霍志恒，黃蓉，曾允茹

(佛山市恒力泰機(jī)械有限公司，佛山 528031)

1 前言

隨著我國(guó)陶瓷行業(yè)的迅速發(fā)展與液壓控制元器件技術(shù)的不斷更新，人們對(duì)陶瓷壓磚機(jī)的控制工藝要求越來(lái)越精細(xì)。而液壓比例閥可以對(duì)液壓系統(tǒng)的流量實(shí)現(xiàn)連續(xù)和比較精確的控制和調(diào)節(jié)，對(duì)陶瓷壓磚機(jī)的控制有很大的促進(jìn)作用。相比普通插裝閥，液壓比例閥響應(yīng)速度更快，控制更加精確；相對(duì)伺服閥，液壓比例閥性價(jià)比高、抗污染能力強(qiáng)。因此，液壓比例閥在陶瓷液壓壓磚機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。當(dāng)前大部分的陶瓷壓磚機(jī)把液壓比例閥用于控制動(dòng)梁的運(yùn)動(dòng)，但是由于陶瓷壓磚機(jī)的生產(chǎn)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，電磁干擾大，而且連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，液壓比例閥使用的故障率會(huì)比普通電磁閥和插裝閥高，其中，比例閥閥芯零位偏移是常見(jiàn)的一個(gè)故障現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生閥芯零位偏移后，會(huì)對(duì)陶瓷壓磚機(jī)動(dòng)梁的控制穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，不但降低生產(chǎn)的效率，影響設(shè)備壽命，甚至還會(huì)威脅人身安全。本文介紹的液壓比例閥零位偏移自動(dòng)校正算法就是針對(duì)這種情況而設(shè)計(jì)的，目的就是在動(dòng)梁比例閥發(fā)生零位偏移后，通過(guò)算法得出補(bǔ)償值來(lái)抵消零位偏移值，從而提高動(dòng)梁的可控性，并以陶瓷液壓壓磚機(jī)的動(dòng)梁的控制為例介紹此算法。

2 傳統(tǒng)的比例閥校正方法

傳統(tǒng)的液壓比例閥偏移校正方法是人為去修正：正常生產(chǎn)運(yùn)作中，通過(guò)人為去觀察動(dòng)梁在運(yùn)行時(shí)是否發(fā)生了偏移，若動(dòng)梁發(fā)生了向上偏移，人為通過(guò)人機(jī)界面HMI給比例閥設(shè)定一個(gè)正補(bǔ)償值；若動(dòng)梁發(fā)生向下偏移，人為通過(guò)人機(jī)界面HMI給比例閥設(shè)定一個(gè)負(fù)補(bǔ)償值，通過(guò)設(shè)定補(bǔ)償值來(lái)抵消零位偏差帶來(lái)的不良影響，可使動(dòng)梁穩(wěn)定在一個(gè)合理區(qū)間內(nèi)，從而滿足對(duì)動(dòng)梁的工作需求，其工藝流程如圖1所示。

傳統(tǒng)的比例閥校正方法雖然簡(jiǎn)單實(shí)用，但需要操作員的參與，這要求操作員有一定的技術(shù)與故障判斷能力；而且陶瓷壓磚機(jī)通常是不間斷生產(chǎn)，操作員一般很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，往往是出現(xiàn)了問(wèn)題才發(fā)現(xiàn)故障，這就給正常生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響。另外，傳統(tǒng)的方法也是通過(guò)觀察→調(diào)整→再觀察的程序進(jìn)行多次調(diào)整，直到找到準(zhǔn)確的補(bǔ)償量。在調(diào)整時(shí)又需要操作員有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，從而增加了校正難度。

圖1 傳統(tǒng)的比例閥校正方法

3 比例閥零位偏移自動(dòng)校正的原理

液壓比例閥零位偏移自動(dòng)校正的流程是：當(dāng)動(dòng)梁在陶瓷壓磚機(jī)自動(dòng)循環(huán)的空程位置時(shí) （即等待推磚布料階段，由于此階段時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，有利于算法的執(zhí)行），利用動(dòng)梁位移傳感器，檢測(cè)動(dòng)梁是否發(fā)生了滑動(dòng)，如果發(fā)生了滑動(dòng)并且偏移量大于允許值，利用算法計(jì)算比例閥零位補(bǔ)償量，然后將補(bǔ)償量輸出到比例閥執(zhí)行，反復(fù)掃描偏移量并計(jì)算補(bǔ)償量，直到找出最合適比例閥的零位補(bǔ)償量。程序如圖2所示。其中，｜S｜是傳感器檢測(cè)的動(dòng)梁偏移值，A為偏移量的允許值。

比例閥零位偏差自動(dòng)校正算法的核心是運(yùn)用了進(jìn)退法與黃金分割點(diǎn)法來(lái)組合運(yùn)算。

進(jìn)退法是用來(lái)確定搜索比例閥零位偏移區(qū)間的算法，其理論依據(jù)為：f(X)為單谷函數(shù)（只有一個(gè)極小值），且[a,b]為其極小點(diǎn)的一個(gè)搜索區(qū)間，對(duì)于任意X1，X2∈[a,b]且 X1＜X2，如果 f(X1)＜f(X2)，則[a,X2]為極小點(diǎn)的搜索區(qū)間，如果f(X1)＞f(X2)，則[X1,b]為極小點(diǎn)的搜索區(qū)間。

