ç³»ç»ŸåŽŸç†
    主液压缸在åŒæ­¥é¡¶å‡å’ŒåŒæ­¥ä¸‹é™æ—¶éƒ½è¦æœ‰ç›¸åŒçš„åŒæ­¥ä½ç½®ç²¾åº¦ï¼Œå› ä¸ºç”µæ¶²æ¯”例æµé‡é˜€ä¸èƒ½å®ž 现åŒå‘调速,为简化控制系统,é™ä½Žé€ ä»·ï¼Œé‡‡ç”¨äº†æ¶²åŽ‹æ¡¥å¼æ¢å‘回路,以实现主液压缸的åŒå‘速度控制。主液压缸需è¦åœ¨ä¸€å®šçš„行程内往å¤è¿åŠ¨ï¼Œå®ƒé€šè¿‡è½¯ç®¡è¿›ã€å›žæ²¹ï¼Œä½†ä¸€æ—¦è½¯ç®¡çˆ†è£‚ï¼ŒåŽ æžœå°†ä¸å ªè®¾æƒ³ã€‚为确ä¿å®‰å…¨ï¼Œåœ¨æ¯ä¸ªä¸»æ¶²åŽ‹ç¼¸çš„缸体上都安装了液控å•å‘阀,这ä¸ä»…解决了 安全问题,还为顶å‡ä½œä¸šå¸¦æ¥äº†æ–¹ä¾¿ï¼Œå¯ä»¥å…许主液压缸能在任何ä½ç½®åœç•™ï¼Œè¿™åœ¨æ–½å·¥è¿‡ç¨‹ 中是å分必è¦çš„。
      为了便于系统调试和åŒæ­¥ä¸‹é™æŽ§åˆ¶ï¼Œè°ƒè¯•ä¸»ç³»ç»Ÿé€šè¿‡ç›¸åº”的两ä½å››é€šå¸¸å¼€å¼ç”µç£æˆªæ­¢é˜€æ¥å®ž 现主油缸的å•ç¼¸æ“作闭é”。
    3 实时计算机控制算法
      (1)一般PID控制算法
      PID调节规律是连续系统动æ€å“质校正的一ç§æœ‰æ•ˆæ–¹æ³•ï¼Œå®ƒçš„å‚数整定方å¼ç®€ä¾¿ï¼Œç»“æž„æ”¹å˜ çµæ´»ï¼ˆPIã€PDã€â€¦ï¼‰ã€‚长期以æ¥è¢«å¹¿å¤§ç§‘学技术人员åŠçŽ°åœºæ“ä½œäººå‘˜æ‰€é‡‡ç”¨ï¼Œå¹¶ç§¯ç´¯äº†å¤§é‡ çš„ ç»éªŒã€‚过去PID的调节规律完全由DDZå•å…ƒç»„åˆä»ªè¡¨å®Œæˆã€‚现在å¯ä»¥æ–¹ä¾¿åœ°ç”±ç¨‹åºåœ¨å¾®æœºä¸Šå®ž 现。
      连续系统PID调节器为对误差的比例ã€ç§¯åˆ†å’Œå¾®åˆ†æŽ§åˆ¶ï¼Œå³
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    或
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    å¼ä¸­ï¼šTiã€Td分别为积分和微分时间常数;Kpã€Kiã€Kd分别为比例系数ã€ç§¯åˆ† 系数ã€å¾®åˆ†ç³»æ•°ã€‚在计算机控制系统中使用的是PID数字调节器,就是对å¼ï¼ˆ1)离散化 ,令
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    å¼ä¸­ï¼ŒT是采样周期。由å¼ï¼ˆ1)与å¼ï¼ˆ3)å¯å¾—
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    å¼ï¼ˆ4)称为ä½ç½®å¼PID控制算法。
      在PID控制中,比例作用Kp加大将会å‡å°ç¨³æ€è¯¯å·®ï¼Œæ高系统的动æ€å“应速度。积分 控制å¯ç”¨æ¥æ¶ˆé™¤ç³»ç»Ÿçš„稳æ€è¯¯å·®ï¼Œå› ä¸ºåªè¦å­˜åœ¨å差,它的积分所产生的信å·æ€»æ˜¯ç”¨æ¥æ¶ˆé™¤ 稳æ€è¯¯å·®çš„,直到å差为零,积分作用æ‰åœæ­¢ã€‚微分控制的作用,实质上是跟å差的å˜åŒ–速 度有关,并且能在å差达到很大值以å‰ï¼Œå°±äº§ç”ŸæŽ§åˆ¶ä½œç”¨ã€‚微分控制能够预测å差,产生超 å‰çš„校正作用。因此,微分控制å¯ä»¥è¾ƒå¥½åœ°æ”¹å–„动æ€æ€§èƒ½ã€‚
