比例阀控液压缸位置PID闭环控制的PLC软件实现

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Software Implementation of HydraulicProportional ValveCylinder Position PID Closed Loop Control inControl System Using PLCLI Yanjie，CUI Tianyu，WANG Hai，MA He，MIAO Xinchao(Shenyang Ligong University，Shenyang 1 10159，China)Abstract：A software implementation method of hydraulic cylinder position PID closed loopcontrol in proportional valve control system using Siemens S7-200 was proposed.The blockdiagram and ladder program was given.and experimental studies in Festo TP70 1 propor-tional hydraulic test bed was done.Experimental studies have shown that the proportion ofopen-loop control system ，using software methods can achieve the closed-loop control ofposition and other physical quantities，to control the performance of precision and anti-jam-ming capability to meet the demand of general industrial applications。

Key words：proportional valve；position close-loop control；PID；PLC电液比例阀是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用可靠、廉价的模拟式电气-机械转换装置(比例电磁铁等)将电信号转换为位移信号，连续地控制液压系统中工作介质的压力、方向或流量的-种液压元件 。此种阀工作时，阀内电气。

机械转换装置根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变，以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出。

电液比例阀的应用简化了液压系统，并能防止压力或速度变换时的冲击现象，同时克服了伺服阀收稿日期：2012-09-05作者简介：李艳杰(1969-)，女，教授，博士，研究方向：液压传动与控制、机器人动力学；通讯作者：王海(1971-)，男，副教授，博士，研究方向：管控-体化、综合自动化。

38 沈 阳 理 工 大 学 学 报 第32卷液压控制系统中存在的功率损失大、制造和维护成本高、对油液过滤要求较苛刻等问题。目前比例阀控制系统被广泛应用于电梯、注塑机、锻压机 、工程机械等多个工业领域 J。和伺服控制系统不同的是，比例控制系统本身是开环控制系统，其控制精度与伺服控制系统相比相差较大。为使比例控制系统在保持原有优势的同时，提高系统控制精度，更好地满足工业需求，可采用计算机控制的方法通过软件编程在比例控制系统中实现位置、速度等参量的闭环控制。本文提出-种利用PLC控制器实现比例阀控液压缸的位置 PID闭环控制的软件实现策略，该策略在 Festo TPT01比例控制实验台上进行了实验验证。实验表明，该方法简单可靠、能实现位置闭环控制、控制精度较高，可满足工业需求。

1 比例阀控制技术比例阀介于常规开关阀和闭环伺服阀之间，已成为现今液压系统的常用组件，为开环控制系统。该类系统的基本信号流程图如图1所示。

比例放大器将输入电压信号(-般为 0～±10V)成比例地转化为电流，即输出变量，其额定输出电流-般在0-3A之间，可根据比例电磁铁的驱动电流需求选择满足要求的电流放大器。比例电磁铁产生-个与输入变量成比例的力或位移输出。液压阀以这些输出变量(力或位移)作为输入信号按比例输出流量或压力，使液压执行机构不仅可进行方向控制，同时可进行速度和压力的无级调控。

从图 1可以看出，比例阀控制系统本身是开环控制系统，比例放大器根据调定的设定值控制比例方向阀，比例方向阀阀口打开，调定某-流量，液压缸的活塞杆开始运动。但如要求液压缸的活塞停在预定位置，由于开环系统的干扰因素较多，难以控制。这些干扰因素包括：比例阀的切换性能随油的粘性而变化；由于压差不同，通过阀的流量不同，得到液压缸的不同位置；液压缸活塞的制动距离随运动质量和调节速度的不同而发生变化等 。

2 基于 PLC的比例阀位置闭环控制实现2.1 基于 PLC的比例阀位置闭环控制原理增加适当传感器，可利用计算机控制的方法，通过控制算法在 比例阀控制系统中实现闭环控制。图2为利用西门子 s7-200通过软件编程实现比例阀控液压缸位置闭环控制的系统构成原理示意图。系统中液压缸带有位移传感器。s7-200CPU采集传感器信息，与指令信号进行比较，将经控制算法运算后的控制量发送给比例阀的比例电磁铁，实现液压缸的位置闭环控制。

位 移图 2 比例控制系统实现位置闭环控制的系统构成示意图系统液压部分的主要部件有泵源、三位四通比例方向阀和带位移传感器的液压缸。电气控制部分则主要由 S7-200系列 CPU、模拟量输入/输出拈及电流放大器等组成。位置闭环控制系统的控制框图如图3所示。

图3 比例控制系统实现位置闭环控制的软件算法框图2.2 S7-200PLC中的 PID功能实现PID控制器根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，使被控变量的实际值与工艺要沈 阳 理 工 大 学 学 报 第32卷图7 曲线飞行时测量飞机与巡航导弹距离、角度4 结束语以测量飞机对巡航导弹精密跟踪测量为研究对象，提出-种基于进化算法的测量飞机航线规划算法，可以保证对巡航导弹全程连续跟踪的同时，使得测量飞机与巡航导弹全程平均距离和方位角旧能小，提高全程跟踪精度。以绕圈和曲线两种巡航导弹飞行路线为例，规划了测量飞机的航线，满足设计要求，验证了算法的有效性。