基于閉環(huán)反饋的智能同步液壓自動(dòng)頂升控制技術(shù)研究

摘要：為提高頂升設(shè)備的雙軸同步控制精度，文章引進(jìn)閉環(huán)反饋技術(shù)，開展智能同步液壓自動(dòng)頂升控制技術(shù)研究，該研究引進(jìn)移動(dòng)平均濾波技術(shù)進(jìn)行信號(hào)的預(yù)處理。閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)將輸出量作為輸入量的一部分，利用基于比例積分微分（Proportion Integration Differential，PID）的自適應(yīng)控制技術(shù)，結(jié)合控制器的輸出，根據(jù)同步誤差進(jìn)行智能同步液壓頂升的動(dòng)態(tài)調(diào)整。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：該應(yīng)用設(shè)計(jì)的自動(dòng)頂升控制方法可以確保設(shè)備的雙軸頂升位移變化趨勢(shì)與高度呈現(xiàn)一致性，以此實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制效果。

關(guān)鍵詞：閉環(huán)反饋；液壓自動(dòng)頂升控制；同步；智能

中圖分類號(hào)：TH137 "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

現(xiàn)有液壓油缸為獨(dú)立控制或者通過(guò)簡(jiǎn)單的三通平衡閥進(jìn)行控制，當(dāng)抱桿兩側(cè)受力不完全一致時(shí)，必然導(dǎo)致頂升過(guò)程中兩側(cè)油缸的液壓缸行程不一致，高低不平，容易導(dǎo)致意外事故，對(duì)操作者和周圍環(huán)境造成潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

楊西［1］將輸送輥道、擋料定位、頂升、分級(jí)篩分等功能集成在一起，使車輪的分級(jí)分選自動(dòng)化。但系統(tǒng)的復(fù)雜性和高成本可能限制了其在一些中小企業(yè)中的普及。崔廣［2］通過(guò)精確計(jì)算和設(shè)計(jì)，利用千斤頂在交接段進(jìn)行頂升作業(yè)，對(duì)既有車站進(jìn)行位移補(bǔ)償，有效控制了施工過(guò)程中的沉降和變形。但千斤頂頂升過(guò)程中的精確控制和同步性是一大難點(diǎn)，需要高度精密的設(shè)備和嚴(yán)格的施工工藝來(lái)保障。

為解決現(xiàn)有方法的不足，提高液壓設(shè)備的作業(yè)效率與工作質(zhì)量，文章將引進(jìn)閉環(huán)反饋技術(shù)，開展智能同步液壓自動(dòng)頂升控制方法的研究。

1 液壓自動(dòng)頂升信號(hào)采集與處理

文章選擇位移、壓力傳感器等，用于監(jiān)測(cè)液壓頂升過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)［3］。該研究確保傳感器安裝位置準(zhǔn)確，如位移傳感器須確保拉線垂直，避免誤判。文章通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如數(shù)據(jù)采集卡、可編程邏輯控制器等）對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行采集，將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。此過(guò)程如式（1）所示。

Q=vd（a+1）（1）

其中，Q為電信號(hào)，v為采樣頻率，d為電壓信號(hào)，a為傳感器量程。在完成上述內(nèi)容的處理后，文章引進(jìn)移動(dòng)平均濾波技術(shù)，通過(guò)計(jì)算一定窗口內(nèi)采樣值的平均值，實(shí)現(xiàn)信號(hào)平滑處理。計(jì)算過(guò)程如式（2）所示。

y（n）=∑m（n）（N-1）k（2）

其中，y為信號(hào)的平滑處理，n為采樣信號(hào)，m為移動(dòng)平均濾波系數(shù)，N為窗口內(nèi)采樣值，k為均值處理次數(shù)。在完成上述處理后，文章利用中值法將窗口內(nèi)的采樣值按大小排序，取中間值作為濾波結(jié)果。根據(jù)窗口內(nèi)的采樣值集合，該研究對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，此種處理方法能有效保護(hù)信號(hào)的邊緣信息，去除椒鹽噪聲。處理過(guò)程如式（3）所示。

