何新軍，何小群

(1.中冶賽迪重慶信息技術(shù)有限公司 智能制造事業(yè)部，重慶 401122；2.重慶電子工程職業(yè)學(xué)院 電子與物聯(lián)網(wǎng)系，重慶 401331)

引言

傳統(tǒng)的電液位置控制基本以伺服閥[1-2]、比例閥[3-4]、高速開(kāi)關(guān)閥[5-6]連續(xù)控制介質(zhì)流量來(lái)完成，其閥體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)油液清潔度要求較高，價(jià)格昂貴。換向閥(Directional Control Valve，DCV)是一種低成本閥門(mén)，對(duì)環(huán)境要求低，控制簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)[7]。實(shí)際工程中位置控制多數(shù)是點(diǎn)到點(diǎn)的有級(jí)調(diào)節(jié)[8]，開(kāi)發(fā)DCV閥控定位控制系統(tǒng)，在保證工藝控制精度的前提下可以有效降低企業(yè)的前期項(xiàng)目投資及后期運(yùn)行維護(hù)成本，對(duì)企業(yè)降本增效具有積極意義。

由于DCV控制的非連續(xù)性，開(kāi)關(guān)頻率低，以及控制輸出的較大時(shí)滯，系統(tǒng)普遍存在控制精度不高、系統(tǒng)抖振等問(wèn)題[9]。目前針對(duì)DCV閥控位置控制系統(tǒng)和控制方法的相關(guān)研究較少。周創(chuàng)輝等[8]開(kāi)發(fā)了雙DCV并聯(lián)的位置控制系統(tǒng)；金立楊等[9]提出了一種GGAP-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法；郭祥等[10]采用了多個(gè)DCV并聯(lián)模擬伺服閥控制的系統(tǒng)方案。以上文獻(xiàn)或采用冗余液壓回路、或通過(guò)復(fù)雜控制算法為DCV位置控制提供了很好的思路。

本研究旨在利用簡(jiǎn)單液壓回路實(shí)現(xiàn)油缸定位的精確控制，且算法不宜過(guò)于復(fù)雜，以便工程應(yīng)用中一個(gè)控制器同時(shí)控制多個(gè)油缸動(dòng)作。首先理論分析了DCV開(kāi)關(guān)特性，相平面運(yùn)動(dòng)軌跡和液壓系統(tǒng)的工作原理，推導(dǎo)了DCV閥控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，提出了一種開(kāi)關(guān)線迭代學(xué)習(xí)的Bang-Bang控制策略，利用博途PLC平臺(tái)對(duì)油缸運(yùn)動(dòng)和控制算法進(jìn)行了全虛擬仿真，最后在連鑄扇形段輥縫控制上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)驗(yàn)證。

1 工作原理

1.1 DCV開(kāi)關(guān)特性

DCV是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部件，其開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間對(duì)閥的動(dòng)靜態(tài)特性都有重要影響，直接決定控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度，因此有必要對(duì)DCV的開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行分析。圖1為典型的螺線管式三位四通電磁換向閥基本結(jié)構(gòu)，由殼體1、2個(gè)螺線管2、閥芯3和2個(gè)回拉彈簧4組成。

圖1 DCV基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of DCV

螺線管電磁力與回拉彈簧相互作用決定閥芯的開(kāi)啟或關(guān)閉，其簡(jiǎn)單動(dòng)力學(xué)方程[11]：

(1)

式中，F(xiàn)v—— 螺線管上電后的電磁吸力

mv—— 運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量

C—— 黏性阻尼系數(shù)

ks—— 回拉彈簧剛度系數(shù)

xv—— 閥芯位移

螺線管電壓方程[12]：

(2)

式中，U—— 線圈端電壓

R—— 線圈內(nèi)阻

L—— 線圈電感

I—— 線圈電流

DCV在矩形波激勵(lì)下的開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)過(guò)程曲線如圖2所示[9]，電磁鐵的吸合和釋放過(guò)程分成5個(gè)工作階段，對(duì)應(yīng)著閥芯的3個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程：

(1) 電氣延遲階段t1當(dāng)接通電源后，電感L阻止電流增長(zhǎng)，當(dāng)線圈電流增長(zhǎng)到開(kāi)啟電流Ion之前，電磁力不足以克服運(yùn)動(dòng)阻力，閥芯尚未運(yùn)動(dòng)；

