自由锻造液压机控制策略研究

郭贺贺+徐响+韩露

摘要：自由锻造液压机作为金属材料在自由锻造过程中的重要设备，其工作特点决定了它在工作过程中工作压力高，而且转向较为频繁，这就使得我们必须对自由锻造液压机进行一种更加精确、平稳的控制。在现阶段我们常见的自由锻造液压机控制方式中，很难达到我们对于自由锻造液压机的控制要求，文章主要在过去的控制策略的基础上提出一种更加精确、平稳的控制策略。

关键词：自由锻造液压机；控制策略；金属锻造

中图分类号：TG316 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0027-02

对于目前市场上出现的自由锻造液压机而言，主要是采用基于油泵传动式的自由锻造液压机，这种自由锻造液压机在工作过程中压力经常处于32MPa左右，而且其流量保持在每秒钟数十升，其活动控制部件的重量处于数十吨级别。对于目前市场上的这种级别的自由锻造液压机控制而言，我们不仅需要保证其安全运行，而且要对这种自由锻造液压机进行更加精确、平稳的控制，因此而言，如何对自由锻造液压机进行科学有效的控制是我们本文研究的重点，本文主要在过去的控制策略的基础上提出一种更加精确、平稳的控制策略。

1 自由锻造液压机的基本控制特点

对于自由锻造液压机的控制而言，由于其工作特点相对较为特殊，一般在控制过程中我们采用多级阀控制策略，这种控制策略在很大程度上认为是一个非线性控制系统，这就表明其在控制过程中，一定不能获取到其准确的模型。对于这种情况我们拟采用模糊控制方式对其进行

研究。

自由锻造液压机的基本控制特点：影响自由锻造压机的基本控制的范围相当的广泛，此外，众所周知速度和平稳度向来是呈反比的，不论采取任何方式一味地追求速度就必定会对其平稳性造成较大的影响。反之，一味地追求平稳就必定会对其速度造成影响，因此而言我们需要寻求其中的平衡点，这个平衡点需要我们具有合适的控制

策略。

自由锻造液压机活动横梁的控制特点：自由锻造液压机活动横梁作为实现自由锻造的工具基体，其单位时间的锻造次数高、精度控制高、减震要求好，若想自由锻造液压机活动横梁实现理想的效果，即必须具有相应理想的主控阀与其配套，选取理想主控阀的目的在于尽可能地减小液压的冲击和机械的振动。对于自由锻造液压机活动横梁的运行过程中，当且仅当其按照正弦曲线运动时，其机器运行相对更加精确和平稳，如图1所示（图中曲线a表示自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动）此时运行平稳；曲线b为当自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动时对应的速度曲线；曲线c表示当自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动对应的加速度曲线。

图1 自由锻造液压机按照正弦运动时速度与加速度的关系

从图1中可以明显地发现，对于自由锻造液压机活动横梁的运动曲线，我们可以明显地发现自由锻造液压机活动横梁在运动过程中其速度和加速度的变化相对比较剧烈，这种变换方式是不提倡的，我们需要对其进行相应的变换。改正策略如下：我们对其位移曲线进行适当的控制，使其在运动过程中，自由锻造液压机活动横梁的运动轨迹、速度以及加速度不出现不衔接的现象，这就使得控制结果在实际运行过程中为实际的正弦曲线，其实际的运行周期为运行波峰和运行的波谷。

2 预测模型控制策略

自由锻造液压机的基本控制策略必须满足以下三个关键性的要求：第一，必须具有包含自动控制的特性，具有智能化控制策略；第二，必须具有能够控制大惯量的设备，例如自由锻造液压机活动横梁，另外必须具有锻造次数高、精度控制要求高、减震的效果；第三，实效效果好，一旦失去了实效性，这种控制策略就失去其应用价值，必须具有相应的抗击外界负载的效果。

为了达到以上的三个要求，提高自由锻造液压机的精度控制、平稳控制，我们在对自由锻造液压机进行控制的过程中必须将主缸和回程缸进行单独的支配，这时需要自由锻造液压机的活动横梁同时包含有多个控制器件。这就使得我们在输出的过程中，自由锻造液压机活动横梁通道之间能够相关制约，这就需要我们必须对控制阀采取解耦运算（传统上认为控制阀的输入是相同的，但是实际情况是通道之间能够相关制约，这就使得控制阀之间的输入有可能产生不同），然后计算出各个元器件的响应。