黃金分割法是在進(jìn)退法確定了搜索區(qū)間后用來(lái)縮小搜索區(qū)間，直到找到比例閥的零位偏移量的算法。其理論依據(jù)為：把一個(gè)區(qū)間分割為兩部分，使較大部分與全長(zhǎng)的比值等于較小部分與較大的比值，則這個(gè)比值即為黃金分割。其比值是近似值為 0.618。

其原理是：設(shè)定初始開(kāi)度a0，初始步長(zhǎng)t0。控制器以初始比例閥開(kāi)度a0控制動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)（a0為正值，如果比例閥閥芯零位未偏移，則理論上動(dòng)梁應(yīng)該會(huì)向下運(yùn)動(dòng)），然后根據(jù)傳感器檢測(cè)動(dòng)梁的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行判斷：①動(dòng)梁的實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離 S0小于動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)允差 A（即｜S0｜＜A），則說(shuō)明比例閥閥芯零位偏移量就是 a0（即補(bǔ)償量 a*=a0）；②｜S0｜＞A并且動(dòng)梁向下運(yùn)動(dòng)，則說(shuō)明比例閥閥芯零位發(fā)生了正偏移，控制器將初始步長(zhǎng)t0取反（即t0=-t0）再加上a0后將值賦予 a1（即 a1=a0+t0）；③｜S0｜＞A 并且動(dòng)梁向上運(yùn)動(dòng)，則說(shuō)明比例閥閥芯零位發(fā)生了負(fù)偏移，因此控制器將a0加上初始步長(zhǎng)t0后將值賦予a1（即a1=a0+t0）。

然后動(dòng)梁比例閥以a1控制動(dòng)梁，根據(jù)傳感器檢測(cè)動(dòng)梁的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況再次進(jìn)行判斷：①｜S0｜＜A，則說(shuō)明比例閥閥芯零位偏移量就是 a1（即補(bǔ)償量 a*=a1）；②｜S0｜＞A 并且動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)方向與前一次運(yùn)動(dòng)方向相同，則說(shuō)明比例閥閥芯零位偏移量不在此兩次比例閥開(kāi)度區(qū)間范圍內(nèi)，需繼續(xù)減小或加大比例閥開(kāi)度，以便確定比例閥閥芯零位偏移量的區(qū)間范圍；③｜S0｜＞A并且動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)方向與前一次運(yùn)動(dòng)方向相反，則說(shuō)明比例閥閥芯零位偏移量就在此兩次比例閥開(kāi)度區(qū)間的范圍內(nèi)，從而確定了零位偏移的區(qū)間。

確定了零位偏移的區(qū)間后，再利用分割法來(lái)反復(fù)計(jì)算調(diào)整比例閥的開(kāi)度，直到確定比例閥的補(bǔ)償量a*，然后在比例閥的開(kāi)度指令上增加補(bǔ)償量a*，即可讓動(dòng)梁正常工作，實(shí)現(xiàn)比例閥閥芯零位的自動(dòng)調(diào)整功能。其流程大致如圖3所示，其中，a*是得出的比例閥零位偏差值。

4 比例閥零位自動(dòng)校正算法的技術(shù)要點(diǎn)

（1）由于動(dòng)梁的重量很大，屬于大慣性的物體，在計(jì)算時(shí)要排除動(dòng)梁慣性對(duì)算法的影響，所以需要先對(duì)動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)進(jìn)行濾波，增加算法的準(zhǔn)確性。

圖3 算法流程圖

（2）由于算法是根據(jù)動(dòng)梁的實(shí)際位移來(lái)計(jì)算的，所以要設(shè)定一個(gè)安全區(qū)域，保證動(dòng)梁在安全區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，不能與其他設(shè)備發(fā)生干涉，否則會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。

（3）如果比例閥零位偏差較大時(shí)，可能在一個(gè)壓制循環(huán)內(nèi)不能找到補(bǔ)償值，需設(shè)置斷點(diǎn)，讓算法在下個(gè)壓制循環(huán)從斷點(diǎn)繼續(xù)計(jì)算，否則算法將不能找到準(zhǔn)確值。

（4）本算法運(yùn)用在Beckhoff的CX控制器。該算法要求在小區(qū)域快速尋找零位偏置值，所以要求控制器有一定的計(jì)算能力。

5 比例閥零位自動(dòng)校正算法的實(shí)際使用的效果

本算法已經(jīng)在恒力泰YP系列陶瓷液壓自動(dòng)壓磚機(jī)上實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：當(dāng)比例閥的零位偏差在3%時(shí)，該算法可在600 ms內(nèi)準(zhǔn)確找到偏移值；當(dāng)比例閥零位偏差在5%時(shí)，該算法可在1100 ms內(nèi)準(zhǔn)確找到偏移值；當(dāng)比例閥零位偏差在10%時(shí)，該算法可在2000～2500 ms內(nèi)準(zhǔn)確找到偏移值，可以滿足大部分陶瓷生產(chǎn)的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

比例閥閥芯零位偏移是比例閥的常見(jiàn)故障，本文所介紹的零位自動(dòng)校正算法可以很好地解決此類(lèi)故障，不僅節(jié)省了人力成本，而且減少了由于陶瓷壓磚機(jī)動(dòng)梁控制定位不準(zhǔn)帶來(lái)的不利影響，在提高比例閥的可控性方面，陶瓷壓磚機(jī)穩(wěn)定性和設(shè)備安全與智能化都取得了明顯的成效。

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