張 慧

（陜西電子科技職業(yè)學(xué)院，陜西 西安 710125）

摩擦焊機(jī)是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其中控制系統(tǒng)是摩擦焊機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的核心，直接關(guān)系到焊接質(zhì)量及系統(tǒng)工藝參數(shù)的控制，包括液壓系統(tǒng)提供的頂鍛壓力、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)。

頂鍛壓力和主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速是決定摩擦焊接質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，直接影響摩擦焊機(jī)的綜合性能是摩擦焊技術(shù)研究的重要環(huán)節(jié)。頂鍛壓力和主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)焊接過(guò)程控制及焊接質(zhì)量的好壞起關(guān)鍵性的作用。

電液控制技術(shù)，具有節(jié)能、可靠性等優(yōu)點(diǎn)，是連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率工程控制設(shè)備間的橋梁，適用于大功率控制，具有一定控制精度的電液控制系統(tǒng)。電液控制技術(shù)已成為現(xiàn)代控制工程的最基本和最關(guān)鍵的技術(shù)構(gòu)成。

比例控制是系統(tǒng)的控制量（輸入或指令）成比例的反應(yīng)系統(tǒng)的被控制量（輸出）的技術(shù)手段，比例控制確保輸出量的大小能夠按照確定的比例隨著輸入量的變化發(fā)生線(xiàn)性變化。

1 焊接系統(tǒng)

摩擦焊接過(guò)程主要是通過(guò)主機(jī)（機(jī)床）、液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分一起來(lái)完成。摩擦焊接的主機(jī)系統(tǒng)包含床身、主軸箱、滑臺(tái)、移動(dòng)夾具、旋轉(zhuǎn)夾具、施力油缸等，其工作過(guò)程是通過(guò)旋轉(zhuǎn)夾具與移動(dòng)夾具夾緊工件，根據(jù)零件工藝要求調(diào)整合適的轉(zhuǎn)速、扭矩、摩擦壓力及頂鍛壓力，確保達(dá)到焊接的精度。液壓系統(tǒng)的作用是提供焊機(jī)各動(dòng)作機(jī)構(gòu)和施力系統(tǒng)的液壓動(dòng)力源、并控制執(zhí)行元件有序的按所需動(dòng)作完成指令。

圖1 摩擦焊接主機(jī)過(guò)程主

2 電液比例控制技術(shù)

圖2 電液比例單閉環(huán)控制系統(tǒng)

圖3 電液比例雙閉環(huán)控制系統(tǒng)

圖4 單閉環(huán)比例施力控制系統(tǒng)建模

圖5 雙閉環(huán)比例施力系統(tǒng)建模

電液控制系統(tǒng)的類(lèi)型和應(yīng)用場(chǎng)合相當(dāng)廣泛，然而一個(gè)實(shí)際的電液控制系統(tǒng)都是有基本原件組成。電液控制系統(tǒng)是由輸入元件、執(zhí)行器、檢測(cè)反饋元件、比較元件放大裝置等組成。比例控制是實(shí)現(xiàn)元件或系統(tǒng)的被控制量（輸出）與控制，并易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

2.1 電液比例單閉環(huán)控制

電液比例單閉環(huán)控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)輸出電壓信號(hào)，通過(guò)比例放大器，調(diào)節(jié)比例溢流閥開(kāi)口；通過(guò)壓力傳感器，將采集的軸向壓力（摩擦壓力，頂鍛壓力）與參考值對(duì)比，控制計(jì)算機(jī)輸出新的信號(hào)，以獲得穩(wěn)定的軸向壓力。

2.2 電液比例雙閉環(huán)控制

本研究中采用電液比例雙閉環(huán)控制，其工作原理為：是在單閉環(huán)的基礎(chǔ)上，將位移傳感器檢測(cè)到的閥芯位移信號(hào)反饋到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，形成第二個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，嵌入原系統(tǒng)內(nèi)。

將位移傳感器檢測(cè)到的信號(hào)與壓力傳感器檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，配合壓力閉環(huán)控制回路調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)輸出電壓信號(hào)，從而形成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)摩擦焊機(jī)軸向施力精度實(shí)現(xiàn)了更好的控制，從而提升了整個(gè)系統(tǒng)的控制特性。

3 摩擦焊機(jī)控制系統(tǒng)建模分析

3.1 單閉環(huán)比例施力控制系統(tǒng)的建模

根據(jù)電液比例單閉環(huán)控制原理將液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)化為：一個(gè)比例方向閥用于轉(zhuǎn)換油路方向及比例調(diào)，控制油缸方向及速度；一個(gè)比例溢流閥用于調(diào)節(jié)軸向壓力、軸向壓力施力油缸。

根據(jù)系統(tǒng)框圖建立系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)：

式中G1(S)為比例放大環(huán)節(jié)Kμ比例溢流閥壓力增益；

G2(S)為比例溢流閥的傳遞函數(shù)；

G3(S)為比例換向閥的液阻傳遞函數(shù)；

H1(S)為壓力傳感器的增益。

3.2 雙閉環(huán)比例施力系統(tǒng)的建模

根據(jù)系統(tǒng)框圖建立系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)：

式中H2(S)為位置傳感器的增益。

4 結(jié)論

通過(guò)單閉環(huán)控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)調(diào)節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間縮短了，控制的精度提高了。

由此我們可以看出雙閉環(huán)控制系統(tǒng)在摩擦焊機(jī)液壓控制系統(tǒng)中使用的必要性，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)具有更快捷穩(wěn)定的特性。