为了在此基础上对自由锻造液压机进行预测模型控制，首先必须根据自由锻造液压机的基本要求和相关特点，在其偏差范围内（当其明确地要求采取精确定位时）采取开关控制，这种控制的目的在于基于面向切换点时采取位置控制，其相关的控制方式依据预测模型控制策略。这种控制方式和时机是为了获取速度和稳定性的平衡点，此时的相应目标值就是其对应的速度。这种控制方式的优点在于准确、快速、对相关参数不敏感。

当自由锻造液压机在工作过程中不要求对其进行精确定位，才采用模糊速度控制器。这样做的目的在于速度和稳定性的平衡。当自由锻造液压机在锻造过程中明确要求进行精确定位时，才采用模糊位置控制器对其进行控制，从而最大限度地获取高精度。一旦自由锻造液压机在运行的过程中出现大幅度的偏差，可以根据情况采取开关控制，从而实现对既定值的快速准确追踪。

基于传统的预测模型控制是采用事后控制的相关算法，这种算法具有很大的滞后性，为了有效地解决这个滞后问题，实现提前控制策略，采用基于GM模型的控制方法，这种控制方法是在前者数据的基础之上进行一定的预测，从而实现数据的生成。

3 应用结果分析

采用自由锻造液压机预测型模型控制技术以来，可以明确地发现在控制过程中，大大地减小了自由锻造液压机之前的滞后现象，在采用不同的控制策略的过程中精度得到了进一步的提升，可以得出以下结论，在应用自由锻造液压机预测模型控制技术以来对液压机的不同位置、不同区域采用的不同控制策略使得自由锻造液压机具有较高的稳定性，精密度得到提升。采用GM模型的控制方法使得系统整体的滞后情况得到了巨大改善，此外系统整体的主机振动情况也得到了相应的改善。本文目前已在4套国产8MN自由锻造液压机组和1套进口自由锻造液压机组改造上得到应用，效果进步明显，但是仍有许多改善，空间机组由自由锻造液压机、操作机、移动砧库等组成，计算机控制，一人操作，液压机与操作机能自动联动。大大地减少了人力的投入，从而减少了相关的成本。本预测模型控制策略在形式上仍有改善的空间，我希望这是一个抛砖引玉的过程，为自由锻造液压机更多、更好的预测模型的提出提供依据。

参考文献

[1] 熊晓红，黄树槐，李从心.快速锻造液压机组的模糊

控制策略研究[J].机械工程学报，1998，（4）.

作者简介：郭贺贺（1983—），女，江苏沛县人，江苏省徐州市特种锻压机床厂主管设计师，助理工程师，研究方向：液压机设计与锻压工艺。

摘要：自由锻造液压机作为金属材料在自由锻造过程中的重要设备，其工作特点决定了它在工作过程中工作压力高，而且转向较为频繁，这就使得我们必须对自由锻造液压机进行一种更加精确、平稳的控制。在现阶段我们常见的自由锻造液压机控制方式中，很难达到我们对于自由锻造液压机的控制要求，文章主要在过去的控制策略的基础上提出一种更加精确、平稳的控制策略。

关键词：自由锻造液压机；控制策略；金属锻造

中图分类号：TG316 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0027-02

对于目前市场上出现的自由锻造液压机而言，主要是采用基于油泵传动式的自由锻造液压机，这种自由锻造液压机在工作过程中压力经常处于32MPa左右，而且其流量保持在每秒钟数十升，其活动控制部件的重量处于数十吨级别。对于目前市场上的这种级别的自由锻造液压机控制而言，我们不仅需要保证其安全运行，而且要对这种自由锻造液压机进行更加精确、平稳的控制，因此而言，如何对自由锻造液压机进行科学有效的控制是我们本文研究的重点，本文主要在过去的控制策略的基础上提出一种更加精确、平稳的控制策略。

1 自由锻造液压机的基本控制特点

对于自由锻造液压机的控制而言，由于其工作特点相对较为特殊，一般在控制过程中我们采用多级阀控制策略，这种控制策略在很大程度上认为是一个非线性控制系统，这就表明其在控制过程中，一定不能获取到其准确的模型。对于这种情况我们拟采用模糊控制方式对其进行