(2) 閥芯開(kāi)啟運(yùn)動(dòng)階段t2當(dāng)線圈電流增大到Ion后，閥芯開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。線圈電感附加反電勢(shì)導(dǎo)致電流反而減小，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)B；

(3) 閥芯到位后停止階段 閥芯處在最大開(kāi)啟位置xm上，電流重新增長(zhǎng)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)C，直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)位U/R為止；

(4) 斷電延遲階段t3線圈電感使電流不能突變，閥芯保持開(kāi)啟狀態(tài)；

(5) 閥芯關(guān)閉運(yùn)動(dòng)階段t4線圈電感反電勢(shì)阻止電流減小，出現(xiàn)拐點(diǎn)E，EF段呈上升趨勢(shì)，閥關(guān)閉后，電流迅速衰減為0，到達(dá)G點(diǎn)。

圖2 DCV閥芯動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線Fig.2 Dynamic response curve of DCV

1.2 相平面運(yùn)動(dòng)分析

(3)

定義v0為設(shè)計(jì)速度，正電平u+、負(fù)電平u-、零電平u0為控制器輸出u的三種狀態(tài)。當(dāng)v0>2δ/τ時(shí)，u=u+，油缸自A點(diǎn)在相平面上向右運(yùn)動(dòng)；到開(kāi)關(guān)線l時(shí)，u=u0；實(shí)際閥芯關(guān)閉滯后使油缸在時(shí)間τ內(nèi)維持v0繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，直到與有效開(kāi)關(guān)線l′相交于B點(diǎn)，閥芯完全關(guān)閉；此時(shí)實(shí)際速度為0，油缸停止于C點(diǎn)。由于e>δ，故u=u-，系統(tǒng)以速度-v0在相平面上向左運(yùn)動(dòng)和有效開(kāi)關(guān)線m′相交于E點(diǎn),油缸停止于F點(diǎn)。由于e<-δ，故u=u+，重復(fù)上述過(guò)程。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)將沿著相軌跡A→B→C→D→E→F→A描繪出一條封閉曲線，形成半穩(wěn)定極限環(huán)產(chǎn)生極限環(huán)振蕩。如果v0<2δ/τ，則由A′出發(fā)的相軌跡將沿A′→B′→C′→D′而穩(wěn)定于平衡點(diǎn)。

圖3 基于DCV的控制系統(tǒng)原理及相平面分析Fig.3 Principle and phase plane analysis of control system based on DCV

綜上所述，如果僅以控制精度δ作為開(kāi)關(guān)線，DCV液壓位置控制系統(tǒng)的穩(wěn)定準(zhǔn)則為：

(4)

由于控制滯后時(shí)間τ是系統(tǒng)固有的，控制精度δ與油缸速度v0呈反比關(guān)系。如何保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)(不降低運(yùn)動(dòng)速度)情況下，提高系統(tǒng)控制精度，將是本研究重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

1.3 液壓系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用DCV作為控制元件，液壓缸作為執(zhí)行元件，節(jié)流阻尼孔作為調(diào)速元件，液壓控制系統(tǒng)原理如圖4所示。電磁換向閥1的出油口A，B通過(guò)液壓鎖2及節(jié)流阻尼孔3.1和3.2連接到液壓缸5的A，B腔；溢流閥4.1和4.2用于保持液壓缸壓力穩(wěn)定及高壓保護(hù)；位移傳感器6安裝在液壓缸5的活塞桿上，用于測(cè)量液壓缸的實(shí)時(shí)輸出位移。

圖4 液壓控制系統(tǒng)原理圖Fig.4 Schematic diagram of hydraulic control system

2 系統(tǒng)方程

2.1 油缸運(yùn)動(dòng)速度

下面以油缸活塞上升或下降單向運(yùn)動(dòng)描述系統(tǒng)流量方程和油缸運(yùn)動(dòng)速度。油液流量QL方程為：

(5)

式中，Cd—— 阻尼孔的節(jié)流系數(shù)

xv,xm—— DCV的實(shí)際閥芯位移和最大閥芯位移

AOri—— 阻尼孔的過(guò)流面積

ρ—— 油液密度

ps—— 系統(tǒng)供油壓力

pL—— 負(fù)載壓力

油缸運(yùn)動(dòng)速度v為：

(6)

