一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置及其控制方法
【專利摘要】一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置，包括電控手柄和PLC控制箱，所述電控手柄的信號輸出端與PLC控制箱的控制信號輸入端相連接；所述拖纜機(jī)比例控制裝置還包括開關(guān)閥、比例閥、伺服泵、液壓馬達(dá)和角度傳感器；所述PLC控制箱的開關(guān)信號輸出端與開關(guān)閥的開關(guān)信號控制端電連接，所述PLC控制箱的比例信號輸出端與比例閥的比例信號控制端電連接；所述伺服泵依次通過開關(guān)閥、比例閥與液壓馬達(dá)的手柄的進(jìn)油口油路連接，所述手柄上設(shè)置有角度傳感器，所述角度傳感器的信號輸出端與PLC控制箱的反饋信號輸入端電連接。本設(shè)計(jì)不僅控制精度高，隨動性好，而且能夠快速關(guān)閉拖纜機(jī)，避免液壓馬達(dá)手柄在中間位置發(fā)生震蕩。
【專利說明】
-種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種比例控制裝置，尤其設(shè)及一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置 及其控制方法，具體適用于提高控制精度。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋平臺是海上油氣開采的主力，但由于其不能自航，需要多種功能的平臺工程 船作后勤支援，其中=用工作船(拖曳、錯(cuò)作、供應(yīng))是平臺后勤支援必備的輔助船舶。拖纜 機(jī)是=用工作船的關(guān)鍵設(shè)備，拖纜機(jī)操控性能是=用工作船海上作業(yè)時(shí)的重要性能要求。 拖纜機(jī)采用電液驅(qū)動模式，由電動機(jī)驅(qū)動主累站提供馬達(dá)動力，馬達(dá)驅(qū)動高速齒輪組將動 力傳遞到驅(qū)動軸上的離合器，通過離合器的不同組合，分別或同時(shí)驅(qū)動上下滾筒上的低速 齒輪組，將馬達(dá)動力分別或同時(shí)傳遞到上下滾筒。拖纜機(jī)馬達(dá)操控模式為遠(yuǎn)程電液遙控，其 動力由伺服系統(tǒng)提供，將電控手柄的控制指令通過伺服系統(tǒng)比例閥開度作用于液壓馬達(dá)手 柄上，通過液壓馬達(dá)手柄位置帶動馬達(dá)葉片旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)馬達(dá)輸出動力的改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 拖纜機(jī)滾筒的速度改變。限于拖纜機(jī)液壓馬達(dá)構(gòu)造，驅(qū)動液壓馬達(dá)手柄的伺服系統(tǒng)比例閥 控制一般采用開環(huán)控制，但由于液壓系統(tǒng)特性(比如液壓油油溫、粘度等)變化，導(dǎo)致電控手 柄開環(huán)控制液壓馬達(dá)的比例閥效果一直不好，直接影響拖纜機(jī)的操作性能。
[0003] 中國專利申請公布號為CN101859121A，申請公布日為2010年10月13日的發(fā)明專利 公開了一種拖纜機(jī)液壓馬達(dá)遙控控制系統(tǒng)，包括依次連接的遙控手柄、PLC信號處理單元、 比例閥控制器、電磁壓力比例閥與液壓馬達(dá)，電磁壓力比例閥包括互相并聯(lián)的收纜電磁壓 力比例閥與放纜電磁壓力比例閥，所述化C處理器采取的信號線性化處理方法為分段線性 化處理方法，比例閥控制器的輸出信號為PWM信號，電磁壓力比例閥的控制電流的為140- 400mA。雖然該發(fā)明能夠在一定程度提高液壓馬達(dá)穩(wěn)定性，但其仍存在W下缺陷：
[0004] 1、該發(fā)明的液壓馬達(dá)遙控控制采用開環(huán)控制，控制精度低。
[0005] 2、該發(fā)明存在了較多的監(jiān)控信號，信號處理過程復(fù)雜度高，系統(tǒng)運(yùn)行速度較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的控制精度低的問題，提供一種高控制精度 的帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置及其控制方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)W上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[000引一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置，包括電控手柄和化C控制箱，所述電控手 柄的信號輸出端與化C控制箱的控制信號輸入端相連接；
