本发明公开了一种复合材料液压机的四角调平系统及控制方法，复合材料液压机四角调平系统主要包括调平缸、第一位移传感器、第二位移传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、伺服阀、控制器、高压油源、低压油源、油源切换阀等。本发明利用高、低压油源切换原理解决了调平缸开模过程与受迫被动调平过程转换时的运动控制不连续难题；本发明控制方法在调平力偏置的基础上通过调平缸输出的力差动形成调平力矩，利用空间坐标转换计算滑块偏转角，直接针对滑块偏转角进行调平控制，实现了控制的对称性。
1.一种复合材料液压机的四角调平系统，其特征是：至少包括调平缸（1），用于提供调平力；第一位移传感器（2），用于检测调平缸（1）的位移；第二位移传感器（3），用于检测滑块的位移；伺服阀（4），用于控制调平缸（1）的运动；第一压力传感器（5），用于检测调平缸（1）的无杆腔压力；第二压力传感器（6），用于检测调平缸（1）的有杆腔压力；第三压力传感器（7），用于检测伺服阀（3）的P口压力；控制器（8），用于采集传感器的信号、执行控制算法并将控制指令信号传给控制阀，实现系统的调平控制；高压油源（9），开模时的液压油源；低压油源（10），受迫被动调平时的液压油源；油源切换阀（11），用于切换高、低压油源；其中：调平缸（1），第一位移传感器（2），伺服阀（4），第一压力传感器（5），第二压力传感器（6）各有4组；4组调平缸（1）分别布置在液压机滑块四角；高压油源（9）与油源切换阀（11）的P1口之间通过管路连通；低压油源（10）与油源切换阀（11）的P2口之间通过管路连通；油源切换阀（11）的A口与伺服阀（4）的P口、第三压力传感器（7）之间通过管路连通；伺服阀（4）的A口与调平缸（1）的无杆腔、第一压力传感器（5）通过管路连通；伺服阀（4）的B口与调平缸（1）的有杆腔、第二压力传感器（6）通过管路连通；伺服阀（4）的T口与液压油箱之间通过管路连通；
控制器（8）与第一压力传感器（5）、第二压力传感器（6）、第三压力传感器（7）、第一位移传感器（2）、第二位移传感器（3）、伺服阀（4）、油源切换阀（11）之间电气连接；
所述的一种复合材料液压机的四角调平系统的控制方法，至少包括如下步骤：
步骤1：调平缸（1）悬停，等待液压机滑块接触，此时油源切换阀（11）让高压油源（9）与伺服阀（4）的P口连通，控制器（8）通过伺服阀（4）对调平缸（1）进行闭环定位控制，各调平缸（1）活塞杆的伸出行程保持一致；
步骤2：液压机滑块接触调平缸（1）活塞杆后，调平缸（1）活塞杆受液压机滑块驱使而受迫向下运动，且调平缸（1）活塞杆的运动速度与液压机滑块运动速度一致，此刻起系统进入受迫被动调平控制状态，油源切换阀（11）让低压油源（10）与伺服阀（4）的P口连通，伺服阀（4）的调平控制信号分为两部分：调平力偏置信号，此信号根据调平力偏置设定值、调平缸（1）的无杆腔与有杆腔的作用面积、第一压力传感器（5）与第二压力传感器（6）的检测信号、液压机滑块的运动速度、伺服阀（4）的流量特性系数参数，通过液压阀口节流映射公示计算得到；
抗偏转反馈控制信号，此信号根据液压机滑块的偏转角通过控制算法计算得到：
以液压机滑块的平面投影中心为原点o，建立两根正交的坐标轴x与y，滑块绕坐标轴x的转角为θx，滑块绕坐标轴y的转角为θy，滑块的偏转角向量为：
4组第一位移传感器（2）分别测得的4组调平缸（1）位移为zsi，下标i表示调平缸（1）与第一位移传感器（2）的编号，第一位移传感器（2）采集的调平缸（1）位移向量为：
4组调平缸（1）的位置关于o点对称，在xoy平面里的坐标分别为（L，W）、（L，-W）、（-L，-W）、（-L，W），L是调平缸（1）在左右方向上与y轴的距离，W是调平缸（1）在前后方向上与x轴的距离；
