./WORD格式整理版摘要本次設計的是一個電液比例伺服成型計算機控制。其工作的最高壓力為12噸,液壓系統提供的壓力為16Mpa,最大流量為40L/min。本次設計經過對電液比例伺服成型機的工作原理、工藝流程、工作特點、液壓回路的深入解的前提下,對液壓系統、機械結構設計、計算機控制系統及PID控制算法進行了合理的設計,并采用軟件技術實現PID控制參數的智能化自動整定,并利用整定后的控制參數控制比例伺服閥的運行過程,最后利用數字化實現PID調節的過程,并且在Visualbasic6.0環境下完成控制程序的編制。從而使得電液比例伺服成型機工作平穩,自動完成成型過程。通過設計合理的控制算法,使得控制系統能獲得較高的響應速度、穩定的控制精度和良好的控制效果。關鍵詞：壓力成型,計算機控制系統,PID控制算法,VB6.0。ABSTRACTThiswhattimedesignisacomputercontrolpressuremouldingmachineryforaproportional-undRegeventileproportionalandservosolenoidvalvesValvesproportionnellesetservo-distributeurs.It’spressurethatworkthattallestpressureis12tons,Hydraulicpressuresystemtoprovideto16Mpa,Thebiggestdischargeto40L/min.Thisdesigninghasbeenworkedtheproportional-undRegeventileproportionalandservosolenoidvalvesValvesproportionnellesetservo-distributeurstypemachineprinciple,craftprocess,workthecharacteristics,Hydraulicsystemthebacktrackdeepintothesolution’spremisenext、designhydraulicsystem,machineconstructiondesign、computercontrolsystemandPIDarithmeticofcontrolproceedreasonablely.AndadoptionthesoftwaretechniquerealizesPIDcontrolparameterofintelligenceautomaticadjust.Andmakeuseofwholecontrolparametercommandproportionnellesetservo-distributeursmovementprocess.AndfinallymakeuseofthearithmeticfigurerealizethePIDprocessmodulation,andcompletetocontroltheestablishmentoftheprocedureunderthevisualbasic6.0entironment.Frombutmaketogiveotgetanproportional-undRegeventileproportionalandservosolenoidvalvesvalvesporportionnellesetserov-distributeurspressuremouldingmachineryworkissteady,andautomaticallycompletemouldingprocess.Passthecontrolofreasonabledesigntherationalizationofcontrolarithmetic,andmaketocontrolthesystemtocanacquiretheuppertorespondofthevelocity,stablecontrolaccuracywiththegoodcontrolresult.KEYWORDS:PressureMoulding,ComputerControlSystem,PIDControlArithmeticway,VisualBasic6.01.前言目前,國內所使用的中、小型壓力機以四柱式壓力機為主,由于液壓傳動本身的優點,特別是便于傳遞較大的力和力矩這一特點,所以在許多壓力機中采用液壓系統對機器進行控制,如液壓機、鍛壓機、成型機等。1.1電液比例成型機的簡介傳統的壓機系統采用是普通的液壓閥,以致液壓系統非常龐大,而且維護困難,采用行程塊定位,重復定位精度不高。近年來,隨著微電子技術的飛速發展,微型計算機在鍛壓生產中得到了廣泛的使用。微機的應用大大提高了鍛件的產品的質量,提高了節省了原材料,降低成本,明顯地提高了工作效率,并改善了工人的勞動條件,具有明顯地提高生產效率,顯著地有經濟效益和社會文化效益。目前,液壓機的計算機控制有兩大類,一類是由微型計算機構成,的控制系統。另一類是由可編程控制器〔簡稱PLC構成的控制系統。由于機電一體化技術的迅速發展和計算機技術的日益普及,電液控制系統已在工程上普遍得到應用,而且新開發的設備絕大部分由計算機進行控制,這樣既經濟又可以采用各種控制策略控制,使系統的性能更完善。電液控制器件也逐步成為機電一體化的產品如伺服缸、比例缸、數控缸等,這些元件將電液控制閥、液壓缸、檢測元件等組成一體,便于使用。有的電液控制閥也將控制放大器和電-機械轉換器、液壓閥等組成一體。這樣,電液控制系統的使用將更為方便和可靠,應用將更普及。采用計算機電液控制的壓機,實現在工藝過程自動化及提高各運動部分的控制精度,在生產過程中顯示出以下優點：〔1節省原料,飛邊減少。〔2冷卻時間縮短,調整時間較短。〔3降低了廢品率,生產效率得到提高。〔4更均一的產品,以前不可生產的制品。1.2本選題研究的意義根據流控專業培養目標及專業教學計劃大要求,按高校教改的需要,應加強實踐教學環節努力提高學生的動手能力。機械專業為拓寬專業方向也應開設微機電液控制方面的實驗教學。以滿足專業課教學需要,努力提高實驗課教學水平。由于計算機技術和自控理論的應用,本實驗臺不但可測試典型的電液位置控制系統的靜動態性能參數,而且可以實現典型的壓力成型機的工況。實驗臺可實現自動工作循環,并具有一定的生產,加工能力。投入較少資金設計,制造高水平,高精度實驗,生產設備。購置一臺最基本的液壓伺服系統測試實驗臺需15萬左右,而自行設計制造的是液壓伺服控制系統的實驗臺,僅需10萬左右。從經濟性、實用性和理論研究上都有研制開發的必要性和可行性。1.3設計的主要方法和內容設計的主要內容如下：1.電液比例伺服成型機的工作原理及其結構。2.電液比例伺服成型機的工藝流程、液壓系統、機械結構。3.計算機控制系統,PID調節軟件的設計。設計的主要方法是采用面向對象的程序語言實現成型機的自動成型過程,使用反饋控制系統,并且選擇合理的控制算法,從而達到成型機平穩工作的目的。