[0009] 所述拖纜機(jī)比例控制裝置還包括開關(guān)閥、比例閥、伺服累、液壓馬達(dá)和角度傳感 器；
[0010] 所述PLC控制箱的開關(guān)信號輸出端與開關(guān)閥的開關(guān)信號控制端電連接，所述PLC控 制箱的比例信號輸出端與比例閥的比例信號控制端電連接；
[0011] 所述伺服累依次通過開關(guān)閥、比例閥與液壓馬達(dá)的手柄的進(jìn)油口油路連接，所述 手柄上設(shè)置有角度傳感器，所述角度傳感器的信號輸出端與化C控制箱的反饋信號輸入端 電連接。
[001^ 所述開關(guān)閥還包括開關(guān)閥進(jìn)油口和開關(guān)閥出油口，所述比例閥還包括比例閥進(jìn)油 口和比例閥出油口，所述開關(guān)閥進(jìn)油口與伺服累的出油口油路連接，所述開關(guān)閥出油口與 比例閥進(jìn)油口油路連接，所述比例閥出油口與液壓馬達(dá)的手柄的進(jìn)油口油路連接，所述液 壓馬達(dá)的輸出軸與拖纜機(jī)傳動配合。
[0013] -種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置的控制方法，所述控制方法包括W下步 驟：
[0014] 第一步:位置標(biāo)定、數(shù)據(jù)歸一化處理，首先，將電控手柄扳到中間位置，PLC控制箱 記錄電控手柄的中位控制信號，并將上述中位控制信號設(shè)定為0位控制信號，液壓馬達(dá)在 PLC控制箱的信號作用下運(yùn)動，直到液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動后，PLC控制箱接收到的角度傳感器 的信號維持定值不變，此時(shí)手柄位于中間位置，PLC控制箱記錄角度傳感器的中位反饋信 號，并將上述中位反饋信號設(shè)定為0位反饋信號；
[001引然后，將電控手柄扳到收纜最大位，PLC控制箱記錄電控手柄的收纜最大位控制信 號，并將上述收纜最大位控制信號設(shè)定為-100%位控制信號，液壓馬達(dá)在化C控制箱的信號 作用下收纜，直到液壓馬達(dá)停止收纜后，PLC控制箱接收到的角度傳感器的信號維持定值不 變，此時(shí)手柄位于收纜最大位，PLC控制箱記錄角度傳感器的收纜最大位反饋信號，并將上 述收纜最大位反饋信號設(shè)定為-100%位反饋信號；
[0016] 最后，將電控手柄扳到放纜最大位，PLC控制箱記錄電控手柄的放纜最大位控制信 號，并將上述放纜最大位控制信號設(shè)定為100%位控制信號，液壓馬達(dá)在化C控制箱的信號 作用下放纜，直到液壓馬達(dá)停止放纜后，PLC控制箱接收到的角度傳感器的信號維持定值不 變，此時(shí)手柄位于放纜最大位，PLC控制箱記錄角度傳感器的放纜最大位反饋信號，并將上 述收放最大位反饋信號設(shè)定為100%位反饋信號，位置標(biāo)定完成，將電控手柄扳回到中間位 置；
[0017] 電控手柄輸出的控制信號為連續(xù)變化值，PLC控制箱在接收電控手柄輸出的控制 信號后將其歸一化到-100%至100%之間，得到控制信號輸入值W;
[0018] 角度傳感器輸出的反饋信號同樣是連續(xù)變化值，PLC控制箱在接收角度傳感器輸 出的反饋信號后將其歸一化到-100%至100%之間，得到反饋信號輸入值X;
[0019] 第二步:開啟開關(guān)閥，電控手柄的初始位置為中位，在需要拖纜機(jī)放纜或收纜時(shí)， 操縱電控手柄移動到相應(yīng)的放纜或收纜位置，在操縱過程中化C控制箱接收到的電控手柄 的控制信號發(fā)生變化，PLC控制箱的開關(guān)信號輸出端24跳變到高電位，開關(guān)信號控制端得 電，控制開關(guān)閥打開，此時(shí)開關(guān)閥開啟完成；
[0020] 第S步：比例控制，當(dāng)電控手柄移動到相應(yīng)的放纜或收纜位置后，PLC控制箱接收 到的電控手柄的控制信號為一個(gè)定值，PLC控制箱將信號歸一化后得到控制信號輸入值W的 值，同時(shí)化C控制箱接收到角度傳感器的反饋信號，并將其歸一化后得到反饋信號輸入值X 的值，然后采用PID控制算法，將上述控制信號輸入值W的值、反饋信號輸入值X的值帶入W 下方程式，計(jì)算比例閥輸出控制量y，