      ä½ç½®å¼PID数字调节器的输出u(kT)是全é‡è¾“出,是执行机构所应达到的ä½ç½®ï¼Œæ•°å­— 调节器 的输出跟过去的状æ€æœ‰å…³ï¼Œè®¡ç®—机的è¿ç®—工作é‡å¤§ï¼Œéœ€è¦å¯¹e(kT)作累加,而且计算机 çš„ 故障很有å¯èƒ½ä½¿u(kT)作大幅度的å˜åŒ–,这ç§æƒ…况往往是生产实践中ä¸å®¹è®¸çš„,而且有 些 场åˆå¯èƒ½ä¼šé€ æˆä¸¥é‡çš„事故,因此增é‡å¼PID控制较ä½ç½®å¼PID控制有广泛的应用。所谓增 é‡å¼PID是指数字调节器的输出åªæ˜¯å¢žé‡Î”u(kT)。
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    增é‡å¼ç®—å¼ä¸­ä¸éœ€è¦ä½œç´¯åŠ ï¼Œå¢žé‡åªè·Ÿæœ€è¿‘的几次采样有关,容易获得较好的控制效 果。由于å¼ä¸­æ— ç´¯åŠ ï¼Œæ¶ˆé™¤äº†å½“å差存在时å‘生饱和的å±é™©ã€‚
      在液压åŒæ­¥æå‡ç³»ç»Ÿçš„控制中,按å¼ï¼ˆ5)的控制é‡u(kT)为计算机输出的脉冲宽度 调制PWM,用于控制电液比例æµé‡é˜€çš„电æµï¼Œä»Žè€Œè¾¾åˆ°æŽ§åˆ¶è¿›å…¥ä¸»æ¶²åŽ‹æå‡ç¼¸çš„æµé‡å³ åŒæ­¥ æå‡é€Ÿåº¦çš„目的。实际的工程实践表明:积分项是ä¸èƒ½åŠ çš„,因此,Ki=0.设Kd=0,则 å¼ï¼ˆ5)å˜ä¸º
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    å³
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    æ ¹æ®ï¼ˆ7)å¼çš„算法在大型构件液压åŒæ­¥æå‡è¯•éªŒå°ï¼»2]上进行计算机实时控制试 验得到的液压缸 ä½ç½®è¯¯å·®åŠè®¡ç®—机输出PWMå˜åŒ–曲线如图3中曲线1所示。å¯ä»¥çœ‹å‡ºï¼šè¯¯å·®å˜åŒ–å’ŒPWMå˜åŒ–都 很 大,在åŒæ­¥æå‡è¿‡ç¨‹ä¸­ï¼Œç»“构件就象摇船似地被æå‡ã€‚因此,这样的算法ä¸èƒ½åœ¨çŽ°åœºæ–½å·¥ä¸­ 使用,必须加以改进。
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    图3 两ç§æŽ§åˆ¶ç®—法实时控制效果对比
      (2)改进的PID算法--åŒé™å¹…PID控制算法
      åŒé™å¹…PID控制算法是在PID控制算法基础上改进得到的。它的基本æ€æƒ³æ˜¯ï¼šç”±äºŽè°ƒèŠ‚过程æžå¿«ï¼ˆ10ms),如果æ¯æ¬¡PWMçš„å˜åŒ–太大的è¯ï¼Œå°†é€ æˆæ¯”例阀超调。且由于比例阀的滞环特性的影å“,比例阀对电æµçš„å˜åŒ–有一个滞åŽçš„å“应过程。因此,在调节过程中è¦å°½é‡é¿ 开滞环的影å“。也就是在一阶段调节过程中比例阀的电æµåªèƒ½å•è°ƒåœ°å¢žåŠ æˆ–å•è°ƒåœ°å‡å°‘。比如在液压åŒæ­¥ä¸Šå‡æ—¶ï¼Œå½“高差为负的时候,说明此åŠçš„æå‡é€Ÿåº¦æ¯”主令åŠç‚¹æå‡é€Ÿåº¦æ…¢ã€‚它的比例阀电æµéœ€è¦åŠ å¤§ï¼Œä½†æ¯ä¸ªå¾ªçŽ¯çš„PWM的增加是有é™çš„,å³