2.總體設計2.1綜述液壓機是用來對金屬、木材、塑料等材料進行加壓力加工的機械,也是最早應用液壓傳動的機械之一。液壓傳動目前已成為壓力加工機械的主要傳動形式。液壓機液壓傳動系統是以壓力控制為主的系統,由于液壓傳動用于機器的主傳動,系統壓力高、流量大、功率大,因此特別要注意提高系統的效率,而且要防止泄壓時產生沖擊。液壓機根據其工作循環要求有快進、減速接近工件及加壓、保壓延時、泄壓、快速回程及保持活塞停留在行程的任意位置等基本動作。2.2明確設計要求制定基本方案2.2.1設計要求1．通過軟件可設計成型曲線。2．自動完成成型過程。3．控制算法合理。4．成型機工作平穩。2.2.2設計參數系統額定壓力16MPa。系統額定流量40L/min。油缸最大輸出推力12噸。2.2.3制定控制系統的基本方案壓力機的典型工況有,位置控制、速度控制、壓力控制等,根據壓力機的典型工況和工藝過程,現把系統分成兩個控制過程,一個是位置控制系統,另一個是壓力機工況,同時采用位置傳感器和壓力傳感器進行反饋。另外,分別對這兩個系統設計不同的PID控制算法。利用反饋環節來提高系統的加工精度,抗干擾、噪聲的能力,使壓力機過程工作平穩。3.詳細設計3.1機械結構的設計結構的選擇從壓力機系統的高強度、剛度的要求出發,選擇典型的四柱式為基本結構。這種液壓機在它的四個立柱之間安置著液壓缸,液壓缸驅動上滑塊運動。實現"啟動快速下行慢速加壓保壓延時快速返回原位停止"的動作循環；具體機械結構如圖紙2所示。強度、剛度的計算強度計算油缸的的最大輸出壓力為12噸,所以總的拉力：FZ=12×1000×9.8=117600N所以,每個桿上所受的力為：F=FZ/4=117600/4=29400Nd——桿的直徑,F——桿的受的拉力,——許用應力。材料為45鋼,=360Mpa,取安全系數n=4,則=/4=90Mpa取d=40mm>20.34mm,所以選擇用d=40mm是合適的,滿足強度要求。有限元計算因為機械結構為四柱式,可以把機械系統簡化成一個箱體的形式,由材料力學的知識,在有限元中,具體是把箱體分為上板、下板和軸,簡化結果如下圖、進行有限元分析。在連接立柱的孔上加上X、Y、Z三個方向上的約束,在中間的大孔上加上向下的壓力,FZ=117600N,板厚為75mm,經過ANSYS分析之后得到在大孔的邊緣所受的應力最大,各種分析結果云圖見附頁,具體結果如下：劃分單元數8979個,結點數2209個結點。最大應力點在179、160、20號結點上其值為：MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE17916020VALUE-0.58094E-05-0.50946E-05-0.26723E-04下板的簡化模型圖如下：在連接立柱的孔上加上X、Y、Z三個方向上的約束,在中間連接液壓缸的螺栓孔上加向上的壓力,FZ=117600N,板厚為75mm,經過ANSYS分析之后得到在連接液壓缸的邊緣所受的應力最大,各種分析結果云圖見附頁。具體結果如下：劃分單元數32001個,結點數6614個結點。最大應力點在188、181、101號結點上其值為：MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE188181101VALUE-0.10913E-04-0.13691E-040.56048E-04上板的簡化模型圖如下：在立柱的螺栓連接端加上X、Y、Z三個方向上的約束,在另一端加上拉力,FZ=29400N,經過ANSYS分析之后得到在軸的中間所受的應力最大,各種分析結果云圖見附頁,具體結果如下：劃分單元數30850個,結點數6295個結點。最大應力點在7、2031、53號結點上其值為：MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE7203153VALUE-0.10507E-09-0.97792E-10-0.55560E-08軸的簡化模型圖如下：由以上兩種方法可得,所設計的機械結構滿足強度、剛度要求。3.2液壓系統的設計液壓油源的選擇系統工作壓力高,省材料,結構緊湊,重量輕,是液壓系統的發展方向。從控制系統的功能來看,執行機構不僅需要具有拖動負載的力〔或力矩,而且要保證一定的速度。此二參數都要由能源來決定,例如負載力除以液壓缸活塞有效面積即是負載壓力,而速度乘以活塞有效面積又是負載流量。負載壓力與負載流量都由伺服閥來提供的,因此存在一個負載力和負載速度與伺服閥的流量和壓力的匹配問題。從各方面的綜合考慮,初選液壓油源的壓力為31.5Mpa。伺服油缸的設計計算及選擇根據負載情況及系統的要求選擇合適的元件,一般首先確定液壓動力元件,并由此選擇液壓源及相應的電控器件。以所要求油缸的最大推力為設計依據,計算伺服油缸的作用面積。F=117600NF=PAA=πd2/4根據液壓缸的缸筒內徑尺寸系列,選取液壓缸的缸筒內徑為63mm。根據廠家提供的產品,選擇伺服油缸的型號為：型號：CKP20-63/45×0200-G208KCK系列帶內置傳感器的伺服油缸。缸的內徑是63mm,活塞桿徑為45mm,有效長度為200mm。前端緩沖,抗摩性,速度可達1m/s。傳感器：電阻式,線性度0.025％,最高速度1m/s。可重復精度<0.01％,最大行程200mm。性能：電阻=0.75KΩ/100mm<誤差20％>-絕緣電阻=>1000MΩ在500VDC時最大功率=0.3W/cm在25○C時提供功率=0～10VDC平均壽命30×106周期〔行程100mm比例伺服閥的選擇以前的液壓壓力機都采用普通的液壓閥組成回路,一個突出的缺點是使用閥的數目很多,而且布管困難,檢修維護復雜等。隨著電液比例技術的出現,由于液壓比例技術具有價廉,對油質要求不高,便于維護和在一定程度上滿足適時控制動態響應要求等特點,因而形成了用比例閥代替伺服閥的趨勢,再結合編程實現,利用調節器進行控制。因此,選擇電液比例伺服為系統的控制閥,其具有伺服閥的特點,又具有比例閥的性能。能同時實現方向控制和流量控制,而且能夠成比例的控制流量。電液伺服比例閥的性能參數如下：型號：PL-NG-10帶集成放大器的具有位置控制的電液伺服比例閥。單電磁鐵,輸入電壓10V最大流量,Q=100L/min。最大壓力,P=35Mpa滯環0.2％,頻響65Hz最大壓降1MPa。零開口,零位泄漏QC=0.1L/min液壓回路的設計液壓機是用來對金屬、木材、塑料等材料進行加壓力加工的機械,也是最早應用液壓傳動的機械之一。液壓傳動目前已成為壓力加工機械的主要傳動形式。液壓機液壓傳動系統是以壓力控制為主的系統,由于液壓傳動用于機器的主傳動,系統壓力高、流量大、功率大。壓力機根據其工作循環要求有快進、減速接近工件及加壓、保壓延時、泄壓、快速回程及保持活塞停留在行程的任意位置等基本動作。在快慢行程轉換時,為避免沖擊振動,必須要有減速回路。加壓、保壓延時要有保壓回路。快速回程時為防止液壓沖擊,產生水垂現象振動和噪聲等必須要有泄壓回路。