[0021]
[0022] 上式中kp為比例增益，kp = 1.05，T功積分作用時(shí)間，Ti = IO秒，Td為微分作用時(shí)間， 1<1 = 0.02秒，日為微分延時(shí)系數(shù)，日=0.8,6為比例作用權(quán)重系數(shù)，6 = 0.9，(3為微分作用權(quán)重， C = 0.1，S為拉普拉斯運(yùn)算符，即S域；
[0023] 比例閥輸出控制量y經(jīng)過比例閥放大器放大后從比例信號輸出端22輸出至比例信 號控制端，比例閥根據(jù)接收到的信號調(diào)整比例閥的開度；
[0024] 第四步:反饋調(diào)節(jié)，比例閥的開度控制液壓油的流量，從而控制手柄轉(zhuǎn)動，角度傳 感器根據(jù)手柄的角度變化向化C控制箱發(fā)出新的角度反饋信號，PLC控制箱重新歸一化處理 得到新的反饋信號輸入值X的值，此時(shí)控制信號輸入值W的值不變，然后將控制信號輸入值W 的值和新的反饋信號輸入值X的值帶入第=步的公式進(jìn)行計(jì)算得到新的計(jì)算比例閥輸出控 審IJ量y，新的比例閥輸出控制量y經(jīng)過比例閥放大器放大后從比例信號輸出端輸出至比例信 號控制端，比例閥根據(jù)接收到的信號調(diào)整比例閥的開度;重復(fù)上述反饋調(diào)節(jié)過程，直到化C 控制箱接收到的反饋信號歸一化處理得到反饋信號輸入值X與控制信號輸入值W相等時(shí)，y =0,比例閥關(guān)閉，此時(shí)拖纜機(jī)的放纜或收纜操作完成。
[0025] 第五步:停機(jī)歸位，當(dāng)電控手柄扳回到中間位置時(shí)，PLC控制箱的控制信號輸入值W 的值為〇，PLC控制箱的開關(guān)信號輸出端跳變到低電位，開關(guān)信號控制端失電，控制開關(guān)閥關(guān) 閉，同時(shí)比例閥輸出控制量y強(qiáng)制歸零，比例閥關(guān)閉，此時(shí)油路關(guān)閉，手柄快速回中間位置。 [00%]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0027] 1、本發(fā)明一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置中在液壓馬達(dá)的手柄上安裝角 度傳感器，對手柄的角度進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，PLC控制箱分析反饋信號和控制信號后輸出比例控 制信號控制比例閥開度，從而實(shí)現(xiàn)拖纜機(jī)控制系統(tǒng)的閉環(huán)反饋，提高了比例閥的控制精度 和液壓馬達(dá)手柄的隨動性。因此，本設(shè)計(jì)控制精度高，隨動性好。
[0028] 2、本發(fā)明一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置中開關(guān)閥的設(shè)計(jì)能夠在電控手 柄處于中間位置時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉油路，使液壓馬達(dá)手柄快速回到中間位置，避免液壓馬達(dá)手柄 在中間位置發(fā)生震蕩，同時(shí)讓拖纜機(jī)快速停止，提高了拖纜機(jī)的安全性。因此，本設(shè)計(jì)能夠 快速關(guān)閉拖纜機(jī)，避免液壓馬達(dá)手柄在中間位置發(fā)生震蕩。
[0029] 3、本發(fā)明一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置的控制方法中，利用PID控制器， 實(shí)時(shí)調(diào)整比例閥的開度，利用閉環(huán)反饋功能實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自我校正，提高了拖纜機(jī)的可 控性。因此，本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)自我校正，可控性高。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖2是本發(fā)明的控制流程圖。