研究。

自由锻造液压机的基本控制特点：影响自由锻造压机的基本控制的范围相当的广泛，此外，众所周知速度和平稳度向来是呈反比的，不论采取任何方式一味地追求速度就必定会对其平稳性造成较大的影响。反之，一味地追求平稳就必定会对其速度造成影响，因此而言我们需要寻求其中的平衡点，这个平衡点需要我们具有合适的控制

策略。

自由锻造液压机活动横梁的控制特点：自由锻造液压机活动横梁作为实现自由锻造的工具基体，其单位时间的锻造次数高、精度控制高、减震要求好，若想自由锻造液压机活动横梁实现理想的效果，即必须具有相应理想的主控阀与其配套，选取理想主控阀的目的在于尽可能地减小液压的冲击和机械的振动。对于自由锻造液压机活动横梁的运行过程中，当且仅当其按照正弦曲线运动时，其机器运行相对更加精确和平稳，如图1所示（图中曲线a表示自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动）此时运行平稳；曲线b为当自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动时对应的速度曲线；曲线c表示当自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动对应的加速度曲线。

图1 自由锻造液压机按照正弦运动时速度与加速度的关系

从图1中可以明显地发现，对于自由锻造液压机活动横梁的运动曲线，我们可以明显地发现自由锻造液压机活动横梁在运动过程中其速度和加速度的变化相对比较剧烈，这种变换方式是不提倡的，我们需要对其进行相应的变换。改正策略如下：我们对其位移曲线进行适当的控制，使其在运动过程中，自由锻造液压机活动横梁的运动轨迹、速度以及加速度不出现不衔接的现象，这就使得控制结果在实际运行过程中为实际的正弦曲线，其实际的运行周期为运行波峰和运行的波谷。

2 预测模型控制策略

自由锻造液压机的基本控制策略必须满足以下三个关键性的要求：第一，必须具有包含自动控制的特性，具有智能化控制策略；第二，必须具有能够控制大惯量的设备，例如自由锻造液压机活动横梁，另外必须具有锻造次数高、精度控制要求高、减震的效果；第三，实效效果好，一旦失去了实效性，这种控制策略就失去其应用价值，必须具有相应的抗击外界负载的效果。

为了达到以上的三个要求，提高自由锻造液压机的精度控制、平稳控制，我们在对自由锻造液压机进行控制的过程中必须将主缸和回程缸进行单独的支配，这时需要自由锻造液压机的活动横梁同时包含有多个控制器件。这就使得我们在输出的过程中，自由锻造液压机活动横梁通道之间能够相关制约，这就需要我们必须对控制阀采取解耦运算（传统上认为控制阀的输入是相同的，但是实际情况是通道之间能够相关制约，这就使得控制阀之间的输入有可能产生不同），然后计算出各个元器件的响应。

为了在此基础上对自由锻造液压机进行预测模型控制，首先必须根据自由锻造液压机的基本要求和相关特点，在其偏差范围内（当其明确地要求采取精确定位时）采取开关控制，这种控制的目的在于基于面向切换点时采取位置控制，其相关的控制方式依据预测模型控制策略。这种控制方式和时机是为了获取速度和稳定性的平衡点，此时的相应目标值就是其对应的速度。这种控制方式的优点在于准确、快速、对相关参数不敏感。

当自由锻造液压机在工作过程中不要求对其进行精确定位，才采用模糊速度控制器。这样做的目的在于速度和稳定性的平衡。当自由锻造液压机在锻造过程中明确要求进行精确定位时，才采用模糊位置控制器对其进行控制，从而最大限度地获取高精度。一旦自由锻造液压机在运行的过程中出现大幅度的偏差，可以根据情况采取开关控制，从而实现对既定值的快速准确追踪。

基于传统的预测模型控制是采用事后控制的相关算法，这种算法具有很大的滞后性，为了有效地解决这个滞后问题，实现提前控制策略，采用基于GM模型的控制方法，这种控制方法是在前者数据的基础之上进行一定的预测，从而实现数据的生成。