保持活塞停留在行程的任意位置必須要有平衡回路。保壓和泄壓是壓機必須考慮的兩個問題：保壓直接影響工件制品的質量。泄壓是泄掉保壓時主機的彈性形變,油液的壓縮和管道膨脹是形成的高壓。它影響系統沖擊、振動和噪聲、密封、管路、閥門的壽命。保壓回路的設計：保壓的性能是指保壓時間和壓力的穩定性。以下是幾種實現保壓方案：用液控單向閥保壓：在主缸進油路串接液控單向閥,利用錐閥座具有自密封性實現。一般指標：在20MPa下可保壓10minΔP<2MPa。使用場合：適于保壓要求不高,保壓時間較短,保壓中無大振動。輔助泵保壓：保壓回路上增設小流量高壓泵自動補油保壓：用液控單向、電接觸式壓力表和泵時開時停方式。指標：保壓時間長,壓力波動不超過1～2MPa。蓄能器保壓：采用小型隔離式重錘蓄能器,節約功率,壓力基本不降,蓄能器加在主缸與液控單向閥之間進油路上。蓄能器出口設單向節流閥,防止換向閥切換時,蓄能器突然卸壓造成沖擊。指標：保壓24小時,ΔP<0.1～0.2MPa。小型保壓缸保壓：控制卸壓速度措施：延緩換向閥切換時間：用帶阻器,H或Y型電液換和閥。利用液壓控制：當主缸壓力降至允許壓力時,才自動發出回程信號,在主缸沒保壓時,能及時發回信號節約輔助時間。泄壓回路有以下兩種方案：第一種方法：復式液控單向閥利用回程高壓油控制液控制單向閥使主缸上腔完成泄壓和回程排油。應用廣泛。因卸荷閥控制壓力較小,只需工作壓力的0.05倍左右。故換抽閥切換后液控單向閥,控制活塞首先頂開卸載,閥進行卸壓,直至上腔壓力降到預定值<1～1.6MPa>。液控單向閥主閥芯被頂開接通主油路,實現回程。另外,若主泵流量過大,會出現上腔壓力來不及泄完,下腔已達高壓,使卸載閥和主閥芯被同時頂開,造成上腔突然放油,使活塞向上"前沖"。上述方法適于小型機或主泵流量較小的場合。第二種方法：利用順序閥控制回壓力實現卸壓。保壓后換向,1DT上腔高壓打開順序閥,此時油液從泵->順序閥->節流閥->油箱。由于節流閥背壓。作用主缸下腔壓力〔可調至2MPa不足以使活塞回程。但可頂開液控單向閥的卸壓閥芯使上腔泄壓。泄壓中泵低速運轉,當上腔壓力降至順序閥調定壓力時〔一般2～4MPa。順序閥切斷泵低壓循環。油壓升高頂開液控單向閥主閥芯,使缸上腔油路暢通,活塞回程。比較以上兩種方法,我們選擇第二種方案。因為考慮到其它的回路及系統的復雜性,在此基礎上我們只要比例閥在中位時即可,配以閥的時開時閉就能形成保壓回路。閥在中位時,且1DT得電就可以形成平衡回路。使活塞可靠的停在任意位置。這樣既簡化了液壓系統,又降低了成本,使系統易于維護和檢修。3.3系統數學模型的建立計算機控制系統的設計即是一個理論問題,又是一個工程實踐問題,它既包含自動控制理論與系統。計算機技術與計算方法,也包括自動檢測技術與系統。就計算機控制系統而言,包括"硬件"和"軟件"有關的兩個部分。硬件部分主要是計算機本身及接口電路。軟件部分包括系統數學模型的建立、控制算法的選擇、應用程序的編制。此外,還需要掌握生產過程的工藝特點。以及被控過程的靜、動態特性。因此計算機設計是一個很復雜的多學相結合的課題。數學模型是描述控制系統運動規律的數學表達式,有了數學模型。計算機才能按照預定的規律去調節和控制系統的運動。在設計系統時,要根據被控對象的物理性質和控制系統的具體要求來建立數學模型。建模的一般方法是,先用微分方程或狀態方程表示,這是關鍵的一步。但建立一個復雜的數學模型要把主要精力放在生產現場上,熟悉工藝流程,摸清生產規律,結合應用數學的一些計算方法,才能建立起精確地反映生產過程的數學模型來。反之這,若我們把注意力集中在計算機本身,對現場調查方面做的不夠,這樣即使把計算機控制系統設計出來,也往往由于數學模型脫離生產過程的實際情況而不能成功。系統的工作原理和結構：壓力機是一種用靜壓來加工金屬,塑料、橡膠、粉末制品的機械,在許多工業部門得到了廣泛的應用。電液比例伺服成型機也是壓力機的一種。我們采用的四柱式壓力機,適用于中、小型的壓力加工。這種壓力機在它的四個立柱之間安置液壓缸,液壓缸驅動帶著模具的壓頭,實現"快速下行—>慢速加壓——>保壓延時——>快速返回——>原位停止"的循環動作。在這種壓力機上,可以進行沖剪,彎曲,翻邊,拉伸裝配,冷擠成型等多種成型加工工藝。壓力機由立柱、壓力機機架、伺服油缸、比例伺服閥、控制閥、液壓油源、模具、控制計算機等組成。系統原理圖如下：壓力機系統方框圖如下：計算機干擾干擾設定電壓U控制對象壓力傳感器位移傳感器A/D液壓缸比例閥放大器D/A壓力傳感器位移傳感器A/D液壓缸比例閥放大器D/AA/DA/D壓力機的工藝過程圖如下：位移原位停止原位停止200快速下行慢速加壓快速返回延時保壓0t1t2t3t4t5時間〔t壓力機根據其工作循環要求有快進、減速接近工件及加壓、保壓延時、泄壓、快速回程及保持活塞停留在行程的任意位置等基本動作。當有輔助缸時,如要求頂料,則有頂料缸活塞上升、停止和退回等動作；薄板拉伸則要求有液壓墊上升、停止和壓力回程等動作；有時還需用壓邊缸將料壓緊。系統的組成及工作原理系統由計算機、電液比例伺服閥〔帶集成放大器、伺服液壓缸〔帶位移傳感器、和壓力傳感器等組成,如下圖。當計算機給出電壓信號Ui控制系統就產生相應的壓力使工件受力。變形。經過位移傳感器和壓力傳感器反饋回來信號uf,經過比較器與ui比較后產生偏差信號電壓ue,此信號電壓ue再經比例伺服閥傳到油缸活塞上,使負載力向著減小偏差方向變化,直到負載力等于指令信號所規定的值為止。在穩態的情況下,負載力與偏差信號成比例的,因為要保持一定的負載力就要求比例伺服閥有一定開度,因此它是一個無靜差系統,這個系統的開環傳遞函數中含有積分環節。D/A比例伺服閥計算機uiueD/A比例伺服閥計算機uf壓力傳感器A/D伺服液壓缸壓力傳感器A/D伺服液壓缸系統組成圖系統的技術指標一個具體的液壓控制系統和液壓傳動系統一樣,總要滿足一些基本的技術指標,如系統的所有的零部件都應有足夠的強度和剛度,執行元件必須要輸出足夠的力和運動速度,系統要有正常工作的環境條件等等。除了這些常規的技術指標外,還有控制系統特有的技術要求,如系統的穩定性,快速性和系統的控制精度〔即誤差的大小,即穩、準、快。1.穩定性由于系統存在慣性,當系統的各參數配合不當時,將會引起系統的振蕩而失去工作的能力。因此,任何一個控制系統,要想令人滿意的工作,首先應該是穩定的,也就是說應該具有這樣的性質：輸出量偏離給定的輸入量的初始值應該隨著時間增長逐漸趨近于零。因此穩定性的要求應該考慮到滿足一定的穩定裕度,以便照顧到系統工作時參數可能發生的變化。2.準確性準確性是指在調整過程結束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差。稱之為靜態誤差或穩態精度。我們總是希望由一個穩態過渡到另一個穩態,輸出量盡量接近或復現給定的輸入量,或者說要求穩態精度要高。由于外干擾和給出定的信號在一定時間內總是還可能看成是相對地不變的。3.快速性快速性是在系統是穩定的前提下提出來的。