[0032] 圖中：電控手柄IJLC控制箱2、控制信號輸入端21、比例信號輸出端22、反饋信號 輸入端23、開關(guān)信號輸出端24、開關(guān)閥3、開關(guān)信號控制端31、開關(guān)閥進(jìn)油口 32、開關(guān)閥出油 口 33、比例閥4、比例信號控制端41、比例閥進(jìn)油口 42、比例閥出油口 43、伺服累5、液壓馬達(dá) 6、手柄61、角度傳感器7。
【具體實(shí)施方式】
[0033] W下結(jié)合【附圖說明】和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0034] 參見圖1，一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置，包括電控手柄1和化C控制箱2， 所述電控手柄1的信號輸出端與化C控制箱2的控制信號輸入端21相連接；
[0035] 所述拖纜機(jī)比例控制裝置還包括開關(guān)閥3、比例閥4、伺服累5、液壓馬達(dá)6和角度傳 感器7;
[0036] 所述化C控制箱2的開關(guān)信號輸出端24與開關(guān)閥3的開關(guān)信號控制端31電連接，所 述化C控制箱2的比例信號輸出端22與比例閥4的比例信號控制端41電連接；
[0037] 所述伺服累5依次通過開關(guān)閥3、比例閥4與液壓馬達(dá)6的手柄61的進(jìn)油口油路連 接，所述手柄61上設(shè)置有角度傳感器7,所述角度傳感器7的信號輸出端與化C控制箱2的反 饋信號輸入端23電連接。
[0038] 所述開關(guān)閥3還包括開關(guān)閥進(jìn)油口 32和開關(guān)閥出油口 33，所述比例閥4還包括比例 閥進(jìn)油口 42和比例閥出油口 43,所述開關(guān)閥進(jìn)油口 32與伺服累5的出油口油路連接，所述開 關(guān)閥出油口 33與比例閥進(jìn)油口 42油路連接，所述比例閥出油口 43與液壓馬達(dá)6的手柄61的 進(jìn)油口油路連接，所述液壓馬達(dá)6的輸出軸與拖纜機(jī)8傳動配合。
[0039] -種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置的控制方法，所述控制方法包括W下步 驟：
[0040] 第一步:位置標(biāo)定、數(shù)據(jù)歸一化處理，首先，將電控手柄1扳到中間位置，PLC控制箱 2記錄電控手柄1的中位控制信號，并將上述中位控制信號設(shè)定為0位控制信號，液壓馬達(dá)6 在PLC控制箱2的信號作用下運(yùn)動，直到液壓馬達(dá)6停止轉(zhuǎn)動后，PLC控制箱2接收到的角度傳 感器7的信號維持定值不變，此時(shí)手柄61位于中位，PLC控制箱2記錄角度傳感器7的中位反 饋信號，并將上述中位反饋信號設(shè)定為0位反饋信號；
[0041] 然后，將電控手柄1扳到收纜最大位，PLC控制箱2記錄電控手柄1的收纜最大位控 制信號，并將上述收纜最大位控制信號設(shè)定為-100%位控制信號，液壓馬達(dá)6在化C控制箱2 的信號作用下收纜，直到液壓馬達(dá)6停止收纜后，PLC控制箱2接收到的角度傳感器7的信號 維持定值不變，此時(shí)手柄61位于收纜最大位，PLC控制箱2記錄角度傳感器7的收纜最大位反 饋信號，并將上述收纜最大位反饋信號設(shè)定為-100%位反饋信號；
[0042] 最后，將電控手柄1扳到放纜最大位，PLC控制箱2記錄電控手柄1的放纜最大位控 制信號，并將上述放纜最大位控制信號設(shè)定為100%位控制信號，液壓馬達(dá)6在化C控制箱2 的信號作用下放纜，直到液壓馬達(dá)6停止放纜后，PLC控制箱2接收到的角度傳感器7的信號 維持定值不變，此時(shí)手柄61位于放纜最大位，PLC控制箱2記錄角度傳感器7的放纜最大位反 饋信號，并將上述收放最大位反饋信號設(shè)定為100%位反饋信號，位置標(biāo)定完成，將電控手 柄1扳回到中間位置；
[0043] 電控手柄1輸出的控制信號為連續(xù)變化值，PLC控制箱2在接收電控手柄1輸出的控 制信號后將其歸一化到-100%至100%之間，得到控制信號輸入值W;
[0044] 角度傳感器7輸出的反饋信號同樣是連續(xù)變化值，PLC控制箱2在接收角度傳感器7 輸出的反饋信號后將其歸一化到-100%至100%之間，得到反饋信號輸入值X;
[0045] 第二步:開啟開關(guān)閥3,電控手柄1的初始位置為中間位置，在需要拖纜機(jī)放纜或收 纜時(shí)，操縱電控手柄I移動到相應(yīng)的放纜或收纜位置，在操縱過程中化C控制箱2接收到的電 控手柄1的控制信號發(fā)生變化，PLC控制箱2的開關(guān)信號輸出端24跳變到高電位，開關(guān)信號控 制端31得電，控制開關(guān)閥3打開，此時(shí)開關(guān)閥3開啟完成；