故偏转角向量Xo可以通过调平缸（1）位移向量Xs计算得到：
调平控制的目的是让θx与θy尽可能接近于0，所以抗偏转反馈控制信号根据θx与θy的大小计算，抗偏转反馈控制使得调平缸（1）输出力根据偏转状态形成差动力矩；
步骤3：调平缸（1）对滑块同步举升实现开模，此时油源切换阀（11）让高压油源（9）与伺服阀（4）的P口连通，控制器（8）通过伺服阀（4）对调平缸（1）进行闭环同步运动控制，各调平缸（1）活塞杆的伸出行程保持一致。
一种复合材料液压机的四角调平系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种液压机的调平系统及控制方法，特别是复合材料液压机的四角调平系统及控制方法。
背景技术
[0002] 复合材料模压成型过程中材料纤维的合理流动是成品工件良好强度的保证，而工件表面的平整与光洁度则取决于合模、开模过程中上、下模型面的相对位置精度，为了实现上述工艺要求需要对复合材料液压机进行调平控制，然而调平缸在合模与开模阶段分别处于被动受迫运动与主动举升运动两种完全不同的运动状态，如何实现调平缸在以上两种运动状态下的调平控制以及这两种状态之间的控制切换是研制复合材料液压机调平系统所面临的难题。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种复合材料液压机的四角调平系统及控制方法，能够实现滑块在合模与开模阶段的调平控制以及不同运动阶段之间的控制切换。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] 一种复合材料液压机的四角调平系统，其特征是：至少包括调平缸，用于提供调平力；第一位移传感器，用于检测调平缸的位移；第二位移传感器，用于检测滑块的位移；伺服阀，用于控制调平缸的运动；第一压力传感器，用于检测调平缸的无杆腔压力；第二压力传感器，用于检测调平缸的有杆腔压力；第三压力传感器，用于检测伺服阀的P口压力；控制器，用于采集传感器的信号、执行控制算法并将控制指令信号传给控制阀，实现系统的调平控制；高压油源，开模时的液压油源；低压油源，受迫被动调平时的液压油源；油源切换阀，用于切换高、低压油源。其中：调平缸，第一位移传感器，伺服阀，第一压力传感器，第二压力传感器各有4组；4组调平缸分别布置在液压机滑块四角；高压油源与油源切换阀的P1口之间通过管路连通；低压油源与油源切换阀的P2口之间通过管路连通；油源切换阀的A口与伺服阀的P口、第三压力传感器之间通过管路连通；伺服阀的A口与调平缸的无杆腔、第一压力传感器通过管路连通；伺服阀的B口与调平缸的有杆腔、第二压力传感器通过管路连通；伺服阀的T口与液压油箱之间通过管路连通；控制器与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、伺服阀、油源切换阀之间电气连接。
[0006] 进一步地，本发明所述的一种复合材料液压机的四角调平系统的控制方法，其特征在于：至少包括如下步骤：
[0007] 步骤1：所述调平缸悬停，等待液压机滑块接触，此时所述油源切换阀让所述高压油源与所述伺服阀的P口连通，所述控制器通过所述伺服阀对所述调平缸进行闭环定位控制，各所述调平缸活塞杆的伸出行程保持一致。
[0008] 步骤2：液压机滑块接触所述调平缸活塞杆后，所述调平缸活塞杆受液压机滑块驱使而受迫向下运动，且所述调平缸活塞杆的运动速度与液压机滑块运动速度一致，此刻起系统进入受迫被动调平控制状态，所述油源切换阀让所述低压油源与所述伺服阀的P口连通，所述伺服阀的调平控制信号分为两部分：
