基于智能RMC70运动控制器的双缸液压同步控制试验系统技术研究

第34卷第3期机电卢品开发与创新Vol.34,No.3 2021 年5 月Development & Innovation of Machinery & Electrical Products May.,2021
文章编号：1002-6673 (2021) 03-082-03
基于智能RMC70运动控制器的双缸液压同步控制
试验系统技术研究
闫洪霞
(北京电子科技职业学院机电工程学院，北京100176)
摘要：重点介绍了智能R M C70运动控制器的工作原理，在运动控制器中增加同步进行控制算法研究以及通过增加系统控制方程因子避免振动，在控制方程中加入二阶导数增益项，以补偿系统的弹性，避免振荡问题。

基于该原理开发了用于双缸液压试验系统的同步控制。

通过实际生产系统进行测试，验证了理论推导的正确性。

实验结果表明，R M C70智能运动控制器在双缸液压实验系统优化中是有效的。

关键词：智能R M C70运动控制器；同步控制；双缸液压试验系统
中图分类号：TP27 文献标识码：A doi: 10.3969/j.issn.1002-6673.2021.03.027
Research on the Technology of Dual-cylinder Hydraulic Synchronous Control Experiment System
Based on Intelligent RM70 Motion Controller
YA N H ong-Xia
(Beijing Polytechnic，Beijing 100176，China)
Abstract:fo G u s is出"(f 出"=>^0controller. k 4d d s synchronization to 出"
contro^er fc control algorithm8*8+"? control equation 64,+^ +( avoid vibration，and a d d s a second derivative gain term to the equation to com pensate for th e flexibility of the system to avoid oscillation problem s. Based on th is principle，a synchronous for a two-cylinder hydraulic experim ental system w as developed. Through the actual system test，th e correctness of the theoretical derivation is verified.Experim ental resu lts show th at the RMC70 intelligent m otion controller is effective in the optim ization of th e two-cylinder hydraulic experim ental system.
Keywords ：Intelligent RMC70 m otion co n tro ller%Synchronous %Double-cylinder hydraulic experim ental system
0引言
随着我国工业生产自动化发展水平的不断进行提高，液压同步驱动控制信息技术在航空航天、金属材料的加 工、工程施工机械、机械军工等领域的应用也越来越多，同时，这些不同行业对同步控制精度的要求我们也是企业越 来越高。

因此，为满足各行业各个领域的需求，双缸同步运 动控制技术的研究具有更重要的理论意义和工程实践价 值[1-25。

双缸的同步控制系统研究是此领域发展研究的基础，油缸之间如何实现同步运动是保证机器设备安全运行的 关键，然而，在实际工业系统中，影响液压伺服系统性能 的因素很多，如负载、油液压力和模型参数等，这些非线
修稿日期：2021-01-07
项目来源：北京电子科技职业学院科技一般课题项目（2020z085- KXY)
作者简介：闫洪霞（1RR0-)，女，山东滨州人，教师。

主要从事机械设计方面的科研和教学工作。

性扰动将会通过降低系统的定位精度，因此会引起油缸 的同步误差很大，液压同步控制技术得以发展[3-5]。

本文根据智能运动控制器的工作原理开发基于 ：DELTA公司RMC70系列液压控制系统的同步控制，并对 同步控制的方法进行论述。

1智能R M C70运动控制系统
智能RMC70系列进行运动作为控制器是一款高性能 又兼顾客户容易方便使用的高性价比单轴或双轴系统。

智能RMC70控制性能非常好，它主要由双向回路的 ：位置-压力控制算法与多种实际值反馈组成，现在已经变 为液压及电气传动的定位和位置压力双向回路控制的最 优解决方案。

!2双缸同步控制液压系统的建模及分析
2.1双缸液压运动控制系统原理图
双缸液压运动控制系统以比例伺服阀、油缸等液压
82
•测试与控制•
元件，通过管道连接形成通路，利用位移传感器实时采集
系统的位移信号信息，利用控制器可以进行管理决策，输
出控制信号，经比例放大器放大，驱动比例伺服阀滑阀阀
芯运动，从而改变流人和流出液压回路中油缸的两个腔1室的流量。

左右两腔压差的存在，驱动活塞杆伸出和缩 回，使活塞杆运动到期望位置。

油缸 1 油缸2
2.2双缸电液比例同步系统建模
本文通过研究的双缸同步控制系统的简图，双缸同
步控制系统包括两个通道的电液比例系统。

对于同步控
制系统的两个油缸之间存在力的耦合作用，加上安装精
度等一些因素的影响，造成双油缸位置的不同步。

为消除
上述的位置同步偏差，本文研究增加了同步控制器，设计
发展同步控制系统算法。

根据双缸同步控制系统的特点，建立以下数学模型。

双缸同步控制系统的组成框图如图2所示。

图2双缸同步控制系统组成
Fig.2 Duplex synchronoussystem
本文离线状态下，建立液压系统数学建模n!，(')，，&('))⑴
式中油缸1和油缸2实际位置；油液的有效弹 性模量一活塞的有效面积；-一油缸进油回油侧总的 容积；.!一负载的质量；*!—油液压力;P…—液压油的密 度；（一比例伺服阀的阀口流量系数;/—比例伺服阀的阀口面积梯度'/(^%#1，$$($，%&⑴，,&(')—液压系统的不确定动态；$—比例伺服阀的阀芯位移；—油缸的外 部干扰力矩。