[0046] 第S步：比例控制，當(dāng)電控手柄1移動到相應(yīng)的放纜或收纜位置后，PLC控制箱2接 收到的電控手柄1的控制信號為一個(gè)定值，PLC控制箱2將信號歸一化后得到控制信號輸入 值W的值，同時(shí)化C控制箱2接收到角度傳感器7的反饋信號，并將其歸一化后得到反饋信號 輸入值X的值，然后采用PID控制算法，將上述控制信號輸入值W的值、反饋信號輸入值X的值 帶入W下方程式，計(jì)算比例閥輸出控制量y，
[0047]
[004引上式中kp為比例增益，kp = 1.05，T功積分作用時(shí)間，Ti = IO秒，Td為微分作用時(shí)間， 1<1 = 0.02秒，日為微分延時(shí)系數(shù)，日=0.8,6為比例作用權(quán)重系數(shù)，6 = 0.9，(3為微分作用權(quán)重， C = 0.1，S為拉普拉斯運(yùn)算符，即S域；
[0049] 比例閥輸出控制量y經(jīng)過比例閥放大器放大后從比例信號輸出端22輸出至比例信 號控制端41，比例閥4根據(jù)接收到的信號調(diào)整比例閥4的開度；
[0050] 第四步:反饋調(diào)節(jié)，比例閥4的開度控制液壓油的流量，從而控制手柄61轉(zhuǎn)動，角度 傳感器7根據(jù)手柄61的角度變化向化C控制箱2發(fā)出新的角度反饋信號，PLC控制箱2重新歸 一化處理得到新的反饋信號輸入值X的值，此時(shí)控制信號輸入值W的值不變，然后將控制信 號輸入值W的值和新的反饋信號輸入值X的值帶入第=步的公式進(jìn)行計(jì)算得到新的計(jì)算比 例閥輸出控制量y，新的比例閥輸出控制量y經(jīng)過比例閥放大器放大后從比例信號輸出端22 輸出至比例信號控制端41，比例閥4根據(jù)接收到的信號調(diào)整比例閥4的開度;重復(fù)上述反饋 調(diào)節(jié)過程，直到化C控制箱2接收到的反饋信號歸一化處理后得到的反饋信號輸入值X與控 制信號輸入值W相等時(shí)，y = 0,比例閥4關(guān)閉，此時(shí)拖纜機(jī)8的放纜或收纜操作完成。
[0051] 第五步:停機(jī)歸位，當(dāng)電控手柄1扳回到中間位置時(shí)，PLC控制箱2的控制信號輸入 值W的值為0，PLC控制箱2的開關(guān)信號輸出端24跳變到低電位，開關(guān)信號控制端31失電，控制 開關(guān)閥3關(guān)閉，同時(shí)比例閥輸出控制量y強(qiáng)制歸零，比例閥4關(guān)閉，此時(shí)油路關(guān)閉，手柄61快速 回中間位置。
[0052] 本發(fā)明的原理說明如下：
[0053] 由于液壓系統(tǒng)隨著運(yùn)行時(shí)間和油溫變化等因素變化，會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)性能發(fā)生變 化，采用本發(fā)明通過閉環(huán)反饋的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我校正，從而確保拖纜機(jī)控制精準(zhǔn)，提高 拖纜機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。
[0化4] 實(shí)施例1:
[0055] -種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置，包括電控手柄1和化C控制箱2,所述電控 手柄1的信號輸出端與化C控制箱2的控制信號輸入端21相連接;所述拖纜機(jī)比例控制裝置 還包括開關(guān)閥3、比例閥4、伺服累5、液壓馬達(dá)6和角度傳感器7;所述化C控制箱2的開關(guān)信號 輸出端24與開關(guān)閥3的開關(guān)信號控制端31電連接，所述化C控制箱2的比例信號輸出端22與 比例閥4的比例信號控制端41電連接;所述伺服累5依次通過開關(guān)閥3、比例閥4與液壓馬達(dá)6 的手柄61的進(jìn)油口油路連接，所述手柄61上設(shè)置有角度傳感器7,所述角度傳感器7的信號 輸出端與化C控制箱2的反饋信號輸入端23電連接;所述開關(guān)閥3還包括開關(guān)閥進(jìn)油口 32和 開關(guān)閥出油口 33，所述比例閥4還包括比例閥進(jìn)油口 42和比例閥出油口 43，所述開關(guān)閥進(jìn)油 口 32與伺服累5的出油口油路連接，所述開關(guān)閥出油口 33與比例閥進(jìn)油口 42油路連接，所述 比例閥出油口 43與液壓馬達(dá)6的手柄61的進(jìn)油口油路連接，所述液壓馬達(dá)6的輸出軸與拖纜 機(jī)8傳動配合。