3 应用结果分析

采用自由锻造液压机预测型模型控制技术以来，可以明确地发现在控制过程中，大大地减小了自由锻造液压机之前的滞后现象，在采用不同的控制策略的过程中精度得到了进一步的提升，可以得出以下结论，在应用自由锻造液压机预测模型控制技术以来对液压机的不同位置、不同区域采用的不同控制策略使得自由锻造液压机具有较高的稳定性，精密度得到提升。采用GM模型的控制方法使得系统整体的滞后情况得到了巨大改善，此外系统整体的主机振动情况也得到了相应的改善。本文目前已在4套国产8MN自由锻造液压机组和1套进口自由锻造液压机组改造上得到应用，效果进步明显，但是仍有许多改善，空间机组由自由锻造液压机、操作机、移动砧库等组成，计算机控制，一人操作，液压机与操作机能自动联动。大大地减少了人力的投入，从而减少了相关的成本。本预测模型控制策略在形式上仍有改善的空间，我希望这是一个抛砖引玉的过程，为自由锻造液压机更多、更好的预测模型的提出提供依据。

参考文献

[1] 熊晓红，黄树槐，李从心.快速锻造液压机组的模糊

控制策略研究[J].机械工程学报，1998，（4）.

作者简介：郭贺贺（1983—），女，江苏沛县人，江苏省徐州市特种锻压机床厂主管设计师，助理工程师，研究方向：液压机设计与锻压工艺。

摘要：自由锻造液压机作为金属材料在自由锻造过程中的重要设备，其工作特点决定了它在工作过程中工作压力高，而且转向较为频繁，这就使得我们必须对自由锻造液压机进行一种更加精确、平稳的控制。在现阶段我们常见的自由锻造液压机控制方式中，很难达到我们对于自由锻造液压机的控制要求，文章主要在过去的控制策略的基础上提出一种更加精确、平稳的控制策略。

关键词：自由锻造液压机；控制策略；金属锻造

中图分类号：TG316 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0027-02

对于目前市场上出现的自由锻造液压机而言，主要是采用基于油泵传动式的自由锻造液压机，这种自由锻造液压机在工作过程中压力经常处于32MPa左右，而且其流量保持在每秒钟数十升，其活动控制部件的重量处于数十吨级别。对于目前市场上的这种级别的自由锻造液压机控制而言，我们不仅需要保证其安全运行，而且要对这种自由锻造液压机进行更加精确、平稳的控制，因此而言，如何对自由锻造液压机进行科学有效的控制是我们本文研究的重点，本文主要在过去的控制策略的基础上提出一种更加精确、平稳的控制策略。

1 自由锻造液压机的基本控制特点

对于自由锻造液压机的控制而言，由于其工作特点相对较为特殊，一般在控制过程中我们采用多级阀控制策略，这种控制策略在很大程度上认为是一个非线性控制系统，这就表明其在控制过程中，一定不能获取到其准确的模型。对于这种情况我们拟采用模糊控制方式对其进行

研究。

自由锻造液压机的基本控制特点：影响自由锻造压机的基本控制的范围相当的广泛，此外，众所周知速度和平稳度向来是呈反比的，不论采取任何方式一味地追求速度就必定会对其平稳性造成较大的影响。反之，一味地追求平稳就必定会对其速度造成影响，因此而言我们需要寻求其中的平衡点，这个平衡点需要我们具有合适的控制

策略。

自由锻造液压机活动横梁的控制特点：自由锻造液压机活动横梁作为实现自由锻造的工具基体，其单位时间的锻造次数高、精度控制高、减震要求好，若想自由锻造液压机活动横梁实现理想的效果，即必须具有相应理想的主控阀与其配套，选取理想主控阀的目的在于尽可能地减小液压的冲击和机械的振动。对于自由锻造液压机活动横梁的运行过程中，当且仅当其按照正弦曲线运动时，其机器运行相对更加精确和平稳，如图1所示（图中曲线a表示自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动）此时运行平稳；曲线b为当自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动时对应的速度曲线；曲线c表示当自由锻造液压机活动横梁按照正弦曲线运动对应的加速度曲线。

