[发明专利]一种用于金属材料半固态成形的液压系统及其控制方法有效
| 申请号： | 201310743702.4 | 申请日： | 2013-12-29 |
| 公开（公告）号： | CN103934430A | 公开（公告）日： | 2014-07-23 |
| 发明（设计）人： | 辛祖兵 | 申请（专利权）人： | 宜都市西孚机械有限公司 |
| 主分类号： | B22D17/32 | 分类号： | B22D17/32;B22D17/20 |
| 代理公司： | 暂无信息 | 代理人： | 暂无信息 |
| 地址： | 443000 湖北省*** | 国省代码： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 用于 金属材料 固态 成形 液压 系统 及其 控制 方法 | ||
1.一种用于金属材料半固态成形的液压系统的控制方法，其中，所述用于金属材料半固态成形的液压系统包括：用于材料成形的型腔、推动半固态金属材料进入型腔的推板、用于驱动推板运动的液压活塞及活塞杆、用于控制液压活塞及活塞杆运动的三位四通电磁伺服阀，其中，在液压缸和推板之间设置有弹簧，当三位四通电磁伺服阀的左位接入系统时，液压缸第二腔室中的压力升高，推动活塞、活塞杆、推板朝向型腔运动，完成充型过程；
所述控制方法适用于根据需要的充型速度v确定所述三位四通电磁伺服阀的控制电压u，具体步骤如下：
（1）步骤1：根据实际需要，通过实验或模拟的方法，确定理想的充型速度，得到充型速度随时间变化的曲线；
（2）步骤2：建立如式（1）所示的液压系统的非线性状态空间模型，
该模型适用于伺服阀的正向行程，其中各参数的含义如下：
变量x1表示活塞和活塞杆的位移，即推板的位移；变量x2表示活塞和活塞杆的移动速度，即推板的移动速度；变量x3表示液压缸第二腔室中的压力；变量x4表示液压缸第一腔室中的压力；变量x5表示伺服阀的位移；变量u表示伺服阀的控制电压；pV表示液压泵提供的液压压力，为一常数；m表示系统中被驱动的物体的质量，为一常数；L表示活塞和活塞杆的总行程，为一常数；AK表示液压缸中第二腔室的面积，为一常数；a表示液压缸中第一腔室和第二腔室的面积比，为一常数；E表示液压流体的压缩模量，为一常数；VtotA和VtotB分别表示液压缸中第一腔室和第二腔室的死区容积，为一常数；BV表示伺服阀的排放系数，为一常数；TV和KV分别表示将伺服阀看作是一阶延迟元件时的时间常数和增益常数；FR表示液压缸中的摩擦力；FL表示液压缸的负载；
在该模型中，输入的控制变量为伺服阀的控制电压u，而输出为活塞和活塞杆的移动速度x2；
（3）步骤3：模型的简化，
假设液压流体为无限刚性流体，即该液压流体的压缩模量E为无穷大，即式（1）中的相关等式可以表示为如下式（2）的形式：
将式（2）变形后可以得到式（3）如下：
将式（3）代入式（1）中的相关等式，即可得到如下式（4）所示简化的模型：
（4）步骤4：确定伺服阀的控制电压u与活塞和活塞杆的移动速度x2的关系，
将式（4）中的第一行等式变形，得到式（5）如下：
对式（5）求时间上的导数，得到式（6）如下：
将上式（5）和（6）代入式（4）中的第二行等式，即可得到式（7）如下：
式（7）表示的是伺服阀的正向行程中，伺服阀的控制电压u与活塞和活塞杆的移动速度x2的关系；
类似的，可以得到伺服阀的反向行程中，伺服阀的控制电压u与活塞和活塞杆的移动速度x2的关系如式（8）所示：
根据式（7）和（8），即可根据需要的充型速度v确定所述三位四通电磁伺服阀的控制电压u，完成充型过程。
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