[0056] -種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置的控制方法，所述控制方法包括W下步 驟：
[0057] 第一步:位置標(biāo)定、數(shù)據(jù)歸一化處理，首先，將電控手柄1扳到中間位置，PLC控制箱 2記錄電控手柄1的中位控制信號，并將上述中位控制信號設(shè)定為0位控制信號，液壓馬達(dá)6 在PLC控制箱2的信號作用下運(yùn)動，直到液壓馬達(dá)6停止轉(zhuǎn)動后，PLC控制箱2接收到的角度傳 感器7的信號維持定值不變，此時(shí)手柄61位于中位，PLC控制箱2記錄角度傳感器7的中位反 饋信號，并將上述中位反饋信號設(shè)定為0位反饋信號；
[0058] 然后，將電控手柄1扳到收纜最大位，PLC控制箱2記錄電控手柄1的收纜最大位控 制信號，并將上述收纜最大位控制信號設(shè)定為-100%位控制信號，液壓馬達(dá)6在化C控制箱2 的信號作用下收纜，直到液壓馬達(dá)6停止收纜后，PLC控制箱2接收到的角度傳感器7的信號 維持定值不變，此時(shí)手柄61位于收纜最大位，PLC控制箱2記錄角度傳感器7的收纜最大位反 饋信號，并將上述收纜最大位反饋信號設(shè)定為-100%位反饋信號；
[0059] 最后，將電控手柄1扳到放纜最大位，PLC控制箱2記錄電控手柄1的放纜最大位控 制信號，并將上述放纜最大位控制信號設(shè)定為100%位控制信號，液壓馬達(dá)6在化C控制箱2 的信號作用下放纜，直到液壓馬達(dá)6停止放纜后，PLC控制箱2接收到的角度傳感器7的信號 維持定值不變，此時(shí)手柄61位于放纜最大位，PLC控制箱2記錄角度傳感器7的放纜最大位反 饋信號，并將上述收放最大位反饋信號設(shè)定為100%位反饋信號，位置標(biāo)定完成，將電控手 柄1扳回到中間位置；
[0060] 電控手柄1輸出的控制信號為連續(xù)變化值，PLC控制箱2在接收電控手柄1輸出的控 制信號后將其歸一化到-100%至100%之間，得到控制信號輸入值W;
[0061] 角度傳感器7輸出的反饋信號同樣是連續(xù)變化值，PLC控制箱2在接收角度傳感器7 輸出的反饋信號后將其歸一化到-100%至100%之間，得到反饋信號輸入值X;
[0062] 第二步:開啟開關(guān)閥3,電控手柄1的初始位置為中間位置，在需要拖纜機(jī)放纜或收 纜時(shí)，操縱電控手柄1移動到相應(yīng)的放纜或收纜位置，在操縱過程中化C控制箱2接收到的電 控手柄1的控制信號發(fā)生變化，PLC控制箱2的開關(guān)信號輸出端24跳變到高電位，開關(guān)信號控 制端31得電，控制開關(guān)閥3打開，此時(shí)開關(guān)閥3開啟完成；
[0063] 第S步：比例控制，當(dāng)電控手柄1移動到相應(yīng)的放纜或收纜位置后，PLC控制箱2接 收到的電控手柄1的控制信號為一個(gè)定值，PLC控制箱2將信號歸一化后得到控制信號輸入 值W的值，同時(shí)化C控制箱2接收到角度傳感器7的反饋信號，并將其歸一化后得到反饋信號 輸入值X的值，然后采用PID控制算法，將上述控制信號輸入值W的值、反饋信號輸入值X的值 帶入W下方程式，計(jì)算比例閥輸出控制量y，
[0064]
[0065] 上式中kp為比例增益，kp = l .05，Ti為積分作用時(shí)間，Ti = IO秒，Td為微分作用時(shí)間， 了<1 = 0.02秒，日為微分延時(shí)系數(shù)，日=0.8,6為比例作用權(quán)重系數(shù)，6 = 0.9，。為微分作用權(quán)重， C = 0.1，S為拉普拉斯運(yùn)算符，即S域；
[0066] 比例閥輸出控制量y經(jīng)過比例閥放大器放大后從比例信號輸出端22輸出至比例信 號控制端41，比例閥4根據(jù)接收到的信號調(diào)整比例閥4的開度；
