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2014-08-12 浏览:3723次 关键词:

密封条涂胶机技术资料---自动涂胶机压力控制系统设计与仿真
 
1引言
    涂胶机是随着汽车工业中密封工艺的改进而产生和发展的。最初变速箱、发动机壳体等密封采用纸垫,随着对密封性能要求的提高,密封工艺的改进,在密封结合而上直接
涂胶代替纸垫。同时,挡风玻璃、灯具等也需要密封涂胶。涂胶质量的好坏直接影响汽车的外观和使用寿命,因此为了保证汽车生产质量就要提高涂胶机的涂胶精度。日前,自动涂胶机的涂胶质量除了与涂胶设备的硬件结构设计有关外,最重要的与胶液的温度和定量机的压力控制有关。对胶液进行温度控制,通常采用PID控制已能满足需要这里不再详述。而定量机的压力控制是涂胶机控制系统的核心部分,最重要的是要控制好定量胶枪内的胶液压力以及涂胶过程的活塞速度。为了达到其定位精确、响应快、出胶定量且流速均匀等要求,将涂胶动作分解为预压、涂胶和充胶三个连续的过程。并对预压和涂胶过程进行分开控制,这种分开控制的优点在于涂胶时定量机内已经进行了预压处理,从而优化了涂胶控制的初始阶段,保证了涂胶过程的均匀性和流速恒定的特点C i7。本文卞要对预压压力控制分别尝试用模糊控制、PID控制以及模糊PID复合控制,并利用Matlab /Simulink工具对其控制效果进行了仿真验证。通过比较表明,在预压压力控制系统中应用模糊PID复合控制方法可使得预压过程响应快速且控制精确。
2涂胶机的原理

    涂胶机的整体布局如图1所示。系统控制对象为定量胶枪,由伺服电机驱动定量胶枪内的螺旋杆进行预压、涂胶和充胶的动作。定量机是涂胶机的重要组成部分,是影响涂胶质量的关键因素。

2.1定量机结构
    定量机的各组成部分如图2所示,其工作过程如下:初始时活塞在下,螺旋杆在上。填料时填充电动阀打开,使胶液经入口进入料室,上胶机将产品推入料室,活塞在压力下
上升直至触及螺旋杆。挤压时挤压电动阀打开,活塞下移使胶液经出口挤出,其速度取决于机器人所选定的流量,所放置的产品体积由活塞的位移算得。

2. 2定量机预压模型
    对于卞控制对象定量机,预压时交流伺服电机的输出为角位移,输入为控制电压,因此传递函数:
减速器的传动比:
    预压时进胶阀和出胶均关闭,定量机相当于一个密闭的容器,液体受压时体积减小,内部压力增人。它们之间的关系用液体的压缩性系数表示。压缩性系数指受压液体在变化单位压力时引起的液体体积的相对变化量。
    参看图3,假定压力为P时,液体体积为V;压力增加为P+Δp时,液体体积为V一Δv。根据定义,液体的压缩性系数如下:
式中,β为液体的压缩性系数; ΔV为液体的压力变化所引起的液体体积变化值; Δp为液体的压力变化值。

压力增人时,液体体积减小,反之则增人,所以ΔV/V为

负值,由式(2)可得:
因此有:
则定量机内的压力与活塞的位移之间可近似看成比例关系,因此伺服电机总的传递函数为:
式中 为螺纹间距;s为活塞而积;,n为减速器的传动比;r为螺杆半径;;v为定量机的体积;;T为时间常数。
 
3模糊PID控制器的设计
    预压时采用模糊PID控制,可以缩短预压时间,并且在保压时能有效防比压力外泄。模糊控制的核心部分是模糊控制器,模糊控制规律由计算机的程序实现。
3.1模糊控制
    实现模糊控制算法的过程描述如下:微机经中断采样获取被控制量的精确量,然后将此精确量与给定值比较得到偏差信号。一般选偏差信号。和偏差变化率。。作为模糊控制
器的输入量,对它们进行模糊化变成模糊量。偏差。和偏差变化率ec的模糊量可用 相应的模糊语言表示,得到偏差。和偏差变化率ec模糊语言集合的一个子集E和EC,再由E,EC和模糊控制规则R(模糊算子)根据推理合成规则进行模糊决 策,得到模糊控制量U,再将U解模糊,便可得到精确的控制量ucau。
    具 有上述模糊控制器的系统方框图,如图4所示。图中r为系统设定值(精确量);e,ec:分别为系统误差与误差变化率(精确量);E,EC分别为反映系统误 差与误差变化率的模糊集合(模糊量);u为模糊控制器输出的控制作用(精确量);y为系统输出。本系统中r=15bar;e=[-15 bar+15bar];ec;= [-3 +3};u= [0 +10v}(压力的单位为1巴(bar)=100,000帕(Pa)=10牛顿/平方厘米)。