所謂快速性就是指當系統的輸出量與給定的輸入量之間產生偏差時,消除這種偏過程的快慢程度。可見快速性是衡量系統性能的一個很重要的指標。3.3.1位置控制1.設指令信號電壓與反饋信號電壓相比較得出偏差信號電壓為：ue=ui-uf=ui-kfxp式中：ui——指令信號電壓；uf反饋信號電壓；kf位移傳感器增益；xp活塞位移。如果忽略比例伺服閥放大器的動態,則其傳遞函數為：Δi=kaΔue式中：Δi比例伺服閥放大器輸出的差動電流。2.比例伺服閥的傳遞函數為：式中：Xv比例伺服閥閥芯位移；Ksv比例伺服閥的增益；GsvKsv=1時伺服閥的傳遞函數。現在比例伺服閥是NG-10帶集成放大器的,額定流量為100L/min,最大壓力35Mpa,滯環0.2％,頻響為65Hz〔5％輸入信號。零位漏損Qc=0.1L/min,額定電壓為10V。ωsv=65×6.28=408.2rad/s.ζsv=0.5故比例伺服閥與放大器的傳遞函數由廠家提供的資料可知。式中：ωsv比例伺服閥固有頻率；ζsv比例伺服閥的阻尼系數；Kq比例伺服閥的流量系數。流量增益：Kq=84x10-3/8x60=0.63m3/v.s壓力增益：6/2=1.26x107N/m2.v流量-壓力系數：Kc=0.63/1.26x107=5x108m5/s.N代入具體的數據后閥的傳遞函數為：3.液壓缸-負載的傳遞函數：已知伺服油缸的缸徑為D=63mm,桿徑d=45mm,行程H=200mm.A1A2hkhRhk+hR=200mm所以,hk=82mm閥到油缸的總容積:Vt=hk*A1+hR*A2+Vg-3+0.118x1.526x10-3=4.47x10-4m3液壓剛度為：因為系統用的是40號液壓油,由手冊查得,βe=7x108N/m2粘性阻尼系數,βp=1.6x107Ns/m流量方程：QL=KqXv-KcPL流量連續性方程：QL=ApsXp-CtpPL+Vt/βesPL力平衡方程：FL=Ms2Xp+BLsXp+KsXp設,KqApFLKqApXvXp液壓缸的系統方塊圖位移傳感器電阻式位移傳感器,有效長度為H=200mm,輸出電壓為0~10V所以,位移傳感器的傳遞函數為:G1<S>=K1=50V/m壓力傳感器壓力變送器,測量范圍0~30Mpa,輸出電壓為,0~5VKs所以,壓力傳感器的靈敏度為:P1XvG2<S>=K2=1/6V/MPa當位置控制時,設FL=0。P2液壓缸的傳遞函數為:KhXpmm液壓缸的固有頻率為:FL液壓缸-負載的簡化模型液壓缸的阻系數為:-50GSvKa50GSvKa位置控制系統方塊圖系統分析系統的開環傳遞函數為:根據系統要求和穩態精度,頻寬與系統類型之間的關系,可以近似確定系統的開環增益KV,下面試按系統穩態精度要求來初步確定系統的開環增益KV,首先根據系統總的精度要求進行誤差分配。設計系統的定位精度為R1=2μm,按系統的參數和所選用的元件的精度,將誤差分配如下：1.由伺服閥、電氣元件的零飄、死區、滯回引起的誤差以及由液壓缸、軸承座等摩擦力等引起的誤差ΔeG為R1×5％2.由位移傳感器在0.1mm內引起的誤差Δew為R1×60％。3.由輸入信號引起的誤差Δe1為R1×20％。4.由負載力引起的誤差ΔeL為R1×15％。為繪制波德圖方便,先計算由輸入信號引起的誤差來初步確定系統的開環增益KV’,由于系統是I型系統,所以。Δe1=0.1×10-3/KV’=R1×20％=0.4×10-6m因為KV’>>1,將上式改寫一下即可得KV’=0.1×10-3/Δe1=250即在波德圖中,ω=1處,幅值增益應為20lg250=48dB系統才達到精度要求。系統的開環增益為:KV=0.63×64885.2x50×Ka=2043883.8Ka根據系統開環傳遞函數可以繪出系統的波德圖.如下圖:68L<dB>20lg2511.89-120lg250240408.21102.9111.18dBW<rad/s>-3-5-90W<rad/s>35.69。-180-450由圖可得20lgKV=68dB,所以KV=2511.89Ka=KV/2043883.8=2511.89/2043883.8=0.123A/V系統的開環幅值裕量為:求Wg值:求得:Wg=348rad/s所以,Kg=1.386Kg=20logKg=11.17dB系統的開環相位裕量為:求Wc值,需滿足下面的等式:求得:Wc=240rad/s求公式如下:所以求得:頻帶寬為:所以快速性基本滿足要求.計算穩態的跟隨誤差。從開環傳遞函數看,此系統為Ⅰ型系統。階躍輸入引起的穩態誤差為零。速度輸入引起的穩態誤差為:mm因此,上述計算結果表明,系統的穩態位置誤差大于R1=2μm,應該對系統進行校正。為此,在系統中增設比例積分環節即可。其傳遞函數為,Kp為比例放大增益。取系統的開環增益為KV=3000,Kp=1.2則系統的開環傳遞函數為：幅值裕量Kg=12dB相位裕量系統的頻寬可見系統采用比例積分校正后,滿足了設計要求,系統的靜動態性能更為合理。壓力機工況由上可知,位移傳感器、壓力傳感器的傳遞函數為：位移傳感器的傳遞函數為:G1<S>=K1=50V/m壓力傳感器的傳遞函數為:G2<S>=K2=1/6V/MPa閥的傳遞函數為：液壓缸-負載的傳遞函數由機械設計手冊第四卷可得,系統的簡化方塊圖如下。GV<S>KaGV<S>UieQXpPGV<S>KaGV<S>--50V/m501/6V/MPa1/6壓力機工況系統方塊圖負載的粘性和液壓缸的泄漏均很小,即BL=0,Ctp=0則Kce=Kc=5×108m5/S·N系統剛度：Ks=2.512×106N/m液壓剛度：液壓缸固有頻率：伺服油缸一般取ζh=0.1～0.2,這里取ζh=0.2液壓缸的流量系數：取伺服閥芯直徑d=6mm則面積梯度W=πd=18.9×10-3m,伺服閥閥芯與套間隙可取rc=5×10-6m。40#液壓油絕對粘度所以,因為考慮到壓力機工況下的工藝流程,在快速下行時,只要考慮壓力即可,位移值我們可以不關心,在壓力達到設定值時,這時位移才有實際意義,這個位移是控制工件壁厚和精度的,非常重要,這時的壓力值作用不是很大,在保壓時,位移又不是主要的,因為我們的壓力很大,即使有1MPa的波動工件的壁厚也不會有變化,所以在這個過程中,我們只要保證壓力保持在一定的范圍以內就可以完成壓力成型的要求。所以在設計控制算法的時候,能夠把它們分開來設計。有利于簡化控制算法。快速下行時,壓力起主要作用,這時把位移位傳感器的值屏蔽。即開環傳遞函數為：根據以上可繪制波德圖,其開環頻率特性有四個轉折頻率1=20.34rad/S2=224.12rad/S,3=408.2rad/S,4=1102.9rad/S。其中關鍵是1、3。由圖可得系統的開環增益K=45.8dBL<dB>45.8201.55224.12408.21102.9020.347.78W<rad/S>0W<rad/S>46.5-180-270系統的開環幅值裕量為：1.47Wg=348rad/SKg=20log<kg>=7.78dB系統的開環相位裕量為：γ=180+求得,Wc=201.55rad/Sγ=46.5頻帶寬為:Kv=Ka×0.63/6×1.26×107/1.96×106=9.88所以,Ka=14.7由上可知,系統滿足要求。