    PWM(kT)=PWM(kT-T)+C  (8)
    å¼ä¸­ï¼ŒC为一固定值。
       è¿™æ ·å°±é™åˆ¶äº†æ¯æ¬¡å¾ªçŽ¯ï¼ˆé‡‡æ ·æ—¶é—´ï¼‰ä¸­PWM的增加é‡æˆ–å‡å°‘é‡ã€‚å¦å¤–,把比例阀的åˆå§‹è®¾å®šP WM与根æ®å½“å‰è¯¯å·®è®¡ç®—出的PID控制算法的控制增é‡ç›¸åŠ ä¹‹å’Œä½œä¸ºè¿™ä¸€å¾ªçŽ¯æ¯”例阀电æµå¢žåŠ çš„最大é™å€¼ã€‚因此,éšç€æ¯”例阀电æµçš„ä¸æ–­å¢žåŠ ï¼Œè¯¯å·®è¶Šæ¥è¶Šå°ï¼Œæ ¹æ®è¯¯å·®è®¡ç®—出的控制增 é‡ä¹Ÿå°±è¶Šæ¥è¶Šå°ï¼Œå½“æŸä¸€å¾ªçŽ¯æ¯”例阀的电æµå€¼ç­‰äºŽæ¯”例阀åˆå§‹è®¾å®šPWM与控制增é‡ä¹‹å’Œæ—¶ï¼Œ 调节过程结æŸï¼Œç³»ç»Ÿè¾¾åˆ°ä¸€ä¸ªå¹³è¡¡çŠ¶æ€ï¼Œç»´æŒä¸€å®šçš„é™å·®ã€‚当高差为正时,调节过程与上述 步骤相å。
      根æ®è¿™ç§æŽ§åˆ¶æ€æƒ³è¿›è¡Œçš„液压åŒæ­¥æå‡å®žæ—¶è¯•éªŒå¾—到的曲线如图3中曲线2所示。从图中å¯ä»¥ 看 出:与一般PID控制算法相比液压缸的ä½ç½®è¯¯å·®å’Œè®¡ç®—机输出的PWMçš„å˜åŒ–都å°å¾—多,结构件 在æå‡è¿‡ç¨‹ä¸­ä¹Ÿæ˜¾å¾—éžå¸¸çš„平稳。因此,这是一ç§éžå¸¸å®žç”¨çš„控制算法。

    4 结论
      大型构件液压åŒæ­¥æå‡ç³»ç»Ÿæ˜¯ä¸€ä¸ªåºžå¤§çš„物ç†ç³»ç»Ÿï¼Œå®ƒç»¼åˆäº†æœºæ¢°ã€æ¶²åŽ‹ã€è®¡ç®—机ã€æŽ§åˆ¶è®ºåŠä¼ æ„Ÿå™¨ç­‰å¤šé¡¹æŠ€æœ¯ã€‚计算机控制系统的控制算法和控制策略是其关键技术之一,在ç»è¿‡è‰°è‹¦çš„探索和试验åŽï¼Œä¸Šè¿°åŒé™å¹…PID控制算法已æˆåŠŸåœ°åº”用于多项国家é‡ç‚¹å·¥ç¨‹çš„建设和施工中,是一ç§å¾ˆæœ‰æ•ˆçš„计算机控制算法。
    作者å•ä½:陈 å¥ã€€å¹¿ä¸œå·¥ä¸šå¤§å­¦æœºç”µç³»ï¼Œå¹¿å·ž510643ï¼›
         å¾é¸£è°¦ã€€åŒæµŽå¤§å­¦æœºæ¢°å­¦é™¢ï¼Œä¸Šæµ·200092

    å‚考文献
    ï¼»1]陈 键.大型构件液压åŒæ­¥æå‡ç³»ç»Ÿçš„稳定性研究.åŒæµŽå¤§å­¦åšå£«å­¦ä½è®ºæ–‡ï¼Œ 1998.10
    ï¼»2]陈 键.å¾é¸£è°¦.液压åŒæ­¥æå‡ç³»ç»ŸåŠ è½½è¯•éªŒå°.工程机械
    ,1998(6)
    ï¼»3]乌建中等.石洞å£ç”µåŽ‚240m钢内筒烟囱液压顶å‡åŒæ­¥æŽ§åˆ¶.åŒæµŽå¤§å­¦å­¦æŠ¥.Vo 1.21,1993,增刊


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