z（n）=1y（n）χ（3）

其中，z為噪聲處理，χ為邊緣信息。對(duì)于復(fù)雜信號(hào)，所提方法能夠通過(guò)快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，在頻域應(yīng)用濾波器（如低通、高通、帶通等），再通過(guò)逆FFT轉(zhuǎn)換回時(shí)域。以此完成采樣信號(hào)的預(yù)處理［4］。此過(guò)程如式（4）所示。

c（n）=z（n）α+（β+1）（4）

其中，c為信號(hào)轉(zhuǎn)換，α為低通信號(hào)，β為高通信號(hào)。按照上述步驟，該研究完成液壓自動(dòng)頂升信號(hào)采集與集中處理。

2 基于閉環(huán)反饋的輸出期望參量干擾抑制

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，文章引進(jìn)閉環(huán)反饋技術(shù)，對(duì)液壓自動(dòng)頂升信號(hào)的輸出期望參量進(jìn)行干擾抑制。閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)通過(guò)引入反饋環(huán)節(jié)，將系統(tǒng)的輸出量（或經(jīng)過(guò)變換的輸出量）作為輸入量的一部分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)偏差的自動(dòng)糾正。

閉環(huán)反饋液壓同步采用了控制理論以及計(jì)算機(jī)信號(hào)控制，糾偏主要依靠傳感器反饋的頂升位移差值與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)此種方式，該研究可以獲得較高的同步精度，應(yīng)用于需要高同步精度驅(qū)動(dòng)的各類機(jī)械設(shè)備中。

為了滿足設(shè)計(jì)需求，文章通過(guò)AMESim軟件，搭建頂升閉環(huán)控制回路模型，此過(guò)程如式（5）所示。

f=∑1c（n）·δ（l）（5）

其中，f為頂升閉環(huán)控制回路模型，δ為頂升位移差值，l為設(shè)定的期望數(shù)值參量。原回路在引入閉環(huán)同步控制技術(shù)后，不僅可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置位移偏差允許值，還能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂升位移，確保設(shè)備頂升過(guò)程中位移的同步性。

3 智能同步液壓頂升自適應(yīng)控制

在完成上述設(shè)計(jì)后，該研究設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制算法，根據(jù)同步誤差實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)［5］。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，文章利用基于PID的自適應(yīng)控制技術(shù)，結(jié)合控制器的輸出，根據(jù)同步誤差進(jìn)行智能同步液壓頂升的動(dòng)態(tài)調(diào)整。此過(guò)程如式（6）所示。

P=f·p（r）+1μ（6）

其中，P為同步誤差的動(dòng)態(tài)調(diào)整，p為PID自適應(yīng)控制參量，r為電機(jī)轉(zhuǎn)速，μ為微分增益系數(shù)。在多軸同步頂升系統(tǒng)中，該研究需要確保各軸之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，文章可以通過(guò)主從控制或交叉耦合控制等方法，實(shí)現(xiàn)各軸之間的動(dòng)態(tài)同步。在交叉耦合控制中，各軸的控制輸入不僅取決于本軸的誤差，還受到其他軸誤差的影響，以實(shí)現(xiàn)全局同步優(yōu)化。

系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該過(guò)程的運(yùn)行狀態(tài)，一旦檢測(cè)到異常情況（如壓力過(guò)高、位移異常等），立即觸發(fā)保護(hù)機(jī)制。通過(guò)上述方式，智能同步液壓頂升自適應(yīng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜工況的靈活應(yīng)對(duì)和精確控制，確保頂升過(guò)程的同步性和安全性。

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

液壓頂升技術(shù)作為關(guān)鍵機(jī)械傳動(dòng)控制技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛研究應(yīng)用，國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正逐步完善。文章引入閉環(huán)反饋技術(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，以大型電力公司智能同步液壓頂升設(shè)備作為試點(diǎn)測(cè)試。研究發(fā)現(xiàn)，雖然同步精度在常態(tài)下可達(dá)0.05 mm，但在極端工況下其誤差增至0.1 mm且復(fù)雜控制時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間將偶爾超過(guò)設(shè)計(jì)值，影響操作即時(shí)性。針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，本文需進(jìn)一步優(yōu)化控制算法，加強(qiáng)元件質(zhì)量控制，引入更智能的預(yù)測(cè)性維護(hù)策略。