式中，Acyl—— 油缸內(nèi)腔面積

令系統(tǒng)設(shè)計(jì)油缸運(yùn)動(dòng)速度v0為：

(7)

式中，ΔpN—— 系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)稱壓差

結(jié)合式(5)～式(7)，則油缸實(shí)際速度表示為：

(8)

由于xm，ps，ΔpN，v0均為已知常量，故實(shí)際閥芯位移xv和負(fù)載壓力pL是影響油缸速度的兩個(gè)主要因子。

2.2 動(dòng)態(tài)閥芯位移

用xv表示時(shí)間t時(shí)閥芯打開(kāi)的啟動(dòng)特性，簡(jiǎn)單模型如下式：

xv=xm·[1-exp(-t/τon)]

(9)

式中，τon—— 閥芯開(kāi)啟運(yùn)動(dòng)時(shí)間常數(shù)

式(9)假定t=0時(shí)刻閥芯從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始啟動(dòng)，實(shí)際上DCV通電到閥芯開(kāi)啟還存在電氣延遲。令閥芯從通電后延時(shí)t=tsta開(kāi)始開(kāi)啟動(dòng)作，即t

(10)

同理，DCV斷電時(shí)，閥芯動(dòng)作也分為兩個(gè)階段：斷電延遲和閥芯關(guān)閉運(yùn)動(dòng)。令閥芯斷電后t=tstp開(kāi)始關(guān)閉動(dòng)作，即t

(11)

式中，τoff—— 閥芯關(guān)閉運(yùn)動(dòng)時(shí)間常數(shù)

2.3 油缸負(fù)載壓力

本系統(tǒng)采用非對(duì)稱油缸，其力平衡方程如下式所示：

(12)

式中，A1，A2—— 油缸內(nèi)腔活塞側(cè)和桿側(cè)面積

p1，p2—— 油缸活塞側(cè)和桿側(cè)壓力

m—— 液壓缸運(yùn)動(dòng)部件和負(fù)載折算到活塞上的質(zhì)量總和

B—— 液壓缸運(yùn)動(dòng)部件和負(fù)載的總黏性阻尼系數(shù)

k—— 負(fù)載的總彈簧剛度

x—— 液壓缸的位移

FL—— 作用在液壓缸活塞桿上的外部負(fù)載力

(13)

同理，油缸上升時(shí)活塞側(cè)的負(fù)載壓力為：

(14)

式(8)描述了油缸運(yùn)動(dòng)速度；式(10)、式(11)描述了閥芯位移時(shí)滯特性；式(13)、式(14)描述了非對(duì)稱液壓缸負(fù)載壓力求解。以上5個(gè)方程式完全描述了DCV閥控系統(tǒng)油缸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性，是后續(xù)控制策略設(shè)計(jì)和仿真建模的基礎(chǔ)。

3 控制策略

3.1 控制系統(tǒng)及算法

控制系統(tǒng)和控制算法如圖5所示。u為控制器產(chǎn)生的離散控制信號(hào)，由于DCV可以通過(guò)2個(gè)螺線管(a，b)切換到三種狀態(tài)，意味著只能對(duì)油缸的離散控制信號(hào)產(chǎn)生三種輸入?；跁r(shí)間最優(yōu)原則，常規(guī)的Bang-Bang控制[13]可簡(jiǎn)述為：

(15)

圖5 控制系統(tǒng)和控制算法示意圖Fig.5 Diagram of control system and control algorithm

當(dāng)|e(t)|≤δ時(shí)，Bang-Bang控制系統(tǒng)停止輸出，直到誤差再次超出控制精度范圍。同時(shí)，因?yàn)榭刂拼嬖跁r(shí)滯現(xiàn)象，控制信號(hào)最小切換時(shí)間應(yīng)充分考慮閥芯開(kāi)啟階段和斷電閥芯關(guān)閉階段的非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，限制控制信號(hào)u的最小切換間隔時(shí)間如下式：

Tint>Tmin=ton+toff+tothers

(16)

式中，Tint—— DCV兩螺線管通電的時(shí)間間隔

Tmin—— 允許最小時(shí)間間隔

ton—— 電磁換向閥的開(kāi)啟響應(yīng)時(shí)間

toff—— 電磁換向閥的關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間

tothers—— 控制器掃描周期、數(shù)字量輸出模塊及中間繼電器響應(yīng)時(shí)間等

3.2 開(kāi)關(guān)線函數(shù)迭代學(xué)習(xí)

