doi：10.11832/j.issn.1000-4858.2021.01.004
螺旋板冷凝器田英1，余阳2，王兴波1
(1.佛山科学技术学院机电工程学院，广东佛山528000；
2.工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510640)
摘要：为提高四柱式液压机同步控制系统控制精度，在建立系统数学模型基础上，利用蚁算法优化了系统中PID控制器参数。基于“串联型”和“并联型”同步控制结构在MATLAB/SimuCnk中进行了仿真研究，为了验证两种同步控制结构的实际控制性能，在四柱式液压机试验台上进行了试验研究。结果表明：“并联型”同步控制结构相比“串联型”同步控制结构最大同步误差减小了80.649%，稳态同步误差减小了 30.303%，可以看出“并联型”同步控制结构对于最大同步误差和稳态同步误差的控制效果优于“串联型”同
步控制结构，因此，"并联型”同步控制结构更能满足四柱式液压机对于双缸同步控制精度的要求。
关键词：四柱式液压机；蚁算法;PID控制；同步控制
中图分类号:TH137文献标志码：B文章编号：1000质858(2021)01-0020-07
"Series Parallel"Synchronous Control Structure oC
Four Column Hydraulic Press
TIN Ying1,SHE Yang2,WANG Xing-bo1
(1.School oC Electromechanical Engineering,Foshan University,Foshan,Guangdong528000；
2.Ch sna E eot eon soP eoduot Re sab s sty and Eneseonmenta:TestsngReseaeoh Inststute，Guangzhou，Guangdong510640)
Abstract:In order to improve the control precision of synchronous control system of double cylinder four column hydeaulsopees,based on theestablsshmentotsystem mathematsoalmodel,thepaeameteesotPIDoonteoleesn the system were optimized by ant colony algorithm.Based on the“series type"and“paralld type"synchronous control structure,the simulation research is cccied out in MATLAB/Siniulink.In order to verim tOe actual control performance of the two synchronous control structures,the experimentat research is ccrried out on the test bench of
a double cylinder four column hydraulic press.The research results show that the maximum synchronization cror of
the“parallel"synchronous control structure is reduced by80.6%compared with the“series"synchronous control structure From the test results,it cm be seen that/c control eSect of"paralld type"synchronous control structure for maxirnum synchronous ecor and steady-state synchronous ecor is better than that of"series type"synchronous control structure,so"paralld type"synchronous control structure cm meet the equiements of double cylinder four column hydraulic press for double cylinder synchronous control accuecy.
Key words:four column hydraulic press,ant colony algoritOm,PID control,synchronous control
收稿日期$2020-7-1
基金项目：国家重点研发计划(2018YFB2003600)；佛山市科技局项目(2016AG100311)；2018年广东省研究生教育创新计划项目项目(2018SFKC39)
作者简介：田英(1986—)，女，湖南娄底人，实验师，硕士，主要从事机电控制与测试技术和可靠性工程研究及相关教学工作’
引言
四柱式液压机作工程机械，金属和非金属的挤压、和等任务〔门。目四柱式液压机多双液压缸作机构，现加工过程平稳，就要2个液压，以此
液压机结构等的发生。因此需要合的策略，才能实现双缸精确的。
李等)2*四式液压机位移