為此，該研究引進(jìn)楊西［1］提出的控制方案、崔廣［2］提出的千斤頂頂升控制技術(shù)。研究人員應(yīng)用本文所提方法與楊西［1］和崔廣［2］的方法進(jìn)行智能同步液壓自動(dòng)頂升設(shè)備的雙軸同步頂升控制。在控制過(guò)程中，該研究將傳感器與設(shè)備位移終端進(jìn)行連接，自動(dòng)測(cè)算設(shè)備的頂升位移。若控制技術(shù)應(yīng)用效果良好，則雙軸的頂升位移變化應(yīng)當(dāng)保持一致；反之，若控制技術(shù)應(yīng)用效果較差，則將出現(xiàn)雙軸頂升位移變化不一致的現(xiàn)象。以此為依據(jù)，本文進(jìn)行雙軸頂升位移的控制實(shí)驗(yàn)，控制效果如圖1—3所示。

從上述圖1—3所展示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，應(yīng)用本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)頂升控制方法，設(shè)備的雙軸頂升位移變化趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)了高度一致，這一結(jié)果充分驗(yàn)證了該方法的有效性和優(yōu)越性。此種高度的同步性不僅提升了作業(yè)效率，還顯著增強(qiáng)了操作的安全性和穩(wěn)定性。相比之下，楊西［1］與崔廣［2］的控制方法在相同條件下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，均未能達(dá)到預(yù)期的控制效果，具體表現(xiàn)為雙軸頂升位移存在顯著偏差，無(wú)法保持同步。

綜上所述，文章提出的基于閉環(huán)反饋的智能同步液壓自動(dòng)頂升控制技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，不僅能夠有效解決傳統(tǒng)方法中的同步性問(wèn)題，還為實(shí)現(xiàn)更高效、更安全的頂升作業(yè)提供有力支持。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，落地抱桿的組建基本實(shí)現(xiàn)了利用液壓倒 "裝架頂升方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械提升方式，但是在兩側(cè)液壓油缸頂升過(guò)程中，不平衡頂升的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。針對(duì)此方面問(wèn)題，文章引進(jìn)閉環(huán)控制技術(shù)，通過(guò)液壓自動(dòng)頂升信號(hào)采集與處理、輸出期望參量干擾抑制、智能同步液壓頂升自適應(yīng)控制，對(duì)智能同步液壓自動(dòng)頂升控制技術(shù)展開了研究。所提方法改變了因油缸受力不均產(chǎn)生不平衡現(xiàn)象的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同工作和自動(dòng)化流程優(yōu)化，加快了建設(shè)的施工進(jìn)度，為作業(yè)安全性提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)

［1］楊西.軋制車輪自動(dòng)分類篩選輸送控制方案設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)重型裝備，2022（2）：10-12.

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（編輯 王永超編輯）

Research on intelligent synchronous hydraulic automatic lifting control technology

based on closed-loop feedback

YU" Jun， ZHANG" Yuqing， CHEN" Tao， WU" Fu， LIN" Tao

（East China Power Transmission and Transformation Engineering Co.， Ltd.， Shanghai 201803， China）

Abstract： In order to improve the accuracy of dual axis synchronous control of lifting equipment， this article introduces closed-loop feedback technology and conducts research on intelligent synchronous hydraulic automatic lifting control technology. This study introduces moving average filtering technology for signal preprocessing. The closed-loop feedback control system takes the output as a part of the input， uses PID based adaptive control technology and combines the output of the controller to dynamically adjust the intelligent synchronous hydraulic lifting according to the synchronization error. The experimental results demonstrate that the application of the designed automatic lifting control method can ensure that the dual axis lifting displacement trend of the equipment is consistent with the height， thereby achieving the expected control effect.

Key words： closed-loop feedback; hydraulic automatic lifting control; synchronization; intelligence