(17)

理想的油缸定位控制目標(biāo)是油缸運(yùn)動(dòng)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，即當(dāng)動(dòng)態(tài)偏差e(t)小于某個(gè)控制精度范圍內(nèi)時(shí)，控制信號(hào)切換為零電平輸出u=u0，此時(shí)運(yùn)動(dòng)速度v(t) 同時(shí)收斂為0。實(shí)際油缸運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)DCV切換為零電平輸出時(shí)，實(shí)際閥芯不會(huì)立即關(guān)閉。相平面運(yùn)動(dòng)軌跡S(t)如圖6所示，此時(shí)油缸運(yùn)動(dòng)分兩個(gè)階段：油缸以初始速度平移滑動(dòng)，對(duì)應(yīng)DCV斷電延遲階段；油缸減速直至停止，對(duì)應(yīng)DCV斷電后閥芯關(guān)閉運(yùn)動(dòng)階段。

圖6 爬行距離辨識(shí)Fig.6 Crawling distance identification

定義DCV斷電到油缸運(yùn)動(dòng)完全停止這段時(shí)間油缸的運(yùn)動(dòng)距離為爬行距離δcrawl，如下式所示：

(18)

式中，tcrawl—— 斷電后到油缸完全停止的爬行時(shí)間

vcrawl(t) —— 斷電后的油缸爬行速度

由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和外部負(fù)載的不確定性，很難得到油缸爬行的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡S(t)。但在相同的工況和外載條件下，軌跡形狀是固定的，爬行距離δcrawl也是有界的，且0≤vcrawl(t)≤v0，v0為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的實(shí)際速度。設(shè)estop為斷電時(shí)的偏差值，即e(t)=estop為開(kāi)關(guān)線函數(shù)，ess為油缸完全停止時(shí)的偏差值，則爬行距離δcrawl可以重寫(xiě)為：

δcrawl=ess-estop

(19)

系統(tǒng)控制目標(biāo)是，當(dāng)DCV斷電后，油缸爬行一段時(shí)間后剛好停止在目標(biāo)位置附近，由于時(shí)滯產(chǎn)生爬行距離是影響最終控制精度的主要因素。因此需要對(duì)開(kāi)關(guān)線函數(shù)進(jìn)行迭代學(xué)習(xí)和調(diào)整，使其逐漸趨于爬行距離。本質(zhì)上，迭代學(xué)習(xí)控制策略是一類(lèi)在線優(yōu)化控制策略，以控制過(guò)程中誤差趨于0為優(yōu)化目標(biāo)。本研究采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的P型迭代學(xué)習(xí)控制策略，開(kāi)關(guān)線迭代學(xué)習(xí)算法為：

(20)

式中，k為迭代學(xué)習(xí)因子。迭代學(xué)習(xí)因子k的取值對(duì)控制器性能有重要影響。若k取值過(guò)低，則迭代學(xué)習(xí)和控制誤差的收斂速度變慢；若k取值過(guò)大，又會(huì)導(dǎo)致控制過(guò)程中較大的穩(wěn)態(tài)波動(dòng)誤差，甚至出現(xiàn)振蕩。關(guān)于k的具體取值，至今沒(méi)有規(guī)范化的學(xué)習(xí)方法。當(dāng)控制器結(jié)構(gòu)確定后，k的取值主要取決于被控對(duì)象及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能。可采用反復(fù)實(shí)驗(yàn)的方法獲取一個(gè)合適的取值范圍[14]。

3.3 改進(jìn)型Bang-Bang控制算法

引入開(kāi)關(guān)線函數(shù)后的改進(jìn)型Bang-Bang控制算法流程圖如圖7所示?？刂破鞑捎每刂扑绤^(qū)δ作為跟蹤的啟動(dòng)條件，開(kāi)關(guān)線estop作為跟蹤的結(jié)束條件。每次跟蹤僅允許一次DCV狀態(tài)切換，且完成一次開(kāi)關(guān)函數(shù)的迭代學(xué)習(xí)。當(dāng)一定時(shí)間范圍內(nèi)工況恒定，負(fù)載無(wú)擾動(dòng)或呈一定規(guī)律性變化條件下，此時(shí)爬行距離δcrawl波動(dòng)較小，本控制算法隨著迭代學(xué)習(xí)次數(shù)的增加，可以實(shí)現(xiàn)有限時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)沿迭代軸的零誤差軌跡漸進(jìn)跟蹤。由于油缸的上升和下降設(shè)計(jì)初始速度和負(fù)載條件不同，因此有必要分別對(duì)上升和下降設(shè)計(jì)不同的開(kāi)關(guān)線函數(shù)e(t)=-estop+和e(t)=estop-。