慢速加壓時,位移傳感器起主要作用,壓力傳感器起輔助作用,在反饋時不考慮時來。這個工況也是最主要的工況,是恒量壓力成型機的性能和技術指標的階段。在此階段的開環傳遞函數為：根據上式可繪制波德圖,其開環頻率特性有三個轉折頻率1=20.34rad/S2=408.2rad/S,3=1102.9rad/S。其中關鍵是1、2。當=20.34rad/S時,L〔dB66.7408.21102.9020.34106W<rad/S><0>0W<rad/S>79.8-180-450當Kv=1時,Wg=402.8rad/S,Kg=78.7dB。一般裕量取12dB。此時,20lgKv=66.7dB,所以Kv=2162.72Kv=Ka×0.63×50×3.116×10-3/1.978/106所以Ka=3445。由圖上可知Wc=106rad/Sγ=180+γ=79.80頻帶寬為:所以快速性基本滿足要求.計算穩態的跟隨誤差。從開環傳遞函數看,此系統為Ⅰ型系統。階躍輸入引起的穩態誤差為零。速度輸入引起的穩態誤差為:mm因此,上述計算結果表明,系統的穩態位置誤差大于R1=2μm,應該對系統進行校正。為此,在系統中增設比例積分環節即可。其傳遞函數為,Kp為比例放大增益。取系統的開環增益為KV=3000,則系統的開環傳遞函數為：校正傳遞函數為：Kp=1.39快速返回時,同快速下行。3.4控制算法的確定數字PID控制在生產過程中是一種最普遍采用的控制方法,在冶金、機械、化工等行業中獲得廣泛應用。在模擬控制系統中,控制器常用的控制規律PID控制。常規PID控制系統原理框圖如下。比例比例被控對象積分r<t>+++u<t>c<t>被控對象積分微分-+微分模擬PID控制系統原理框圖PID控制器是一種線性控制器,它根據給定值r<t>與實際輸出值c<t>構成控制偏差,e<t>=r<t>-c<t>將偏差的比例〔P、積分〔I和微分<D>通過線性組合構成控制量,對被控對象進行控制,其控制規律為：或寫成傳遞函數形式：式中：Kp——比例常數；Ti——積分時間常數；TD——微分時間常數。簡單說來,PID控制器各校正環節的作用如下：1.比例環節即時成比例地反映控制系統的偏差信號e<t>,偏差一旦產生,控制器立即產生控制作用,以減少偏差。2.積分環節主要用于消除靜差,提高系統的無差度。積分用的強弱取決于積分時間常數Ti,Ti越大,積分作用越弱,反之則越強。3.微分環節能反映偏差信號的變化趨勢〔變化速率,并能在偏差信號得太大之前,在系統中引入一個有效的早期修正信號,從而加快系統的動作速度,減小調節時間。在計算機控制系統中,使用的是數字PID控制器,數字PID控制算法通常又分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。下面介紹一下位置式PID算法和增量式PID控制算法：位置式PID控制算法由于計算機控制是一種采樣控制,它只能根據采樣時刻的偏差計算控制量,因此積分和微分項不能直接使用,需要進行離散化處理。按模擬PID控制算法的算式,現以一系列的采樣時刻點kT代表連續時間t,以和式代替積分,以增量式代替微分,則可用如下近似變換：式中：T——采樣周期。顯然,上述離散化過程中,采樣周期T必須足夠短,才能保證有足夠的精度。為書寫方便,將e<kT>簡化表示成e<k>等,即省去T。可得離散的PID表達式為：或式中：k——采樣序號,k=0,1,2…；u<k>——第k次采樣時刻的計算機輸出值；e<k>——第k次采樣時刻輸入的偏差值；e<k-1>——第〔k-1次采樣時刻輸入的偏差值；KI——積分系數,KI=KpT/TI;KD——微分系數,KD=KpTD/T。這種算法的缺點是,由于是全量輸出,所以每次輸出均與過去的狀態有關,計算時要對e<k>進行累加,計算機運算工作量大。而且,因為計算機輸出的u<k>對應的是執行機構的實際位置,如計算機出現故障,u<k>的大幅度變化,會引起執行機構位置的大幅度變化,這種情況往往是產生實踐中不允許的,在某些場合,因而產生了增量式PID控制的控制算法。增量式PID控制算法：所謂增量式PID是指數字控制器的輸出只是控制量的增量Δu<k>。當執行機構需要的是控制量的增量時,可由位置式導出。根據遞推原理可得：上式與位置式相減可得,式中：可以將上式進一步改寫為：式中：它們都是與采樣周期、比例系數、積分時間常數、微分時間常數有關的系數。可以看出,由于一般計算機控制系統采用恒定的采樣周期T一旦確定了Kp、KI、KD,只要使用前后3次測量值的偏差,即可求出控制增量。根據偏差的比例、積分、微分進行控制〔簡稱PID控制。是目前過程控制中應用最廣泛的一種控制規律。實際運行的經驗和理論的分析都充分證明：這種控制規律對相當多工業對象進行控制時,都能夠取得比較滿意的效果。系統性能的分析在進行系統設計時,我們常常會遇到這樣的問題：設計出來的系統不能滿足提出來的所有指標的要求,往往指標間發生矛盾,比如滿足了對穩態準確度的要求,穩定性可能遭到破壞,控制系統要有足夠的穩定性,穩態指標又可能達不到要求。系統的性能是指衡量系統的穩定性、準確性、快速性等指標。一個好的系統必須是穩定的,只有穩定的系統才有準確性和快速性可言。在很多時候改變參數是達不到預期的目的,只有從結構方面入手。用校正方法加入某種裝置來改變系統的結構,以使其全面滿足給定的指標要求。位置控制系統中,系統的穩態精度達不到要求,另外穩定的幅值裕量和相位裕量達不到要求,必須進行校正,我這里采用的是首先考慮穩態精度,必須增加開環增益值,另外再增加一個積分環節,以減小系統的超調。校正裝置的傳遞函數為：壓力機工況時,首先,在快速下行時,由于精度要求不是很高,從前面的分析可知,系統不需要校正就可以滿足要求。在慢速下行時,是壓力成型的關鍵階段。由于它的穩態誤差達不到要求,另外,響應速度不是很快,所以必須進行校正。校正裝置的傳遞函數為：3.4.2控制算法的確定由前述分析可知,在位置控制時,系統需要進行PI調節,可以使系統在階躍,斜坡、速度信號輸入時所產生的穩態誤差都為零。穩態裕量也達到要求。在壓力機工況時,由于系統的工況較復雜,我們采用的是PID調節。對采用位置式和增量式的比較：采用位置式時,每次都得計算前n項的和,化費計算機的時間很多。采用增量式算法時,計算機輸出的控制增量ΔU<k>對應的是本次執行機構位置的增量。我采用的算式是：有了上式我們就可以通過軟件執行來完成。另外,就整個系統而言,位置式與增量式控制算法并無本質區別,仍然全部由計算機承擔其計算。但增量式控制雖然只是算法上作了一點改進,卻帶來了不少優點：1.由于計算機輸出增量,所以誤動作時影響小,必要時可用邏輯判斷的方法去掉。2.當計算機發生故障時,由于輸出通道或對信號的鎖存作用,故能仍然保持原值。3.算式中不需要累加。控制增量ΔU<k>的確定僅與最近k次的采樣值有關,所以較容易通過加權處理而獲得比較好的控制效果。