  为了进行模糊化处理,必须将输入变量从基本论域转换到相应的模糊集域,这中间相差一个因子,即量化因子Kr,K每次经模糊控制算法给出的控制量还不能直接控制对象,还必须将其转换到为控制对象所能接受的基本论域中去,这中间也相差一个因子,即比例因子K。设计一个模糊控制器除了要有一个好的模糊控制规则外,合理地选择模糊控制器输入变量的量化因子和输出控制量的比例因子也是非常重要的。量化因子凡,凡及比例因子式的人小对控制系统的动态性能影响很人。一般只能初步选择,在系统调整时再根据系统的输出特性进一步确定。
    每一次控制过程结束后,都要根据被控对象的输出响应特性与要求的性能进行比较,根据系统的实际情况,依据量化因子K ,K及比例因子K,的人小对控制系统的作用调整其参数[。经过多次调整,选取适当的量化因子和比例因子,逐步改善被控对象的动态性能和静态性能,最终满足系统的要求。
    选定模糊控制器的语言变量及其所取的语言值,分别建立语言变量的赋值表。表1、表2和表3分别是用在本文中的语言变量E,EC和U的赋值表,其中空自处为0。

模糊控制模块流程图如图s所示。自一先设置量化因子KF , KF汗日比例因子K,。然后将得到的压力误差e、和压力误差变化率eck模糊化,通过查询模糊查询表得到模糊控制量Uhe最后将压力控制量精确化后再输出,即uk。

4仿真研究
    取定量机参数如下:1 = 0. 3cm , S = 50c㎡ n = 1 /36,r=3cm,V=2000cm³,T=0. 3,p=6 x 10-6 cm2 /N2,k,=9. 18则k=6.6,由式(5)求得:
G(s)=6. 6 ‘(U. 3.s+1)
(6)为了比较这三种控制算法的控制效果列举两组系统参数选择:
    1)K=5;K=1. 5;Ka=5;Kr=0. 1;K=0. 03;K,=4;e1= 1. 5 (e1为模糊控制与PID控制的阀值)时。为了比较将模糊控制和PID控制时的仿真曲线绘制在一张图上如图7所示,采用模糊PID复合控制的仿真响应曲线如图8所示。

2)K=7;K=0. 02;Ka=5;Kr=0. 07;KF}=0. 033;K,=4;e1 -0.5时,分别采用模糊控制和PID控制的仿真曲线如图9所示,采用模糊PID复合控制的仿真响应曲线如图10所示。
    从两组仿真结果可以看出,模糊控制时响应速度很J决,但稳态时存在稳态误差。而PID控制虽然没有稳态误差,但响应速度要比模糊控制慢很多。而模糊PID复合控制则兼顾了两种控制的优点,响应迅速且没有稳态误差,因而控制效果较好。从第一组和第_组的仿真曲线也可以看出第_组的控制效果要优于第一组,因而,在实际的参数调y过程中要反复尝试,找到最佳的参数值。

5结束语
    本文在分析了传统PID控制方法和纯模糊控制方法的基础上,结合两者的优点,提出了模糊PID控制策略,并尝试将其应用到定量机的预压控制中。实践证明应用这种控制算法使得预压过程响应快速且控制精确。该系统的成功开发对提高工作效率、改善产品质量、减轻工程技术人员的工作强度都具有很人的意义。对整个系统进行调试时,采取各利‘措施排除现场各种干扰,寻找较优的控制参数。使系统在现场能安全稳定运行,满足涂胶的严格要求。总的来说,本文采用的模糊PID控制理论在涂胶机控制系统中的应用是比较成功的,该研究成果适合现代涂胶工艺的要求,具有很好的实用性和可行性,为今后的深入研究和性能改进奠定了一个很好的平台。

 
 

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