已知^油缸期望的位置，得到位置偏差信号
%4,进而可以得到线性控制器$!4，
721%:
(入U'c31xi+入
i dEx i dt
+&3i'c dt2(2)式中：[& 1i，&2i，&3i]T —反馈比例增益矩阵;'c—反馈控制器 的带宽增益。

式中:AS i—同步误差增益；d%h—油缸期望的急动度。

线性控制器和公式（3)中的非线性控制器$；，计 算后得到我们所设的阀芯位移，
$%$!+$(4)
所设的阀芯位移最终是以模拟量电流信号输出。

3实际系统测试
基于配有智能RM C70运动控制器的双缸液压同步 控制实验系统进行试验。

实验中使用了 K H2000稳压电 源，RM C70运动控制器，位移传感器、二阶微分器、双缸 液压系统等。

实验装置见图3。

图3实验装置示意图
Fig.3 Experiment device schematic
工况如下：油缸期望的位置％0%〇.〇5m。

油液压力可以预设成*=1.05*…+0.05*…sin(4"t)，存在小幅正弦波动。

本文基于常用参数选取的一般原则和液压系统的模 型的数据可知：线性控制器和非线性控制器$&相应
83
•测试与控制•
通过测试及结果分析越大，单个油缸的位置跟踪
误差收敛速度提高;越大，液压双缸的同步跟踪误差 越小。

4.6
1
1.5
2
2.5
3
3.5
时间（S )
(a)PID 控制器油缸位置跟踪图
....液压缸1 ,
液压缸2
J
4.9 4-8 4.7 4.6
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
时间（s )
(b )智能7MC70控制器油缸位置跟踪图
图4油缸位置跟踪图
Fig .4 Cylinder position tracking
4.2比例伺服阀的阀芯位移图结果分析
比例伺服阀的阀芯位移图结果分析，见图5#
0.1—0.080.060.04
5结论
本文利用位移传感器得到的期望位置与实际位置偏 差的位置偏差信号，以及油缸的速度、加速度、急动度数 据和比例伺服阀的阀芯位移信号构造同步控制器，并且对 油液压力和系统负载以及不确定的系统动力学等影响同步 跟踪精度的参数进行预估和补偿；在运动控制器中增加同 步控制算法研究以及通过增加控制方程因子避免振动，在 控制方程中添加二阶导数增益项来补偿系统的弹性，避
免了振荡问题。

通过实际系统测试，证明了智能7M C 70 运动控制器在双缸液压实验系统优化中的有效性。

参考文献：
[1]张志伟，张福波，王国栋•- [J]•机床与液压,2003,3.
时间（s )
(a)PID 控制器比例伺服阀的阀芯位移图
时间（s )
(b )智能7MC70控制器比例伺服阀的阀芯位移图
图5比例伺服阀的阀芯位移图
Fig . 5 Proportional servo valve core displacement diagram
•种双油缸同步控制方法及其仿真研究[2] 左智飞，沈文轩，黄志坚, 等•基于LabVIEW 的双油 缸同步控制系统的开发[J]. 机床与液压，2015,2.[3] 凌云，陈刚•液压同步模糊 控制系统的设计与优化[J]. 机床与液压，2009,7.[4] 李志峰•电液位置伺服系统
的多缸同步控制方法研究
[D]•太原：太原科技大学，2010,3.[5] 施光林，史维祥，李天石.液
压同步闭环控制及其应用
[J]•机床与液压，1997,4.
参数:[! 1!，！2!，！ 3!]&': [1，3，3]&，""'285，！ s =5。

用普通的P I D 控制器来比较本文控制方案的合理性 和有效性：
Vn mn k h w c"
, 1〇-4!A
d
!
M M !A /n (
n
de + Pn dt
4!$AnCnWn
式中：-.一控制周期，本文设0.001s 。

4
计算结果分析对比
4.1油缸的位置跟踪图结果分析
油缸的位置跟踪图结果分析，见图4。

5.2
液压缸1
E +dt
$5)
液压缸2
4.3双缸同步跟踪误差图结果分析
双缸同步跟踪误差图结果分析，见图6。

0.20.1
PID 控制器
智能RMC70
控制器
〇
r
，=!:，讀—_丨—汽一^
-
0.1
-0.2
-0.3-0.4
0.5 1.5
3.5 4
4.5
2 2.5
时间（s)
图6双缸同步跟踪误差图
Fig .6 Dual cylinder synchronous tracking Error Diagram
84。