但是,增量式控制也有其不足之處,積分截斷效應大,有靜態誤差；溢出的影響大。綜合以上的分析我采用增量式控制。增量式PID控制算法的程序框圖如下：開始開始計算控制參數A、B、C計算控制參數A、B、C設初值e<k-1>=e<k-2>=0設初值e<k-1>=e<k-2>=0被控對象A/D本次采樣輸入c<k>被控對象A/D本次采樣輸入c<k>計算偏差值e<k>=r<k>-c<k>計算偏差值e<k>=r<k>-c<k>計算控制量計算控制量Δu<k>Δu<k>=Ae<k>-Be<k-1>+ce<k-2>D/A輸出D/A輸出Δu<k>為下一時刻作準備為下一時刻作準備e<k-1>—>e<k-2>,e<k>—>e<k-1>采樣時刻到嗎？采樣時刻到嗎？NY3.5計算機控制系統的設計硬件部分電液比例伺服成型機的硬件部分是由機械部分,液壓控制部分,計算機控制部分,外圍電路、傳感器等組成。機械部分和液壓部分在前面已經講過。在這兒我主要敘述計算機控制部分。采用計算機來控制比例閥,以調節液壓系統工作所需的液體流量或壓力。常規的電液比例閥要求輸入模擬式的電信號；而數字式計算機只能發出二進制的數字信號,因此在計算機的輸出口和比例閥的輸入口之間要連接一個數—模轉換器〔D/A。為了進行數字信號與模擬信號之間的轉換,在環前處理系統中需采用數—模轉換器〔D/A；在外圍處理系統中還需增加一個模—數轉換器〔A/D。這種系統中,計算機是作為一個閉環控制器,以代替模擬式閉環系統中的求和點和校正電路。計算機具有強大的計算能力,除了能實現傳統的校正電路功能以外,還能實現一般模擬式電路難以實現的功能,由此獲得比較優良的控制效果。計算機的選擇：計算機的字長越長,它能表示的數值范圍越大,計算出結果的有效位數越多,精度越高。現在很多的生產廠家所用的計算機是工業PC〔也就是一般所說的PLC,但是考慮到它的價格比較高,而且不利于多任務工作。所以選擇個人計算機作為控制計算機,而且現在市場上的計算機已經能夠滿足系統的要求。價格性能比也比較高,所以采用PC機控制液壓系統,代替以前的單片機,利用可視化編程的方法更利于控制及參數的修改。傳感器和比例調節元件主要根據精度選擇傳感器,當然也要考慮傳感器的動態特性〔傳感器允許的工作頻率應滿足測試要求。由于計算機可進行非線性校正,故傳感器的線性度如何已退居次要,第一是精密度〔重復性。本次設計所選擇的位移傳感器,可重復性小于0.01％獨立線性度0.025%。壓力傳感器基本誤差0.20％,回程誤差0.01％。在這兒存在一個很大的問題,因為我們現在所用的油源是16MPa,在工作時,由于工作壓力比較低,壓力傳感器的線性度不是很好。比例調節元件除壓力應滿足系統要求外,最重要的是工作可靠和穩定性。由于系統采用閉環控制各項液壓參數,故比例調節元件的線性度并不重要。軟件部分我的設計主要是采用計算機閉環控制系統。首先是用一路反饋控制實現成型機的位置控制〔位置反饋,用位移傳感器實現。這只是一個實現壓力機工況的中間階段,還有一個需要是為了以后在做實驗時,能夠精確的確定閥和缸的性能,在工作時是否能夠實現在任意指定位置可靠的停住,且振蕩較小。另外,再實現壓力機工況,用二路反饋即位置反饋和壓力反饋,從而實現精確控制目的。液壓系統采用伺服閥控制液壓缸動作,并采用模擬式的位移傳感器〔直線變阻器來進行反饋。計算機在每隔一定的時間T對輸入信號和反饋信號采樣一次〔時間間隔T稱為采樣周期,經比較后得出誤差信號,再按控制算法進行運算,將計算出的控制信號輸出到液壓系統。這里的控制算法的作用相當于模擬式伺服系統中的校正環節。由于計算機是按采樣周期一次次地進行控制作用的,因此這種系統屬于采樣控制系統或稱離散控制系統。其有關控制理論用到了離散控制理論來解決。采樣和量化計算機的采樣作用常用虛構的采樣開關表示。其作用相當于每隔一采樣周期T,采樣開關閉合一次,其閉合時間τ相對于是T非常短暫。設被采樣的連續變化的模擬信號x<t>如圖的示,在采樣后便得到間隔為T的一系列脈沖信號X*<t>,如圖所示,根據式,采樣過程的數學表達式為：式中：δ——脈沖函數。其中的K=0,1,2···。這是因為只在t=kT時才進行采樣,在其他時間的x*〔t值都無實際意義。當被采樣信號是連續的模擬信號時,由采樣得到的每一個脈沖信號仍然是模擬量。而在計算機內部進行運算卻需要并行的二進制數字信號。因此計算機在進行采樣之前,先要通過A/D轉換器將模擬信號轉換成數字信號,這個過程稱為量化。當然,如果被采樣的信號本來就是數字信號,那就不必采用A/D轉換器進行量化了。我們采用位數為N=12的A/D轉器來對電壓在0至10V之間的模擬信號進行量化,這時A/D轉換器輸出的二進制數字信號便只能是從000H到FFFH當中的某一個整數。相鄰的兩個整數之間所對應的模擬信號電壓值稱為量化單位q。于是,A/D轉換器的量化單位是：q=M/<2N-1>=10V/4095=0.00244VD/A轉換器和零階保持器從計算機輸出的控制信號是并行二進制的數字脈沖信號,這種脈沖信號也是按采樣周期T一次次地發出的。為了表示這種信號的離散性質,在圖中的計算機輸出端繪制了一個采樣開關符號。計算機輸出的信號需要經過D/A轉換器和保持器的變換才能輸入到模擬式的控制對象。D/A轉換器的作用是將二進的數字信號轉換成模擬量的電壓信號,這種電壓信號仍然是離散的電壓信號變換成連續的電壓信號。目前最常用的是零階保持器。當采樣周期T和量化單位q都足夠小時,可以將保持器輸出的梯形信號近似地當作連續變化的模擬信號。在實際結構中的D/A轉換器和保持器是合成一體的。在分析計算時,將保持器與控制對象連在一起,合稱為廣義控制對象。計算機控制伺服系統中,其反饋傳感器是比例環節,在經過調整后可以繪制成以傳遞函數和脈沖函數表示的方框圖。X〔zE〔zU〔zY〔zD〔ZD〔ZD〔ZD〔ZD〔ZD〔ZY〔z控制器零階保持器控制對象采樣控制系統方框圖在這個采樣控制系統中,零階保持器的傳遞函數Gh<s>是給定不變的,控制對象的傳遞函數Gs<S>在所用的液壓系統確定之后通常也不易改變。因此系統的綜合與設計任務,主要就是確定計算機脈沖傳遞函數D<z>,使系統的品質符合設計要求。計算機的控制功能,在用硬件實現時稱為控制器或調節器,在用軟件實現時稱為控制算法或調節算法,這兩種名稱也常可能通用。在開始設計時,先將D〔z作為比例環節,選用適當的采樣周期T,然后檢查系統的穩定性。采樣周期T和開環增益K對系統的穩定性有較大影響。一般來說,T過大會使系統不穩定；但T小到一定程度后再減小便沒有必要,只能加重計算機的負擔。在系統其他參數不變且T一定時,使K增大會引起系統不穩定。采樣周期的選擇,一般是根據香農定理確定采樣周期式中：T——采樣周期；Wmax——信號頻率的最高角頻率。香農采樣定理是采樣信號恢復成原連續信號的條件。由于控制系統有慣性,系統輸出量往往不能復現輸入量,因此實際先用的采樣周期可大于用香農采樣定理所確定的采樣周期。根據連續系統的調整時間確定采樣周期。