超塑成形機床液壓與氣動控制系統的優(yōu)化分析

張 巖

(齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1發(fā)展現狀

1.1超塑成形機床發(fā)展概況

超塑成形機床在一定程度上跟熱成形機床差不多，主要就是應用于超塑材料的SPF工藝流程。超塑成形機床與正常的熱成形機床又有明顯的不同之處，超塑成形機床工作時有較高的溫度要求，且需要較為精準的控制，所以需要配備相對高效的制熱和制冷系統。再加上成形過程的加載壓力來源主要就是氣壓，所以機床還需要配備一臺與控制系統相匹配的惰性氣源系統。現階段我國國內已經有眾多企業(yè)公司具備提供先進專業(yè)超塑成形設備的能力。

1.2液壓技術的發(fā)展現狀

第一，液壓傳動技術就是以液體作為能量傳遞媒介來實現多方面的機械傳動過程的先進技術。液壓傳動不僅操作方便，其系統結構所具備的自由度較大，方便實現自動化控制，并且其傳動比較大，可以有效實現大范圍內的速度調整。自二戰(zhàn)結束以后，工業(yè)快速發(fā)展，帶動液壓技術進一步發(fā)展，使其逐漸應用于各大工業(yè)領域，雖然我國在液壓技術方面的發(fā)展起步較晚，但是我國的液壓技術發(fā)展趨勢異常迅猛，在保證產品質量的基礎上不斷進行技術創(chuàng)新，液壓技術水平正逐步趕超國際先進水平。第二，伴隨著液壓技術發(fā)展的是其與電力拖動之間的競爭越發(fā)激烈，現階段大部分的數控機床和小型的超塑成形機床基本上都是采用電控伺服系統，液壓傳動逐漸被取締，其主要原因便是液壓系統會存在嚴重的漏油情況，維護性能較差，進一步加大液壓系統的競爭壓力。

1.3氣動技術的發(fā)展現狀

氣動技術就是氣壓傳動與控制技術，其以特定的壓縮氣體為媒介，達到能量傳遞的效果。現階段氣動技術已廣泛應用于礦業(yè)、汽車制造行業(yè)、機械制造行業(yè)以及鋼鐵行業(yè)等多重領域，并逐漸向食品行業(yè)、化工行業(yè)、石油行業(yè)、軍事等各大領域滲透發(fā)展，氣動技術以涵蓋多重先進自動化技術。隨著經濟發(fā)展和技術不斷創(chuàng)新，對氣動技術的要求也在不斷提高，要求氣動技術在不斷提高其自身技術可靠性的同時力求降低成本，逐漸往更全面、更節(jié)能、更精密的方向發(fā)展。

2機床系統優(yōu)化方案分析

2.1系統的實現目標

第一，設計出使機床滿足多種情況下成型要求的液壓系統和氣動系統。第二，分析計算系統加載壓力與時間關系，以圖標形式呈現，實現液壓力與氣動力的同步轉換。

2.2控制方案的設計

自動控制系統就是在無人員現場參加的情況下，整個的工業(yè)生產仍然可以按照儀器設定的效果，進行有規(guī)律的操作控制。以開環(huán)控制系統為例進行設計分析，開環(huán)控制系統只能進行實現單向的控制，輸出端與輸入端之間不存在反饋關系，輸出端數值的大小不會對輸入端產生影響，開環(huán)控制系統的系統組成為“輸入量-控制器-執(zhí)行器-執(zhí)行對象-輸出量”，結構相對簡單，精度要求不高，再加上起先價格相對便宜，所以對于精度要求不高的系統均可采用開環(huán)控制系統。

3優(yōu)化分析

3.1基于傳統PID控制的氣壓控制系統優(yōu)化分析

PID控制是一種線型控制手段，其根據偏差的參數比例、積分與微分的線性組合關系等形成所需的量化要素，進一步達到對所控制對象的控制效果。傳統PID控制中依據參數比例來提高氣壓控制系統的反應能力，依據積分數據抵消系統的靜態(tài)誤差，微分環(huán)節(jié)則可以預防系統出現不穩(wěn)定或者劇烈波動的情況，比例、積分以及微分組合應用便可以滿足各種系統不同的控制需求。

3.2基于神經網路控制的氣壓控制系統優(yōu)化分析

神經網絡能夠適當模擬部分人工智能特性，在非線性綜合應用能力、學習分析能力和自我適應能力方面有較大程度的提升。神經網絡對管控氣壓控制系統之外的零碎干擾、無利噪聲以及受控對象自身所具備的的可變性特征等都具有一定的適應性，在大多數情況下對受控對象模型不存在依賴性，神經網絡控制的優(yōu)勢決定了其自身應用在控制系統中必然多變、靈活。在控制系統中應用SPIDNN控制器時，其輸入系統涵蓋2個神經元，分別用于對受控量給定值與實際值的輸入，而輸出系統只需要用到一個神經元，用于實現對神經網絡的總和量輸出。由SPIDNN管制系統的組成和運算方法可知，SPIDNN控制系統的運算方法并不取決于受控對象的參數，更不需要識別受控對象的數學模型，只需根據控制效果在線自主學習，自動調整網絡的權值，實現控制系統功能。

3.3基于模糊控制的氣壓控制系統優(yōu)化分析

模糊控制器種類與功能多樣，以雙輸入與單輸出的傳輸模式為例，模糊控制器會自動輸入系統誤差和誤差變化率，同時輸出管制量。這種控制器遵循非線性比例以及微分的控制規(guī)律，所以只使用該控制器作為控制系統時，對被控對象的控制會存在靜差。因此，在管制系統的仿真測試中，于模糊控制器外增設一項積分環(huán)節(jié)，用以抵消系統的靜態(tài)誤差。模糊控制規(guī)則下，模糊控制器性能的優(yōu)劣會有直接的體現，模糊控制規(guī)則建設渠道一般來講主要有4種：基于專家經驗和控制知識、基于操作人員的實際工作過程、基于過程所創(chuàng)建的模糊模型以及基于學習的方法。同時，建立的模糊控制規(guī)則要符合完備性、一致性，并且控制規(guī)則要盡可能的少等要求，以使得模糊控制器滿足控制要求的情況下盡可能簡單。多方面總結專家經驗，提高控制知識的基礎方法積累，初步建立模物控制規(guī)則，通過借鑒專家的研究與測試經驗，運用恰當的語言進行具體描述，將模糊控制規(guī)則歸納為if-then的方式。在總結完控制規(guī)則的基礎上，通過整體總模糊關系的設計來實現模糊控制算法的設計。

4結語

綜上所述，隨著經濟飛速發(fā)展，超塑成形機床液壓與氣動控制系統越發(fā)完善，在各大領域都得到進一步發(fā)展，但是現階段仍需不斷創(chuàng)新設計，通過企業(yè)自身不斷進行實踐應用，實現超塑成形機床液壓力與氣動力同步轉換，使生產工作各工序有效進行。