[发明专利]一种高精度矫直机自动控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种高精度矫直机自动控制系统，其特征在于：包括磁致式位移传感器、油压传感器、人机界面、PLC控制器、放大器、直流调速控制器、直流电机、减速器、增量式光电编码器、比例换向阀和比例溢流阀，其中，所述的磁致式位移传感器安装于矫直机油缸的活塞连杆处，油压传感器设置于矫直机液压站的液压阀块上，磁致式位移传感器的输出端连接于PLC控制器的第一通道模拟量输入端，油压传感器的输出端连接PLC控制器的第二通道模拟量输入端，人机界面通过总线连接PLC控制器；PLC控制器的第一通道模拟量输出端通过放大器连接比例换向阀的输入端，PLC控制器的第二通道模拟量输出端通过放大器连接比例溢流阀的输入端，PLC控制器通过总线与直流调速控制器连接；所述的比例换向阀设置于矫直机油缸侧，在矫直机油缸与比例换向阀之间设置有比例溢流阀；所述的直流调速控制器的输出端连接直流电机，直流电机的输出轴连接减速器的一端，减速器的另一端通过万向接轴连接矫直机辊的中心轴；在电机的尾端设置有增量式光电编码器，增量式光电编码器的输出端连接直流调速控制器的输入端。

2.根据权利要求1所述的高精度矫直机自动控制系统，其特征在于，所述的减速器，其同时连接多个矫直辊的中心轴。

3.根据权利要求1所述的高精度矫直机自动控制系统，其特征在于，所述的比例换向阀个数、比例溢流阀个数和磁致式位移传感器的个数均与矫直机中活动辊的个数相同，油压传感器的个数为矫直机中活动辊的个数的2倍。

4.采用权利要求1所述的高精度矫直机自动控制系统进行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据实际需求通过人机界面设置被矫材的矫直速度，即实现对直流电机目标转速的设定；设定矫直机活动辊的位移目标值，包括上、下辊之间的间距和反弯量；根据实际需求设定被矫材的保护油压值，即设定比例溢流阀的溢流值；

步骤2、根据实际需求手动调节上、下辊的角度，并手动将矫直机的活动辊移动至底端进行清零，即上、下辊间距离为零，并将用于反弯的下辊移动至底端，将此时上、下辊的接触位置作为位移相对零点；

步骤3、启动矫直机，采用PLC控制器发送控制信号至比例换向阀，控制比例换向阀的开口度，进而控制油缸内油压带动活塞杆运动，实现矫直机上、下辊间距的增加至设定的位移目标值，并使用于反弯的下辊位移达到设定的反弯量；

步骤4、在矫直机上、下辊间放入被矫材；

步骤5、矫直机运行过程中，实时采用磁致式位移传感器采集活塞杆的位移量，反馈至PLC控制器中与设定的位移目标值做差，采用PID控制算法计算位移补偿量，通过放大器控制比例换向阀控制开口度，调节油缸内油量，进而控制矫直机活动辊的位移稳定在设定位移目标值；

步骤6、矫直机运行过程中，实时采用增量式光电编码器采集直流电机转速值，通过直流控制器发送至PLC控制器内，根据直流电机转速的实际测量值与直流电机目标转速设定的差值，采用PID控制算法计算直流电机转速的补偿量，并发送至直流控制器中实现对直流电机转速的调节，使直流电机转速稳定于目标设定值；

步骤7、矫直机运行过程中，实时采用油压传感器采集油缸内油压值是否超过设定的被矫材的保护油压值，若是，则PLC控制器控制比例溢流阀进行溢流，使油缸内油压值恢复至保护油压值以内，否则，返回步骤6继续实时采集；

步骤8、当完成所有被矫材的矫直后，停止。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤1所述的上、下辊之间的间距为被矫材的直径。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤5所述的PID控制算法中比例系数的确定，采用实时动态调节方法，具体步骤如下：

步骤5-1、实时判断油缸活塞杆实际位移是否大于设定的位移目标值，若是，则执行步骤5-2，否则，执行步骤5-3；

步骤5-2、根据油缸内实际测量油压值和比例换向阀的流量压力增益值，确定控制系统的增益值，并执行步骤5-4；

公式如下：

K_x＝K_p/sqrt(△P)

其中，K_x表示控制系统的增益值，K_p表示比例换向阀的流量压力增益值，此时△P＝油缸内实际测量油压值，sqrt(.)表示开方；

步骤5-3、根据油缸内实际测量油压值与矫直机油源压力值的差值和比例换向阀的流量压力增益值，确定控制系统的增益值，并执行步骤6-4；

公式如下：

K_x＝K_p/sqrt(ΔP)

此时，△P＝油缸内实际测量油压值与矫直机油源压力值的差值；

步骤5-4、判断控制系统的增益值是否在设定的范围内，该范围为1～1000，若是，则执行步骤5-5，否则，返回执行步骤6-1；

步骤5-5、将获得的控制系统的增益值作为PID控制算法中的比例系数。