若ts為連續系統單位階躍響應中允話誤差Δ=0.05時的調節時間,采樣周期可取按經驗k可取6~15。根據連續系統帶寬頻率確定采樣周期式中：W0——連續系統閉環帶寬角頻率,即閉環系統幅頻特性下降到-3dB是的角頻率。數字PID的設計及實現在連續控制系統中,PID調節器的表達式為：式中e<t>=x<t>-y<t>是輸入PID調節器誤差信號,亦即系統的輸入信號x<t>與反饋信號y<t>之差；u<t>是PID調節器的輸出信號；Kp、Ki和Kd分別為PID調節器的比例系數、積分系數和微分系數。對PID調節器進行數字化,相當于對轉換器進行采樣,將上式寫成差分方程。在這樣做的目的是對調節器中的積部分常采用矩形近似法或梯形近似法。現在采用梯形法近似。便得出數字PID調節器的差分方程。式中T采樣周期。把上在的式子進一步變形可得：式中：位置控制時,校正傳遞函數為：Kp=0.4Ti=0.05壓力機控制時,校正傳遞函數為：Kp=0.24Ti=0.051Td=0.0064在這里采用的控制算法是改進的數字PID控制算法,積分分離的PID控制算法。在普通的PID數字控制器中引入積分環節的目的,主要是為了消除靜差、提高精度。但在過程的啟動、結束或大幅度增減設定值時,短時間內系統的輸出有很大的偏差,會造成PID運算的積分積累,致使算得的控制量超過執行機構可能最大動作范圍對應的極限控制量,最終引起系統較大的超調,甚至引起系統的振蕩,這是生產過程中絕對不允許的。引進積分分離PID控制處算法,既保持了積分作用,又減小了超調量,使得控制性能有了較大的改善。其具體實現如下：根據實際情況,人為設定一閾值>0。當|e<k>|>時,也即偏差值|e<k>|比較大時,采用PD控制,可避免過大的超調,又使系統有；較快的響應。當|e<k>|〈=時,也即偏差值|e<k>|比較小時,采用PID控制,可保證系統的控制精度。寫成計算式,可在積分項乘一個系數,按下式取值：采用增量式就是：有了上式便可編制出計算機的控制程序,其程序框圖如下所示：開始開始取給定值取給定值r<k>和測量值c<k>e<k>=r<k>-c<k>e<k>=r<k>-c<k>|e<k>||e<k>|?U<k>=A’U<k>=A’e<k>-f<k-1>U<k>=Ae<k>+g<k-1>g<k>=u<k>-g<k>=u<k>-Be<k>+Ce<k-1>f<k>=B’e<k>輸出U〔k輸出U〔kg<k>->g<k-1>g<k>->g<k-1>g<k>->f<k-1>g<k>->f<k-1>e<k>->e<k-1>e<k>->e<k-1>返回返回積分分離PID控制算法程序框圖c<k>21εC0<k>εKT積分分離PID控制效果由上圖可見,采用積分分離PID控制算法之后使得控制系統的性能有了較大改善。數據采集壓力由壓力傳感器的模擬量輸出至PC機A/D轉換,位置由位移傳感器的模擬量輸出至PC機A/D轉換。閥的開度由D/A轉換器輸出來控制。模擬量采樣速度達30000次/S,即使同時測量20點,每一點的采樣頻率達300Hz的動態測量,對壓力成型機來說是足夠了。數據處理通過編程實現,數據處理的程序用VB編寫。實時控制、數據采集利用動態鏈接庫〔DLL直接讀取A/D卡上的數據。由于壓力控制時的壓力變化比較慢,所以取采樣時間為0.1S,是合適的。在一個采樣間隔里,采樣20次進行平滑濾波,以減小振動,噪聲對系統穩定性的影響,從而達到較滿意的控制效果。然后經過判斷,進入數字PID控制器進行校正,從D/A轉換器輸出控制結果,去控制電液比例伺服閥的開度。3.6軟件的程序實現及VB原代碼3.6.1軟件實現的基本功能簡介由前面的分析可得,控制系統的程序流程圖如下：設定位移值m<u0>開始設定位移值m<u0>開始檢測位移傳感器值u1檢測位移傳感器值u1u0是否等于u1u0是否等于u1NY原位停止等待再次輸入位移值原位停止等待再次輸入位移值位置控制系統軟件流程圖開始開始設定壓力值P0,輸入工件壁厚S0,保壓延時時間t秒,設定壓力值P0,輸入工件壁厚S0,保壓延時時間t秒,讀壓力、位移傳感器值讀壓力、位移傳感器值讀1DT、2DT的狀態,讀壓力表的值檢測壓力傳感器的當前值P1檢測壓力傳感器的當前值P1PID控制輸出控制電壓UkPID控制輸出控制電壓UkP1是否等于P0`P1是否等于P0NY記錄位移傳感器值S1記錄位移傳感器值S1S2=S1+S0S2=S1+S0檢測位移傳感器值u1S2-S1是否等于S0S2=S1+S0記錄位移傳感器值S1檢測位移傳感器值u1S2-S1是否等于S0S2=S1+S0記錄位移傳感器值S1檢測位移傳感器值S1檢測位移傳感器值S1PID控制輸出控制電壓UkPID控制輸出控制電壓UkS2-S1是否等于S0S2-S1是否等于S0記錄當前壓力值P2記錄當前壓力值P2延時保壓t秒延時保壓t秒設定退出的位置S3=S0設定退出的位置S3=S0檢測位移傳感器值U2檢測位移傳感器值U2S是否等于S3S是否等于S3NY原位停止原位停止壓力機工況程序流程圖結束結束是否定時到P1是否等于P2向系統供油結束結束是否定時到P1是否等于P2向系統供油NYNY延時保壓程序流程圖3.6.2功能簡介：本軟件是壓力成型機的計算機控制系統。它具有的功能包括：可完成位置控制和壓力機控制二項功能。通過軟件可設定成型曲線。自動完成成型過程。采用數字PID算法,并可在線修改控制參數。采用數字濾波技術,提高了抗干擾、噪聲的功能。可在線檢測各項參數值。利用可視化界面增強了交互性。下圖是通過圖設定加工曲線的界面：由上圖可以輸入5個在壓力成型過程中的關鍵點來確定壓力機的加工工藝流程。這樣既直觀,又容易操作,交互性好。在設定好之后自動生成備份文件,這樣加工過程中既可以現場加工,也可以作為資料以后調用,不但做到了成型機加工的靈活性特點,而且逼免了工業計算機的加工產品單一的缸點。下圖是成型機自動完成成型過程的控制界面：該項功能可以動態測試出成型機在加工過程是的位置和控制壓力的變化情況,同時和設定的理論曲線進行比較,可以直觀的看出加工過程中,數字PID控制器的控制效果。在壓力圖中反映出不同的階段系統的壓力值。并且通過在線調節參數設定框可以設定PID控制的三個參數、根據不同的工件材料設定不同的保壓時間。另外利用七段碼技術模擬儀器顯示,使顯示效果得到了增強。下圖是在線檢測系統各項參數的當前狀態：采用模擬儀表的顯示形式,隨時檢測液壓系統的各項參數。在試運行時,加工過程中都可以以不同的方式增強了與用戶的交互性。3.6.3數據采樣時相關函數調用說明：VB調用動態鏈接庫的聲明：DeclareFunctionpci7484checkLib"pci7484y.dll"<ByValdwVendorID%,ByValdwDeviceID%,ByValfUseIntAsBoolean>AsLong此函數用于查找板卡,返回值為板卡句柄,對板卡調用開入天出函數前必須調用此函數。應用程序默認調用hplx=PCI7484check<0,0,false>即可。