[0009] a.调平力偏置信号。此信号根据调平力偏置设定值、所述调平缸的无杆腔与有杆腔的作用面积、所述第一压力传感器与所述第二压力传感器的检测信号、液压机滑块的运动速度、所述伺服阀的流量特性系数等变量或参数，通过液压阀口节流映射公示计算得到。
[0010] b.抗偏转反馈控制信号。此信号根据液压机滑块的偏转角通过控制算法计算得到：
[0011] 以液压机滑块的平面投影中心为原点o，建立两根正交的坐标轴x（左右方向）与y（前后方向），滑块绕坐标轴x的转角为θx，滑块绕坐标轴y的转角为θy，滑块的偏转角向量为：
[0012]
[0013] 4组所述第一位移传感器分别测得的4组所述调平缸位移为zsi，下标i表示所述调平缸与所述第一位移传感器的编号，所述第一位移传感器采集的所述调平缸位移向量为：
[0014]
[0015] 4组所述调平缸的位置关于o点对称，在xoy平面里的坐标分别为（L，W）、（L，-W）、（-L，-W）、（-L，W），L是所述调平缸在左右方向上与y轴的距离，W是所述调平缸在前后方向上与x轴的距离。
[0016] Xs对Xo的空间映射矩阵为：
[0017]
[0018] 故偏转角向量Xo可以通过所述调平缸位移向量Xs计算得到
[0019]
[0020] 调平控制的目的是让θx与θy尽可能接近于0，所以抗偏转反馈控制信号根据θx与θy的大小计算，抗偏转反馈控制使得调平缸输出力根据偏转状态形成差动力矩。
[0021] 步骤3：所述调平缸对滑块同步举升实现开模，此时所述油源切换阀让所述高压油源与所述伺服阀的P口连通，所述控制器通过所述伺服阀对所述调平缸进行闭环同步运动控制，各所述调平缸活塞杆的伸出行程保持一致。
[0022] 本发明优点：利用高、低压油源切换原理解决了调平缸开模过程与受迫被动调平过程转换时的运动控制不连续难题；本发明控制方法在调平力偏置的基础上通过调平缸输出的力差动形成调平力矩，利用空间坐标转换计算滑块偏转角，直接针对滑块偏转角进行调平控制，实现了控制的对称性。
附图说明
[0023] 图1为本发明控制系统的原理示意图。
[0024] 图2为本发明控制方法中涉及的空间平面投影示意图。
[0025] 图3为本发明控制方法步骤1、3的控制框图。
[0026] 图4为本发明控制方法步骤2的控制框图。
[0027] 图1中：1-调平缸，2-第一位移传感器，3-第二位移传感器，4-伺服阀，5-第一压力传感器，6-第二位移传感器，7-第三位移传感器，8-控制器，9-高压油源，10-低压油源，11-油源切换阀，101-滑块。
[0028] 图2中：101-滑块，201-1号调平缸，202-2号调平缸，203-3号调平缸，204-4号调平缸。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0030] 参见图1，本发明主要包括：调平缸1，用于提供调平力；第一位移传感器2，用于检测调平缸1的位移；第二位移传感器3，用于检测滑块的位移；伺服阀4，用于控制调平缸1的运动；第一压力传感器5，用于检测调平缸1的无杆腔压力；第二压力传感器6，用于检测调平缸1的有杆腔压力；第三压力传感器7，用于检测伺服阀3的P口压力；控制器8，用于采集传感器的信号、执行控制算法并将控制指令信号传给控制阀，实现系统的调平控制；高压油源9，开模时的液压油源；低压油源10，受迫被动调平时的液压油源；油源切换阀11，用于切换高、低压油源。其中：调平缸1，第一位移传感器2，伺服阀4，第一压力传感器5，第二压力传感器6各有4组；4组调平缸1分别布置在液压机滑块四角；高压油源9与油源切换阀11的P1口之间通过管路连通；低压油源10与油源切换阀11的P2口之间通过管路连通；油源切换阀11的A口与伺服阀4的P口、第三压力传感器7之间通过管路连通；伺服阀4的A口与调平缸1的无杆腔、第一压力传感器5通过管路连通；伺服阀4的B口与调平缸1的有杆腔、第二压力传感器6通过管路连通；伺服阀4的T口与液压油箱之间通过管路连通；控制器8与第一压力传感器5、第二压力传感器6、第三压力传感器7、第一位移传感器2、第二位移传感器3、伺服阀4、油源切换阀11之间电气连接。