這種方法只要考慮控制偏差e(t)和運(yùn)動(dòng)速度v(t) 同時(shí)收斂為0即可，不用對(duì)開(kāi)關(guān)線函數(shù)進(jìn)行復(fù)雜建模，從而簡(jiǎn)化了問(wèn)題的求解。更重要的是，將一個(gè)開(kāi)環(huán)的Bang-Bang控制系統(tǒng)變成了一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)。

根據(jù)工藝控制精度要求設(shè)置合理的控制死區(qū)δ是有必要的，可以避免油缸定位跟蹤過(guò)程中控制死區(qū)設(shè)置過(guò)小而反復(fù)調(diào)整，即“抖振”現(xiàn)象。同時(shí)本控制器中采用了開(kāi)關(guān)線迭代學(xué)習(xí)，可以實(shí)現(xiàn)控制誤差趨于0的漸進(jìn)跟蹤，定位控制靜態(tài)誤差較小，為跟蹤結(jié)束后由于液壓元器件內(nèi)泄產(chǎn)生的油缸位置漂移再次超出誤差范圍提供了一定的緩沖區(qū)域，降低了DCV動(dòng)作頻率，減少了DCV頻繁開(kāi)/關(guān)產(chǎn)生的瞬態(tài)油液介質(zhì)沖擊對(duì)油缸或液壓閥臺(tái)密封的損害，從而延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

圖7 改進(jìn)型Bang-Bang控制算法流程圖Fig.7 Flow chart of improved Bang-Bang control algorithm

4 仿真分析及生產(chǎn)驗(yàn)證

4.1 仿真分析

本研究采用PLC全虛擬軟件仿真，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：基于PLC的數(shù)學(xué)建模可以達(dá)到MATLAB的仿真精度[15]，且仿真與控制程序都是基于PLC實(shí)現(xiàn)，無(wú)需花費(fèi)大量時(shí)間集成各個(gè)軟件包和移植PLC控制程序，仿真結(jié)果如圖8所示。由于DCV僅能通過(guò)開(kāi)或關(guān)間隙式地調(diào)節(jié)介質(zhì)流量實(shí)現(xiàn)油缸定位，即控制過(guò)程中介質(zhì)流量和速度不可調(diào)整，因此仿真實(shí)驗(yàn)中僅采用矩形波驗(yàn)證系統(tǒng)的靜態(tài)響應(yīng)性能：

(1) 參考位置設(shè)定和實(shí)際位置反饋，參考位置為頻率0.1 Hz，幅值2 mm的矩形波；

(2) 靜態(tài)偏差值，定義為DCV斷電后油缸完全停時(shí)位置設(shè)定與實(shí)際之差。從圖中可以看出，隨著開(kāi)關(guān)線整定次數(shù)增加靜態(tài)偏差快速收斂，證明控制算法和開(kāi)關(guān)線迭代學(xué)習(xí)效果明顯；

(3) 油缸運(yùn)動(dòng)速度，由于系統(tǒng)采用非對(duì)稱油缸，故油缸上升速度(約1.5 mm/s)和下降速度(約0.9 mm/s)有所不同；

(4) DCV控制輸出和閥芯反饋，左下角為放大圖。

圖8 仿真實(shí)驗(yàn)中位置控制性能分析Fig.8 Performance analysis of positioning control in simulation experiment

值得注意的是，第一次方波跟蹤時(shí)，由于開(kāi)關(guān)線尚未整定，油缸上升后超出設(shè)定精度范圍，故又產(chǎn)生了一次向下運(yùn)動(dòng)，即“抖動(dòng)”現(xiàn)象?？刂破钆c開(kāi)關(guān)線函數(shù)迭代次數(shù)的關(guān)系如圖9所示，其中迭代學(xué)習(xí)因子k=0.5，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)線函數(shù)3～5次迭代學(xué)習(xí)后，油缸上升和下降的靜態(tài)偏差迅速收斂，DCV僅切換一次就可以達(dá)到較高的控制精度。