[0067] 第四步:反饋調(diào)節(jié)，比例閥4的開度控制液壓油的流量，從而控制手柄61轉(zhuǎn)動，角度 傳感器7根據(jù)手柄61的角度變化向化C控制箱2發(fā)出新的角度反饋信號，PLC控制箱2重新歸 一化處理得到新的反饋信號輸入值X的值，此時(shí)控制信號輸入值W的值不變，然后將控制信 號輸入值W的值和新的反饋信號輸入值X的值帶入第=步的公式進(jìn)行計(jì)算得到新的計(jì)算比 例閥輸出控制量y，新的比例閥輸出控制量y經(jīng)過比例閥放大器放大后從比例信號輸出端22 輸出至比例信號控制端41，比例閥4根據(jù)接收到的信號調(diào)整比例閥4的開度;重復(fù)上述反饋 調(diào)節(jié)過程，直到化C控制箱2接收到的反饋信號歸一化處理后得到的反饋信號輸入值X與控 制信號輸入值W相等時(shí)，y = 0,比例閥4關(guān)閉，此時(shí)拖纜機(jī)8的放纜或收纜操作完成。
[006引實(shí)施例2:
[0069] 實(shí)施例2與實(shí)施例1基本相同其不同之處在于：
[0070] 所述控制方法還包括：
[0071] 第五步:停機(jī)歸位，當(dāng)電控手柄1扳回到中間位置時(shí)，PLC控制箱2的控制信號輸入 值W的值為0，PLC控制箱2的開關(guān)信號輸出端24跳變到低電位，開關(guān)信號控制端31失電，控制 開關(guān)閥3關(guān)閉，同時(shí)比例閥輸出控制量y強(qiáng)制歸零，比例閥4關(guān)閉，此時(shí)油路關(guān)閉，手柄61快速 回中間位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置，包括電控手柄⑴和PLC控制箱(2)，所述電 控手柄(1)的信號輸出端與PLC控制箱(2)的控制信號輸入端(21)相連接，其特征在于： 所述拖纜機(jī)比例控制裝置還包括開關(guān)閥（3)、比例閥(4)、伺服栗(5)、液壓馬達(dá)(6)和角 度傳感器(7); 所述PLC控制箱（2)的開關(guān)信號輸出端（24)與開關(guān)閥（3)的開關(guān)信號控制端（31)電連 接，所述PLC控制箱(2)的比例信號輸出端(22)與比例閥(4)的比例信號控制端(41)電連接； 所述伺服栗(5)依次通過開關(guān)閥（3)、比例閥(4)與液壓馬達(dá)(6)的手柄(61)的進(jìn)油口油 路連接，所述手柄(61)上設(shè)置有角度傳感器(7)，所述角度傳感器(7)的信號輸出端與PLC控 制箱(2)的反饋信號輸入端(23)電連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置，其特征在于： 所述開關(guān)閥（3)還包括開關(guān)閥進(jìn)油口（32)和開關(guān)閥出油口（33)，所述比例閥（4)還包括 比例閥進(jìn)油口（42)和比例閥出油口（43 )，所述開關(guān)閥進(jìn)油口（32)與伺服栗（5)的出油口油 路連接，所述開關(guān)閥出油口（ 33)與比例閥進(jìn)油口（42)油路連接，所述比例閥出油口（43)與 液壓馬達(dá)(6)的手柄(61)的進(jìn)油口油路連接，所述液壓馬達(dá)(6)的輸出軸與拖纜機(jī)(8)傳動 配合。3. -種權(quán)利要求1或2所述的帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置的控制方法，其特征在 于： 所述控制方法包括以下步驟： 第一步：位置標(biāo)定、數(shù)據(jù)歸一化處理，首先，將電控手柄（1)扳到中間位置，PLC控制箱 (2)記錄電控手柄（1)的中位控制信號，并將上述中位控制信號設(shè)定為O位控制信號，液壓馬 達(dá)(6)在PLC控制箱(2)的信號作用下運(yùn)動，直到液壓馬達(dá)(6)停止轉(zhuǎn)動后，PLC控制箱(2)接 收到的角度傳感器(7)的信號維持定值不變，此時(shí)手柄(61)位于中間位置，PLC控制箱(2)記 錄角度傳感器(7)的中位反饋信號，并將上述中位反饋信號設(shè)定為O位反饋信號； 然后，將電控手柄（1)扳到收纜最大位，PLC控制箱(2)記錄電控手柄（1)的收纜最大位 控制信號，并將上述收纜最大位控制信號設(shè)定為-100%位控制信號，液壓馬達(dá)(6)在PLC控 制箱(2)的信號作用下收纜，直到液壓馬達(dá)(6)停止收纜后，PLC控制箱(2)接收到的角度傳 感器(7)的信號維持定值不變，此時(shí)手柄(61)位于收纜最大位，PLC控制箱(2)記錄角度傳感 器(7)的收纜最大位反饋信號，并將上述收纜最大位反饋信號設(shè)定為-100%位反饋信號； 最后，將電控手柄⑴扳到放纜最大位，PLC控制箱(2)記錄電控手柄（1)的放纜最大位 控制信號，并將上述放纜最大位控制信號設(shè)定為100%位控制信號，液壓馬達(dá)(6)在PLC控制 