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    MPC08運動控制卡和EXLAR電動缸在旋轉壓實儀中的應用

    時間:2010-07-21 09:03來源:未知 作者:yuanyi 點擊:
    一、引言 隨著瀝青混合料設計方法的發展,先后產生了多種不同的混合料成型方法和設備,這些設備通過擊實、振動、揉搓等不同方式成型瀝青混合料。不論采用哪種成型方法,其目的都是為了得到滿足一定體積指標和力學性能的瀝青混合料試件。 旋轉壓實儀是在固定

    一、引言
      
      隨著瀝青混合料設計方法的發展,先后產生了多種不同的混合料成型方法和設備,這些設備通過擊實、振動、揉搓等不同方式成型瀝青混合料。不論采用哪種成型方法,其目的都是為了得到滿足一定體積指標和力學性能的瀝青混合料試件。
      
      旋轉壓實儀是在固定壓力、固定壓實角和固定轉速下通過揉搓作用成型瀝青混合料的設備,它產生的瀝青混合料試件能較好地符合實際工程中瀝青混合料的成型方式,能較好地預測路面的長期性能。而如何準確控制施加在試樣上的壓力大小,并在試件產生塑性變形后能實時進行補償,維持恒定的壓力,是旋轉壓實儀壓力加載控制系統關鍵所在。
      
      
      二、控制原理及工藝流程
      
      本系統采用MPC08運動控制卡,通過控制松下A4系列伺服系統驅動美國Exlar電動缸的方式進行壓力加載控制。
      
      MPC08運動控制卡是基于PC機PCI總線的步進電機或數字式伺服電機的上位控制單元,它與PC機構成主從式控制結構:PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作(例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、控制指令的發送、外部信號的監控等等);MPC08運動控制卡完成運動控制的所有細節(包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等)。
      
      1,控制原理框圖
      

      

      2,工藝流程:
      
      (1) 操作者設定系統所需的工作壓力;
      
      (2) 系統根據設定的壓力值計算出電動缸需要移動的位移;
      
      (3) MPC08SP運動控制卡發送指令脈沖控制伺服系統產生旋轉運動;
      
      (4) 伺服電機驅動電動缸產生直線運動;
      
      (5) 電動缸擠壓工件產生形變,使工件被擠壓端產生壓力,壓力值通過壓力傳感器,再經過A/D采集卡最終反饋至MPC08SP運動控制卡;
      
      (6) 當壓力值達到所設定值時,MPC08SP運動控制卡停止發送脈沖;
      
      (7) 試件在壓力的作用產塑性變形,
      
      (8) 系統實時對當前反饋的壓力值和設定的壓力值進行比較,做出快速補償調節,在試件上維持恒定的壓力。
      
      
      三、控制系統的設計:
      
      1,控制系統的編程原理
      
      根據以上的工作過程,我們就可以確定我們的編程思路:
      
      首先大致確定MPC08SP運動控制卡所發的脈沖數與工件產生壓力變化之間的關系;
      
      對電動缸的位置控制采用比較成熟的經典的比例、積分、微分(PID)控制。PID控制具有原理簡單、使用方便、適應性好等優點。我們這里采用的是增量式PID控制算法。增量式PID控制有很多優點:
      
      1) 由于計算機輸出增量,所以誤動作時影響小,必要時可采用邏輯判斷的方法去掉;
      
      2) 算式中不需要累加,控制增量的確定,僅與最近k次的采樣值有關,所以較容易通過加權處理而獲得比較好的控制效果。
      
      PID控制器是一種線性調節器,它把設定值(需要達到的壓力值)與實際反饋值(壓力傳感器經A/D采集卡處理后反饋給系統的壓力值)相減,再通過脈沖數與壓力的關系換算出控制偏差 , 的比例系數(P)、積分系數(I)和微分系數(D)通過線性組合構成控制變量 (MPC08SP運動控制卡所需補償的脈沖數)。
      
      標準的控制變量 直接計算公式為:
      

      

      上一次的計算結果為:
      

      

      兩式相減,就得到控制變量的增量計算公式為:
      

      

      式中,T為采樣周期,K為比例系數。加大比例系數K可以加快調節,減小穩態誤差,但當K過大時,會使動態質量變差,導致系統不穩定;
      
      TI為積分常數,TI越大積分作用越弱。積分環節的加入,能消除靜態誤差,使系統趨于穩定;
      
      TD為微分系數,微分控制的作用可以改善系統的動態特性,提高控制精度,但TD偏大或偏小時,都會使超調量增大,調節時間加長。
      
      由于該系統采用恒定的采樣周期T,一旦確定了K、TI、TD這三個控制參數,就可以確定控制變量。
      
      
      四、EXLAR電動缸的性能優勢
      
      采用了美國Exlar公司專利技術——反向行星輥柱絲杠(Roller Ball Screw)的伺服電動缸,是傳統液壓或氣動作動器以及傳統滾珠絲杠電動缸的升級替代產品。
      
      與氣動、液壓系統相比,Exlar電動缸具有以下優點:
      
      可構成閉環伺服控制系統,進行精確的位置、速度控制;
      
      更容易編程控制,更易集成到自動化控制系統中。
      
      系統結構簡單,無各種復雜的電磁閥、油路系統、油源、氣源、閥門,體積也更緊湊。
      
      解決了氣動機構的噪音和液壓機構油液泄漏的問題,對環境污染更小。
      
      與傳統的滾珠絲杠(Ball Screw)機構相比,Exlar電動缸具有以下特點:
      
      1,傳動部件之間的接觸面積更大,承載能力更強,剛性更高。
      
      2,速度更快:行星輥柱絲杠轉速可達6000rpm。
      
      3,壽命更長:是滾珠絲杠的15倍,
      
      
      五、總結
      
      本控制系統具有較大的靈活性,不僅可以廣泛應用于旋轉壓實儀中,也可以簡單修改控制程序,應用于其他需要進行精確壓力加載的控制設備。
     

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