图1 自由锻造液压机按照正弦运动时速度与加速度的关系

从图1中可以明显地发现，对于自由锻造液压机活动横梁的运动曲线，我们可以明显地发现自由锻造液压机活动横梁在运动过程中其速度和加速度的变化相对比较剧烈，这种变换方式是不提倡的，我们需要对其进行相应的变换。改正策略如下：我们对其位移曲线进行适当的控制，使其在运动过程中，自由锻造液压机活动横梁的运动轨迹、速度以及加速度不出现不衔接的现象，这就使得控制结果在实际运行过程中为实际的正弦曲线，其实际的运行周期为运行波峰和运行的波谷。

2 预测模型控制策略

自由锻造液压机的基本控制策略必须满足以下三个关键性的要求：第一，必须具有包含自动控制的特性，具有智能化控制策略；第二，必须具有能够控制大惯量的设备，例如自由锻造液压机活动横梁，另外必须具有锻造次数高、精度控制要求高、减震的效果；第三，实效效果好，一旦失去了实效性，这种控制策略就失去其应用价值，必须具有相应的抗击外界负载的效果。

为了达到以上的三个要求，提高自由锻造液压机的精度控制、平稳控制，我们在对自由锻造液压机进行控制的过程中必须将主缸和回程缸进行单独的支配，这时需要自由锻造液压机的活动横梁同时包含有多个控制器件。这就使得我们在输出的过程中，自由锻造液压机活动横梁通道之间能够相关制约，这就需要我们必须对控制阀采取解耦运算（传统上认为控制阀的输入是相同的，但是实际情况是通道之间能够相关制约，这就使得控制阀之间的输入有可能产生不同），然后计算出各个元器件的响应。

为了在此基础上对自由锻造液压机进行预测模型控制，首先必须根据自由锻造液压机的基本要求和相关特点，在其偏差范围内（当其明确地要求采取精确定位时）采取开关控制，这种控制的目的在于基于面向切换点时采取位置控制，其相关的控制方式依据预测模型控制策略。这种控制方式和时机是为了获取速度和稳定性的平衡点，此时的相应目标值就是其对应的速度。这种控制方式的优点在于准确、快速、对相关参数不敏感。

当自由锻造液压机在工作过程中不要求对其进行精确定位，才采用模糊速度控制器。这样做的目的在于速度和稳定性的平衡。当自由锻造液压机在锻造过程中明确要求进行精确定位时，才采用模糊位置控制器对其进行控制，从而最大限度地获取高精度。一旦自由锻造液压机在运行的过程中出现大幅度的偏差，可以根据情况采取开关控制，从而实现对既定值的快速准确追踪。

基于传统的预测模型控制是采用事后控制的相关算法，这种算法具有很大的滞后性，为了有效地解决这个滞后问题，实现提前控制策略，采用基于GM模型的控制方法，这种控制方法是在前者数据的基础之上进行一定的预测，从而实现数据的生成。

3 应用结果分析

采用自由锻造液压机预测型模型控制技术以来，可以明确地发现在控制过程中，大大地减小了自由锻造液压机之前的滞后现象，在采用不同的控制策略的过程中精度得到了进一步的提升，可以得出以下结论，在应用自由锻造液压机预测模型控制技术以来对液压机的不同位置、不同区域采用的不同控制策略使得自由锻造液压机具有较高的稳定性，精密度得到提升。采用GM模型的控制方法使得系统整体的滞后情况得到了巨大改善，此外系统整体的主机振动情况也得到了相应的改善。本文目前已在4套国产8MN自由锻造液压机组和1套进口自由锻造液压机组改造上得到应用，效果进步明显，但是仍有许多改善，空间机组由自由锻造液压机、操作机、移动砧库等组成，计算机控制，一人操作，液压机与操作机能自动联动。大大地减少了人力的投入，从而减少了相关的成本。本预测模型控制策略在形式上仍有改善的空间，我希望这是一个抛砖引玉的过程，为自由锻造液压机更多、更好的预测模型的提出提供依据。

参考文献

[1] 熊晓红，黄树槐，李从心.快速锻造液压机组的模糊

控制策略研究[J].机械工程学报，1998，（4）.

作者简介：郭贺贺（1983—），女，江苏沛县人，江苏省徐州市特种锻压机床厂主管设计师，助理工程师，研究方向：液压机设计与锻压工艺。