圖9 控制偏差與迭代次數(shù)Fig.9 Control deviation and number of iterations

4.2 生產(chǎn)驗(yàn)證

在扇形段輥縫控制系統(tǒng)中，扇形段使其按照設(shè)定輥縫運(yùn)行，以跟蹤鑄坯自然收縮厚度和液相穴末端實(shí)施輕壓下[16]，是典型地有級(jí)位置調(diào)節(jié)。連鑄生產(chǎn)扇形段布置如圖10所示，此條生產(chǎn)線配置有14個(gè)扇形段，每個(gè)扇形段4個(gè)定位油缸，共計(jì)56個(gè)油缸；每個(gè)油缸單獨(dú)配置DCV閥臺(tái)和位置傳感器，用于調(diào)整扇形段輥縫。扇形段輥縫控制監(jiān)控HMI畫(huà)面如圖11所示。區(qū)域①為扇形段入口/出口設(shè)定輥縫與4個(gè)油缸實(shí)際輥縫；區(qū)域②為扇形段輥縫跟蹤棒圖，每組棒圖中間表示輥縫設(shè)定值，兩側(cè)表示左/右2個(gè)油缸輥縫實(shí)際值；區(qū)域③為換向閥的動(dòng)作頻率顯示?？刂破罱y(tǒng)計(jì)如圖12所示，輥縫控制偏差小于等于0.1 mm的命中率為89.3%，所有控制偏差均小于0.2 mm；換向閥動(dòng)作頻率較低，均不超過(guò)10次/h；整個(gè)系統(tǒng)控制穩(wěn)定，控制精度滿足工藝生產(chǎn)需求。

圖10 連鑄生產(chǎn)線扇形段布置Fig.10 Segment layout in continuous casting production line

圖11 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程HMI畫(huà)面Fig.11 HMI screen in actual production process

圖12 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中扇形段輥縫控制偏差Fig.12 Control deviation of segment gap in actual production process

5 結(jié)論

(1) DCV開(kāi)關(guān)特性和相平面運(yùn)動(dòng)理論分析表明，DCV的時(shí)滯特性是影響油缸定位精度和控制系統(tǒng)產(chǎn)生極限環(huán)振蕩的主要原因，提出了系統(tǒng)穩(wěn)定判定準(zhǔn)則公式；

(2) 推導(dǎo)了基于DCV閥控非對(duì)稱油缸的運(yùn)動(dòng)方程式，DCV閥芯動(dòng)態(tài)位移與油缸油液的負(fù)載壓力是影響油缸運(yùn)動(dòng)速度的兩個(gè)主要影響因子；

(3) 針對(duì)常規(guī)Bang-Bang控制器容易造成的系統(tǒng)“抖動(dòng)”現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)了一種基于觀察器和開(kāi)關(guān)線函數(shù)迭代學(xué)習(xí)的改進(jìn)型Bang-Bang控制算法。在線的開(kāi)關(guān)線函數(shù)迭代算法不需要復(fù)雜建模，簡(jiǎn)化了問(wèn)題的求解，將一個(gè)開(kāi)環(huán)的Bang-Bang控制系統(tǒng)變成了一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)；

(4) 最后基于博途PLC進(jìn)行了仿真研究和生產(chǎn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，改進(jìn)型的Bang-Bang控制器可以快速辨識(shí)和開(kāi)關(guān)線函數(shù)迭代。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，56個(gè)DCV閥控系統(tǒng)的控制精度小于等于0.1 mm的命中率為89.3%，全部控制精度小于0.2 mm，DCV動(dòng)作頻率較低，有效降低了對(duì)設(shè)備的瞬時(shí)沖擊。整個(gè)控制系統(tǒng)控制穩(wěn)定，控制精度較高，滿足連鑄生產(chǎn)工藝控制要求；

(5) 利用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的普通換向閥代替復(fù)雜、昂貴的伺服閥、比例閥、高速開(kāi)關(guān)閥，實(shí)現(xiàn)油缸有級(jí)位置調(diào)節(jié)，在保證工藝控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下可以有效降低企業(yè)的前期項(xiàng)目投資及后期運(yùn)行維護(hù)成本，對(duì)企業(yè)降本增效具有積極意義。