的功能要求，提出能系统稳定性和鲁要的PCD策移，结，PID器具有较强的抗能力和的鲁，所设计的四柱式液压机位移同的液压系统具有的工作性能；盖彦等〔3*出基于经PIC控制方法，结，此方法可以有效减小偏差，提高，解决了传统方法鲁的问题；张〔4*论方法，建立基于变论域模糊PID的多缸同步控制的误差补偿法，研，论PID控制法实现高的多技术的；刘泽意等〔5*通过模糊PID实现PID参数在线白调整，减小误差，使效；董春等⑹设计交方式，状，双高；刘新等〔7*设计基于极点配置的器，在各单回路加经典PCD器，和，策以有效实现对多系统的；江小〔8*经元自适应器用于，提出主和经元结构，结，主的效。
四柱式液压机和双技术的研究可以看出，目于双 技术的研多，但应于四式液压机的双技术。因此本研究介四柱式液压机系统原理，系统数学，法系统中的PID器谜优化，基于“”和“”结构在MATLAB/Simulink中研究，两
结构的能，在四柱式液压机试上研究。
1液压机同步及其数学模型
四柱式液压机液压系统如图1所示，主要由阀、液压缸、位移传感器器等组成。控器发指2阀，从而对2个液压缸油液，进而活移，实现
o因此系统于器中控制策略，的策高四柱式液压机双缸
o
图1四柱式液压机同步控制系统
加入负载干扰的四柱式液压机同步控制系统原理如图2所示。从图中可以看出，该系统的液压，学方法善，本研究列举系统学〔J
大器数学：
/=O"*(1)式中，△*------输入电压,V
/------输出电流,A
O——放大系数,A/V
阀数学：
+(S=-K=O(2)
图2式液压机步
图
式中，%v ------------阀芯位移,m
O b ------------
阀芯位移与电流增益系数
,
m /
A
位移传感器数学 ：
P = °f%p
(3)
式中，O f —
— 增 , Vjm
P —一活 移％p 对阀芯位移%v 的传：
% O p
q
%厂込(Q +逊+ 1)
(4)
2液压机同步控制系统控制策略
水泥厂脱硝
策略研究之前，首先
步控制
系统2 中的液压
研究o
本研 能更强的积 PID 控制器
实现液压
[10], 式如下：
*0 =O e + w n *' e + T d [ e 0_e 0_1]
(5)
j = 0
式中，*为积分项的 系数，* 循 式：当&时,* = 1 ；当 e »>s 时,* = 0 o 中
系统具体 设置。
PID 控制器中最重要的
3
的优化'本
研究采用蚁算法对PID 控制器的3个参数进行优 [11]，结构框图如图3所示。
娴算法
% Ti Ti
图3蚁算法优化PID 参数结构框图
蚁算法优化PID 参数优化具体流程如图4所
示。具体过程为：设
量为40，挥发系数p 取
0.7，信息启发因子a 取0.3，最大迭代次数RC 取50。
限定液压 器3 O p , T 和T d 设
(0,10)。采用ITAE 作为目
，如式6所示。
图4蚁算法优化PID 参数结构框图
! = | t e(t ) d t
(6)
经过50代迭代，可获得蚂蚁算法优化后的3个参
数，如表1所示。
表1蚂蚁算法优化参数结果
参数数值
4.1820
T ,
0.1390
0.0917
下面对四柱式液压机同步控制系统控制策略进行
研究。目， 系统中 的为“ ”和
“ 0 结构)12*，如图5、图6所示。
指定位移+/
图5 '串联型”
同步控制结构zzcc面膜机
同步控制结构
图6 “并联型'表2仿真参数
名称
参数活塞杆无杆侧面积A1/mm 2
81706.53
流量系数5
0.6
放大器放大系数O/A +V-1
e-3
阀芯位移-电流增益O/A - V 1
4e-3位置反馈增益O /V - m-1
100
液压阻尼比）
0.2
固有频率Q/ed • s _1
50.108
面积比n 0.57
节流口面积梯度B/m
0.3
油液密度pkg + m 3
900
流量-压力系数O y
3.02e-n
为验证上述两种控制结构在四柱式液压机 控
制系统中的控制效果，在MATLAB/SimuUnk 中
'2出四柱式液压机同步控制系统[13]o
“
”
添 STEP ，运行
耐高温防爆玻璃仿真结果如图7和图8所示，图中£表示 移,"S
示误差。
图8 “串联型”同步控制结构同步误差
最大 误
粉体气力输送系统
稳态同步误差2个指标
结
价，如表3所示。
表2 “串联型”同步控制结构仿真结果
m
控制结构串联型
绝缘软母排最大同步误差0.438稳态同步误差
0.029
,“ ” 添加STEP 阶跃信
号， 结果如图9和图10所示。
图8 “并联型”
同步控制结构响应曲线
t/s
图10'并联型”同步控制结构同步误差
同样采用最大同步误差及稳态同步误差2个指标对仿真结果进行评价，如表4所示。
表4'并联型”同步控制结构仿真结果m
控制结构串联型
最大同步误差0.0851
稳态同步误差0.0170
析表3和4，/”结构相比“串联型”同步控制结构最大同步误差减小了80.571%%稳误差减小了41.379%，从结果可以看出，“”结构对于最大误差和稳态误差的效果优于“”。
3液压机同步试验研究
两结构的能，在四柱式液压机上研究，如图11所示。
1•上横梁2•活动横梁3•下横梁4•液压缸5•立柱
图11四柱式液压机机械系统试验台由1,3和5所组成的封闭结构液压机垂直方向上的，液压缸活连在活动横梁上，带活动横上，使系统设定〔14「15*。
先“”结构，“串”结构位移线误差如图12和图13所示。
0.0------------------------------------------------------------
0.00.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
t/s
图12'串联型”同步控制结构位移试验曲线
图13'串联型”同步控制结构试验同步误差
最大误稳误2指结价，如5所示。
表5'串联型”同步控制结构试验结果m
控制结构串联型
最大同步误差0.462
稳态同步误差0.033
“”结构，“并”结构位移线误差如图14和图15所示。
最大误稳误2
指
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