箱(2)的信號作用下放纜，直到液壓馬達(dá)(6)停止放纜后，PLC控制箱(2)接收到的角度傳感 器(7)的信號維持定值不變，此時(shí)手柄(61)位于放纜最大位，PLC控制箱(2)記錄角度傳感器 (7)的放纜最大位反饋信號，并將上述收放最大位反饋信號設(shè)定為100%位反饋信號，位置 標(biāo)定完成，將電控手柄(1)扳回到中間位置； 電控手柄（1)輸出的控制信號為連續(xù)變化值，PLC控制箱(2)在接收電控手柄（1)輸出的 控制信號后將其歸一化到-100 %至100 %之間，得到控制信號輸入值w; 角度傳感器(7)輸出的反饋信號同樣是連續(xù)變化值，PLC控制箱（2)在接收角度傳感器 (7)輸出的反饋信號后將其歸一化到-100%至100%之間，得到反饋信號輸入值X; 第二步:開啟開關(guān)閥（3)，電控手柄（1)的初始位置為中間位置，在需要拖纜機(jī)放纜或收 纜時(shí)，操縱電控手柄（1)移動到相應(yīng)的放纜或收纜位置，在操縱過程中PLC控制箱(2)接收到 的電控手柄（1)的控制信號發(fā)生變化，PLC控制箱(2)的開關(guān)信號輸出端(24)跳變到高電位， 開關(guān)信號控制端(31)得電，控制開關(guān)閥（3)打開，此時(shí)開關(guān)閥（3)開啟完成； 第三步：比例控制，當(dāng)電控手柄（1)移動到相應(yīng)的放纜或收纜位置后，PLC控制箱（2)接 收到的電控手柄（1)的控制信號為一個(gè)定值，PLC控制箱(2)將信號歸一化后得到控制信號 輸入值w的值，同時(shí)PLC控制箱(2)接收到角度傳感器(7)的反饋信號，并將其歸一化后得到 反饋信號輸入值X的值，然后采用PID控制算法，將上述控制信號輸入值w的值、反饋信號輸 入值X的值帶入以下方程式，計(jì)算比例閥輸出控制量y，上式中kP為比例增益，kP = 1.05，Ti為積分作用時(shí)間，Ti = IO秒，Td為微分作用時(shí)間，Td = 0.02秒，a為微分延時(shí)系數(shù)，a = 0.8，b為比例作用權(quán)重系數(shù)，b = 0.9，c為微分作用權(quán)重，c = 〇. 1，s為拉普拉斯運(yùn)算符，即s域； 比例閥輸出控制量y經(jīng)過比例閥放大器放大后從比例信號輸出端(22)輸出至比例信號 控制端(41)，比例閥(4)根據(jù)接收到的信號調(diào)整比例閥(4)的開度； 第四步:反饋調(diào)節(jié)，比例閥（4)的開度控制液壓油的流量，從而控制手柄(61)轉(zhuǎn)動，角度 傳感器(7)根據(jù)手柄(61)的角度變化向PLC控制箱（2)發(fā)出新的角度反饋信號，PLC控制箱 (2)重新歸一化處理得到新的反饋信號輸入值X的值，此時(shí)控制信號輸入值w的值不變，然后 將控制信號輸入值w的值和新的反饋信號輸入值X的值帶入第三步的公式進(jìn)行計(jì)算得到新 的計(jì)算比例閥輸出控制量y，新的比例閥輸出控制量y經(jīng)過比例閥放大器放大后從比例信號 輸出端(22)輸出至比例信號控制端(41)，比例閥(4)根據(jù)接收到的信號調(diào)整比例閥(4)的開 度;重復(fù)上述反饋調(diào)節(jié)過程，直到PLC控制箱(2)接收到的反饋信號歸一化處理后得到的反 饋信號輸入值X與控制信號輸入值w相等時(shí)，y = 〇,比例閥(4)關(guān)閉，此時(shí)拖纜機(jī)(8)的放纜或 收纜操作完成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種帶閉環(huán)反饋的拖纜機(jī)比例控制裝置的控制方法，其特征 在于： 所述控制方法還包括： 第五步:停機(jī)歸位，當(dāng)電控手柄（1)扳回到中間位置時(shí)，PLC控制箱(2)的控制信號輸入 值w的值為0，PLC控制箱(2)的開關(guān)信號輸出端(24)跳變到低電位，開關(guān)信號控制端(31)失 電，控制開關(guān)閥（3)關(guān)閉，同時(shí)比例閥輸出控制量y強(qiáng)制歸零，比例閥（4)關(guān)閉，此時(shí)油路關(guān) 閉，手柄(61)快速回中間位置。
【文檔編號】F15B9/00GK106015131SQ201610554022
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】陶詩飛, 高怡, 劉寧, 李建濤, 孫釗, 肖開明
【申請人】武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司