自动对边控制系统研究与应用

杨金华，杨晓燕，洪加发

（苏州通鼎机械有限公司，江苏 苏州 215000）

1 引言

在工业制造领域中，许多片材类产品在运行过程中都无法保证其整齐度，故在卷取过程中须加设自动对边系统。FluidSIM 是一个面向液压、气动、电气的动态仿真软件，能够进行动态系统建模、仿真的综合分析。FluidSIM 软件将检查各元件之间连接是否可行，最重要的是电气-液压（气压）回路同时设计与仿真，可对基本元件物理模型的回路图进行实际仿真，并有元件的状态图显示，这样就使回路图绘制和相应液压（气压）系统仿真相一致，从而能够在设计完回路后，验证设计的正确性，并演示回路动作过程。

自动对边系统是一个包含电气、液压的综合系统，所以对自动对边系统进行设计和分析时，需要在FluidSIM 平台下，采用多个联合工具对其全工况进行建模和仿真。

2 自动对边系统的工作情况

片材类产品在运行过程中都无法保证其整齐度的原因有如下几点:（1）传动辊、托辊、张紧辊、导向辊等各种辊筒的不平行都会产生片材跑偏现象；（2）在工作过程中，若片材类产品不均匀、偏载会引起片材左右侧受力不均，从而导致片材跑偏；（3）操作人员在上片材时放置不平整，切边不平齐，后面片材的状态左右不平齐，都会使片材在卷取过程中跑偏；（4）片材卷取到最后，所剩不多时，片材重量减轻，滚动时忽左忽右向两端滑跑，也会使片材跑偏。

由上可知片材在卷取过程中跑偏的因素很多，故在卷取过程中需加设自动对边控制系统，实现自动卷齐。

3 拟定控制方案

自动对边控制系统的控制方式为：气电液伺服系统是用喷嘴挡板阀、气电转换器作为气电转换，用电液伺服阀作电液转换及控制元件，用液压执行元件作驱动装置，用可移动的滚筒支架来校正片材的位置。该系统通过执行元件控制片材的位移，使其跟踪片材的偏移，从而使片材卷齐。因此，该控制系统为位置伺服系统。由于被检测的是连续运动着的片材边缘偏移量，其位置传感器需使用非接触式的，气动位置检测元件可实现对片材的跑偏位移的检测，并可构成气电液伺服控制系统。其最大优点是工作可靠且不怕干扰，对边缘进行非接触检测，经控制器运算处理后驱动液压伺服阀，液压伺服阀线性分配由泵吸入的液压油推动油缸进行左右纠偏，具有较高的精度和灵敏度，纠偏精度＜±0.5mm，纠偏速度：0～40mm/s 可调。喷嘴挡板阀安装在与移动的滚筒支架共同移动的位置上。经液压缸驱动修正，使所卷之布匹相对探头不偏不倚，使所收之卷整齐。电气形式反馈即构成电液伺服系统。输入元件和比较元件采用电气元件，放大元件采用电液伺服阀。电液伺服阀系统信号处理灵活、迅速、功率小，系统的开环增益调整方便，系统校正容易实现，良好伺服系统的开环波德图见图1所示。执行部件方面，采用液压则具有更多的优越性。气电液控制系统综合了电气和液压两方面的优点，具有精度高、响应快、信号处理灵活、输出功率大、结构紧凑和重量轻等优点，因而得到越来越广泛的应用。原理框图见图

图1 良好伺服系统的开环波德图

2，设备应用简图见图3 所示。

图2 自动对边控制系统原理框图

图3 自动对边控制设备简图

4 卷布机系统计算

4.1 负载轨迹

卷布机的主要负载为惯性负载和摩擦负载。因此

式中，M-总运动质量，M＝M1+M2=2.6×103kg；am-纠偏加速度，am=0.4m/s2；Ff-液压缸及导轨的总摩擦力，Ff=2038N。

取最大纠偏速度υ=5mm/s，开环放大系数Kv=18l/s，喷嘴挡板阀的流量压力系数Ka=63A，伺服阀的流量压力系数KCO=0.0824×10-10m5/Ns，液压缸的有效面积为Ap=0.63×10-2m2，总等效零漂电流If=0.012A，负载轨迹如图4 所示。

图4 负载轨迹图

4.2 稳态精度验算

（1）跟随误差

本系统为位置伺服系统，对阶跃输入不存在稳态位置误差，即当检测器测到错位时，卷筒很快便跟上。

系统对于幅值为υ 等速输入引起的稳态速度误差为

（2）干扰误差

（3）If产生的静差

（4）总稳态误差

系统总稳态误差为以上各误差之和

可见，满足E＜±0.5mm的要求。

5 FluidSIM 自动对边系统的整机模型的建立

液压缸装配调试时液压缸处于1S1中间位置；卷布机在运行过程中布匹左移S2，假设跑偏50mm；右移S3，假设跑偏50mm；1S2 按钮为气动位置检测元件喷嘴挡板阀的左感应，1S3为右感应；当布匹跑左偏时按下S2则电液系统电动复位到1S1中间位置；反之相同。液压回路图如图4 所示，电气回路图如图5 所示，状态图如图6 所示。

图5 液压回路图

6 实际应用

实际应用中纠编精度在0.5mm 之内，故在对边精度要求很高的设备上适合用此纠编系统。

图6 电气回路图

图7 状态图

7 结论

本系统着眼于自动跟踪特点，减轻了工人的劳动强度，使片材卷整齐美观，更主要的是能够处理厚重物边不齐的难题。其特点为：（1）自动化程度高；（2）响应灵敏度高，不齐量小，对柔软片材更显优越性；（3）由于气电传感器为无接触式传感器，故其使用寿命长，可靠性高；（4）具有高抗干扰能力，调试维修方便；（5）对环境无污染。

［1］毛谦德.袖珍机械设计师［M］.北京：机械工业出版社，2001.

［2］黄志坚.液压伺服与比例控制实用技术［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［3］方佳花.液压传动［M］.北京：地震出版社，2002.