[0031] 参见图2，一种复合材料液压机的四角调平系统的控制方法，其特征在于：至少包括如下步骤：
[0032] 步骤1：调平缸1悬停，等待液压机滑块接触，此时油源切换阀11让高压油源9与伺服阀4的P口连通，控制器8通过伺服阀4对调平缸1进行闭环定位控制，各调平缸1活塞杆的伸出行程保持一致。
[0033] 步骤2：液压机滑块接触调平缸1活塞杆后，调平缸1活塞杆受液压机滑块驱使而受迫向下运动，且调平缸1活塞杆的运动速度与液压机滑块运动速度一致，此刻起系统进入受迫被动调平控制状态，油源切换阀11让低压油源10与伺服阀4的P口连通，伺服阀4的调平控制信号分为两部分：
[0034] a.调平力偏置信号。此信号根据调平力偏置设定值、调平缸1的无杆腔与有杆腔的作用面积、第一压力传感器5与第二压力传感器6的检测信号、液压机滑块的运动速度、伺服阀4的流量特性系数等变量或参数，通过液压阀口节流映射公示计算得到。
[0035] b.抗偏转反馈控制信号。此信号根据液压机滑块的偏转角通过控制算法计算得到：
[0036] 以液压机滑块的平面投影中心为原点o，建立两根正交的坐标轴x（左右方向）与y（前后方向），滑块绕坐标轴x的转角为θx，滑块绕坐标轴y的转角为θy，滑块的偏转角向量为：
[0037]
[0038] 4组第一位移传感器2分别测得的4组调平缸1位移为zsi，下标i表示调平缸1与第一位移传感器2的编号，第一位移传感器2采集的调平缸1位移向量为：
[0039]
[0040] 4组调平缸1的位置关于o点对称，在xoy平面里的坐标分别为（L，W）、（L，-W）、（-L，-W）、（-L，W），L是调平缸1在左右方向上与y轴的距离，W是调平缸1在前后方向上与x轴的距离。
[0041] Xs对Xo的空间映射矩阵为：
[0042]
[0043] 故偏转角向量Xo可以通过调平缸1位移向量Xs计算得到
[0044]
[0045] 调平控制的目的是让θx与θy尽可能接近于0，所以抗偏转反馈控制信号根据θx与θy的大小计算，抗偏转反馈控制使得调平缸1输出力根据偏转状态形成差动力矩。
[0046] 步骤3：调平缸1对滑块同步举升实现开模，此时油源切换阀11让高压油源9与伺服阀4的P口连通，控制器8通过伺服阀4对调平缸1进行闭环同步运动控制，各调平缸1活塞杆的伸出行程保持一致。
[0047] 参见图3，在步骤1或步骤3控制阶段本发明所述控制器8对所述调平缸1进行同步定位控制：步骤1为悬停定位控制，所述控制器8接收悬停位置定位指令；步骤1为开模定位控制，所述控制器8接收开模高度定位指令。
[0048] 参见图4，步骤2为被动调平控制阶段，本发明所述控制器8接收调平偏置力设定信号同时采集所述第一位移传感器2检测的调平缸1位移信号、所述第二位移传感器3检测的滑块位移信号、所述第一压力传感器5检测的调平缸1无杆腔压力、所述第二压力传感器6检测的调平缸1有杆腔压力，滑块位移信号经时间差分计算得到滑块速度，所述控制器8根据调平偏置力设定、调平缸1的无杆腔压力与有杆腔压力、滑块速度执行调平力偏置算法计算得到调平力偏置信号Cb，调平力偏置算法基于伺服阀口流量-压力映射公式推导，调平缸1位移Xs经过坐标转换以后得到滑块的运行姿态Xo，所述控制器4根据Xo、滑块平行期望执行抗偏转算法从而计算出抗偏转反馈控制信号Cc，抗偏转算法是以滑块平行运动为期望目标的自动反馈控制算法，可以基于PID、模糊控制等方法设计，Cb加上Cc得到控制指令Cv，Cv用于调节所述伺服阀4从而对所述调平缸1进行闭环控制。
