珩磨机主轴往复运动电液比例控制系统的设计与研究
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摘要
珩磨机作为金属加工工业生产中的重要设备，在机械加工行业中占有重要地位。现代珩磨机大量采用新技术，如控制技术、双膨胀珩磨头制造技术、现代测量技术的使用等，使得珩磨机日新月异，国外珩磨技术的飞速发展对中国的珩磨机制造业和珩磨工艺的使用行业提出了严峻的挑战。我国的传统工艺和珩磨机的制造技术束缚了珩磨技术的广泛应用，国内珩磨机专业生产厂家生产出来的珩磨设备大多还停留在半自动化的水平上，不能满足高端市场的要求，影响着我国装备制造业整体水平的提高。
本课题主要对珩磨机主轴往复运动系统进行设计与研究，是珩磨机整机技术改造的重要组成部分之一，采用电液比例控制系统代替原有的液压开关阀控制系统。通过静态设计、系统元件的选型，静态特性的分析和控制方案的选择，为开环控制打下基础。根据系统的特点，通过动态建模分析以及控制策略的仿真研究，采用闭环控制，使设计出的珩磨机主轴往复运动系统能够满足设计指标的要求。
在本课题的设计与研究中，以实用为原则，注意设计方案及研究内容的前瞻性和可行性。在控制方案的选择上，遵循先开环再闭环、先易后难的原则；在控制策略的研究中，选择了几种算法较简单，控制效果较好的控制作为研究对象，如PID控制、模糊控制和模糊自适应PID控制方法进行仿真研究，为今后控制器的设计和软件编程打下基础。
Honing machine is a kind of important equipment in metalworking industry. In recent years, many kinds of new technologies are used in honing machine, such as, control technology, double bulge honing caput technology, morden measurement, etc. Foreign honing machine technology has achieved rapid development, which challenges inner companies. In our country, traditional technologe and honing machine manufacture restrict honing technology widely application. Our country companies' product for honing machine, most of them are in the semi-automation level, and cannot meet advanced market needs, which affect our country's equipment manufacture development.
The thesis researches reciprocating motion of honing machine spindle, which is one of important parts for honing machine technology upgrade. We will replace original switch control by electrohydraulic proportional control. In static design, we choose important system elements and determine system control scheme, which provide good basis for the open-loop control and closed-loop control. According to the system's property, we set up the system's mathematical model. In closed-loop control, we has achieved good dynamic output by control strategy research, which meet design needs.
In the research of this thesis, we use application and practicability as criteria for design plan and research content. For control plan choice, firstly, we choose open-loop control. In this foundation, we research closed-loop control. In the control strategy, we choose several simple practical control policies, such as, PID control, fuzzy control, fuzzy self-adaptive control, which provide good basic condition for controller design and software programming.
本课题主要对珩磨机主轴往复运动系统进行设计与研究，是珩磨机整机技术改造的重要组成部分之一，采用电液比例控制系统代替原有的液压开关阀控制系统。通过静态设计、系统元件的选型，静态特性的分析和控制方案的选择，为开环控制打下基础。根据系统的特点，通过动态建模分析以及控制策略的仿真研究，采用闭环控制，使设计出的珩磨机主轴往复运动系统能够满足设计指标的要求。
在本课题的设计与研究中，以实用为原则，注意设计方案及研究内容的前瞻性和可行性。在控制方案的选择上，遵循先开环再闭环、先易后难的原则；在控制策略的研究中，选择了几种算法较简单，控制效果较好的控制作为研究对象，如PID控制、模糊控制和模糊自适应PID控制方法进行仿真研究，为今后控制器的设计和软件编程打下基础。
Honing machine is a kind of important equipment in metalworking industry. In recent years, many kinds of new technologies are used in honing machine, such as, control technology, double bulge honing caput technology, morden measurement, etc. Foreign honing machine technology has achieved rapid development, which challenges inner companies. In our country, traditional technologe and honing machine manufacture restrict honing technology widely application. Our country companies' product for honing machine, most of them are in the semi-automation level, and cannot meet advanced market needs, which affect our country's equipment manufacture development.
The thesis researches reciprocating motion of honing machine spindle, which is one of important parts for honing machine technology upgrade. We will replace original switch control by electrohydraulic proportional control. In static design, we choose important system elements and determine system control scheme, which provide good basis for the open-loop control and closed-loop control. According to the system's property, we set up the system's mathematical model. In closed-loop control, we has achieved good dynamic output by control strategy research, which meet design needs.
In the research of this thesis, we use application and practicability as criteria for design plan and research content. For control plan choice, firstly, we choose open-loop control. In this foundation, we research closed-loop control. In the control strategy, we choose several simple practical control policies, such as, PID control, fuzzy control, fuzzy self-adaptive control, which provide good basic condition for controller design and software programming.