DeclareFunctionpci7484adLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong,ByValaddrAsBoolean,ByValch%,ByValdelay%>AsInteger此函數返回值為板卡某通道采集的數字量,應用程序調用DATA=PCI7484ad<hplx,false,i>,hplx為句柄,addr默認為false,i通道號〔0-15對應板上16路通道。DeclareSubpci7484daLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong,ByValaddrAsBoolean,ByValdata%,ByValch%>hplx為句柄,addr默認為false,ch<0-3>為板上4個DA通道,data為某要輸出的電壓數字量值〔000-FFF。DeclareFunctionpci7484diLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong,ByValaddrAsBoolean,ByValch%>AsInteger此函數返回值為板卡某組8通道此時輸入的開關量〔00-FF,hplx為句柄,addr默認為false,ch為組號〔0-1對應板上2組〔每組8路共16路通道。DeclareSubpci7484doLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong,ByValaddrAsBoolean,ByValch%,ByValdata%>Hplx為句柄,addr默認為false,ch為組號〔0-1對應板上2組〔每組8路共16路通道,data為某組將要輸出的開關量值〔00-FF。DeclareFunctionpci7484closeLib"pci7484y.dll"<ByValhplxAsLong>AsInteger此函數為關閉句柄函數,返回值為1,對板卡調用開入開出函數后必須調用此函數歸還句柄。應用程序默認調用hplx=PCI7484close<hplx>。下面是的定義的變量：Publicch<16>AsBooleanPublicdelayAsIntegerPublichplxAsLongPublicaddrAsBooleanPublicdwVendorIDAsIntegerPublicdwDeviceIDAsIntegerPublicfUseIntAsBoolean調用函數時必須依照打開并找到板卡句柄->使用板卡->關閉并歸還句柄的順序來進行,否則將會出現不可預知的錯誤。3.6.4數據的采集及濾波程序：hplx=0hplx=pci7484check<0,0,False>Fori=0To20data<1,i>=pci7484ad<hplx,False,0,32000>'對通道0采樣,壓力傳感器Forj=0To1000'延時時間需要調整s=100Nextdata<2,i>=pci7484ad<hplx,False,1,32000>'對通道1采樣,位移傳感器Forj=0To1000'延時時間需要調整s=100Nextdata<3,i>=pci7484ad<hplx,False,2,32000>'對通道0采樣,壓力表1Forj=0To1000'延時時間需要調整s=100Nextdata<4,i>=pci7484ad<hplx,False,3,32000>'對通道1采樣,壓力表2Forj=0To1000'延時時間需要調整s=100NextNexti'讀入電磁鐵的狀態did<0>=pci7484di<hplx,False,0>'1DT狀態,接在0端口上did<1>=pci7484di<hplx,False,1>'2DT狀態,接在1端口上hplx=pci7484close<hplx>'把二十個數據由大到小排列Fori1=1To4Fori2=0To19Fori3=i2To20Ifdata<i1,i2><data<i1,i2+1>Thentemp=data<i1,i2>data<i1,i2>=data<i1,i2+1>data<i1,i2+1>=tempEndIfNextNext'去掉最大的和最小的,取平均值Fori3=1To18average=data<i1,i3>+averageNexti3data<i1,0>=format1<average/18>Nexti1data<1,0>=6*data<1,0>*5/4095#‘壓力傳感器的值data<2,0>=20*data<2,0>*10/4095#‘位稱傳感器的值data<3,0>=6*data<3,0>*5/4095#‘壓力表1的值data<4,0>=6*data<4,0>*5/4095#‘壓力表2的值PID調節算法程序：PrivateFunctionPIDAdjust<ByValpressureAsSingle,ByValdataAsSingle,ByValmaxAsSingle>AsSingleDimaAsSingleDimBAsSingleDimCAsSingleDimSPAsSingleDimPVAsSingleE=0.02SP=pressure'壓力設定值PV=data'本次采樣的壓力反饋值EK=SP-PVIfAbs<EK><=EThen'分離積分A=Kp*<1+1/Ti+Td>B=Kp*<1+2*Td>C=Kp*Td'計算控制參數A、B、CElseA=Kp*<1+Td>B=Kp*TdC=0#EndIfUk=Uk1+A*EK-B*EK1+C*EK2IfInt<Uk><=0ThenUk=0'對輸出進行調理,實際使用時靈活掌握。IfInt<Uk>>maxThenUk=maxUk1=Uk'Uk,Uk1,E,Ek,Ek1,Ek2是全局變量,記錄歷史數據EK2=EK1EK1=EKPIDAdjust=Uk'返回輸出EndFunctionUk1=UkEK=SP-PV取給定值SP和測量值PV開始輸出U〔k|Ek|?計算A、B、C值Uk1=UkEK=SP-PV取給定值SP和測量值PV開始輸出U〔k|Ek|?計算A、B、C值U<k>=Uk1+AEk-BEk1Uk=Uk1+AEk-BEk1+CEk2U<k>=Uk1+AEk-BEk1Uk=Uk1+AEk-BEk1+CEk2返回Ek2=Ek1,Ek1=Ek返回Ek2=Ek1,Ek1=Ek增量型PID算式程序流程圖以下是最能體現面向對象程序語言的類,它們與面向過程的編程有了本質的區別下面是一個畫珊格的類PublicHorzSplitsAsLongPublicVertSplitsAsLongPrivateGridColorAsLongPrivateShowGridAsBooleanPrivatePBoxAsPictureBoxPrivatepBoxHeightAsLongPrivatepBoxWidthAsLongPrivateGridPositionAsLongPublicEnumDrawLineTypeTYPE_LINE=0TYPE_POINT=1EndEnumPubl