引文
[1] 机械工程手册／电气工程手册 编辑委员会．机械工程手册，第8卷[M]．北京机械工业出版社，1982
[2] 王明华．国外珩磨机采用的新技术[J]．机床与液压，1997．4
[3] 刘烈炎．GEHRIN6珩磨机的功能及运用技巧[J]．组合机床与自动化加工技术，2001．3
[4] 史维祥．流体控制发展的一些动向[J]．液压气动与密封．2000，NO．1
[5] 杨尔庄．参观德国汉诺威国际工业展及考察德国和瑞士工厂的报告[J]．液压气动与密封．2000，NO．2
[6] 李连升，刘绍球．液压伺服理论与实践[M]．国防工业出版社，1990．11
[7] 黄卉，程顺．电液比例技术发展趋势微探[J]．机床与液压，2002．1
[8] 李鸣，陈慧民．电液比例控制技术在数控机床的应用前景[J]．机床与液压，1996．3
[9] 宁夏大河机床厂．2MB2212Z产品说明书[M]．1996．3
[10] 雷天觉，杨尔庄，李寿刚．新编液压工程手册[M]．北京理工大学出版社，1998．12
[11] 徐元昌．流体传动与控制[M]．上海同济大学出版社，1998．3
[12] 张利平，张秀敏．关于设计和使用电液比例控制阀的几个问题[J]．液压气动与密封，1996，(2)：48-49
[13] 曼内斯曼．力士乐．通用比例阀及放大器——产品样本[M]．1998
[14] 黎放柏．电液比例控制与数字控制系统[M]．北京机械工业出版社，1997
[15] 李洪人，王栋梁，李春萍．非对称缸电液伺服系统的静态特性分析[J]．机械工程学报，2003，39(2)：18-22
[16] Michael J. Electronically controlled proportional valves selection and application[M].New York: Marcel Dekker Corp, 1986
[17] 曲家琪，王季秩．伺服控制系统中的传感器[M]．北京机械工业出版社，1998．5
[18] 濮军，张尚才．珩磨液压换向系统的建模与仿真[J]．上海大学学报(自然科学版)，1995．12
[19] 路元章．液压系统的建模与分析[M]．上海交通大学出版社，1989．12
[20] P．德斯菲尔德[澳大利亚]．液压控制系统的设计与动态分析[M]．科学工业出版社，1981
[21] 王春行．液压伺服控制系统[M]．北京机械工业出版社，1981
[22] 路甬祥，胡大纥．电液比例控制技术．机械工业出版社．1988．11
[23] 曹鑫铭．液压伺服系统[M]．北京冶金工业出版社，1991．5
[24] 王占林．近代液压控制[M]．北京机械工业出版社，1997
[25] 王显正，范崇讬．控制理论基础[M]．北京国防工业出版社，1980．9
[26] 李永堂，雷步芳，高雨茁．液压系统建模与仿真[M]．北京冶金工业出版社，2003．2
[27] 刘长年．液压伺服系统优化设计理论[M]．北京冶金工业出版社，1989．8
[28] 薛定宇．控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用．清华大学出版社．1996
[29] 薛定宇．反馈控制系统设计与分析——MATLAB语言及应用．清华大学出版社．2000．4
[30] 薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用[M]．北京清华大学出版社，2002
[31] (法)Mokhtari，M．，(法)Marie，M．著；赵彦玲，吴淑红译．MATLAB与SIMULINK工程应用[M]．北京电子工业出版社，2002．1
[32] 魏克新．MATLAB语言与自动控制系统设计[M]．北京机械工业出版社，2001．5
[33] 陶永华．新型PID控制及其应用[M]．北京机械工业出版社，2002
[34] 王磊，王为民．模糊控制理论及应用[M]．北京国防工业出版社，1997
[35] 刘曙光，魏俊民，竺志超．模糊控制技术[M]．中国纺织出版社，2001
[36] 孙庚山，竺西柱．工程模糊控制[M]．北京机械工业出版社，1995
[37] 袁南儿，王万良等．计算机新型控制策略及其应用[M]．北京清华大学出版社，1998
[38] [日]正田英介，春木弘．自动控制[M]．科学出版社，OHM社，2001
[39] 肖体兵，吴百海等．模糊——PID控制的比例补偿同步系统的设计和研究．机床与液压．2001，NO．04
[40] 刘增良．模糊技术与应用选编[M]．北京航空航天大学出版社1997．5
[41] 孙德辉，杨宁．微型计算机控制技术[M]．大连海运学院出版社，1993，1
[42] 傅扬烈，俞光昀．单片机原理与应用教程[M]．北京电子工业出版社，2002，2
[43] Tapio Virvalo. Open Loop Control In Positioning With Proportional Valve In Hudraulics. PROCEEDINGS OF THE 1ST INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON FLUID POWER TPANSMISSING AND CONTROL. 1991
[44] Robert Piche, Seppo Pohjolainen, and Tapio Yirvalo. Design of Performance-Robust Controllers for Hydraulic and Pneumatic Servos. PROCEEDINGS OF THE 1ST INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON FLUID POWER TRANSMISSING AND CONTROL. 1991
[45] Yi Menglin, Yu weichun and Hu Qingchao. Electrohydraulic Proportional Velocity Control System of Extrusion Press. PROCEEDINGS OF THE 1St INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON FLUID POWER TRANSMISSING AND CONTROL. 1991
[46] Vance J. VanDoren. Adaptive Controllers. CONTROL ENGINEERING, 2002. 10
[47] Guido Cameli. Proportional flow control sets speeds on aerial work platform. HYDRUALICS & PNEUMATICS, 1997.8
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[49] Brian J. Hogan. Hydraulic valve controls fixture' s motion profile, design applications. 1996.8
[50] Richard T. Schneider. Electronic proportional regulators star in pneumatic retrofit. Ideas & Applications, 1998.6
[51] Jack L. Johnson. Applying integral to control electrohydraulic servo system. Motion control, 1998.3
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