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数字液压传动与智能化控制技术
来源:未知    时间:2018年03月13日    分享:

数字液压传动与智能化控制技术

——北京亿美博科技有限公司

一、企业简介

亿美博科技致力于以工业4.0共性基础器件之数字液压为核心,为各类机械和系统设备提供精准、可靠、高效以及高性价比的数字传动与智能化控制产品及解决方案。公司融合众多行业的应用经验,研发创新为:冶金、军工、重型装备、能源、工程机械、机器人等每一个细分市场的客户量身定制系统解决方案及产品和服务,获得了“国家重点新产品”证书,两项国际先进水平鉴定,承担了“国家科技攻关计划”、“国家火炬计划”、“国防重点工程”、“863攻关”、“985”等项目。同时亿美博科技为客户提供精密液压、电气传动与信息化和智能化控制的集成技术。

二、技术介绍

(一)数字液压的定义与类型

数字液压是典型的智能硬件、互联网+和工业4.0的核心科技,是推动中国装备制造业升级的共性基础技术。

现在被称之为数字液压的技术不算少,或许是“数字”这个词更贴近于现代科技发展的前缘。“数字液压”这个词据考证官方使用应最早出现在2002年“十五”国家科技攻关计划,亿美博承担了“数字液压缸系列产品的研究与开发”攻关任务,并于2003年通过科技部组织的专家验收,验收专家意见中最后一句话画龙点睛地写到:“该产品(数字缸)的研制成功,对推广工业自动化做出贡献”。有关技术人员接触到之前的“数控脉冲液压缸”技术后,发现它很像数字电子技术,即:具有标量化特征,也就是这种液压缸的运动特性完全与电脉冲对应,脉冲的数量准确的对应油缸的运动行程,脉冲的频率对应着油缸的速度,它几乎不受负载和油压波动的影响,甚至它的设计、制造、使用和维护等,都大为简化,与数字电子技术的很多特征极其类似,因此才将原本更专业化或技术化的名词改为更形象化的称其为:“数字液压”。

数字液压,即:液压执行器件(缸、马达)的运动特性与电脉一一对应,电脉冲的频率对应油缸的运动速度(油马达角速度),电脉冲的数量对应油缸的运动行程(油马达角度),执行器件的精度几乎不受负载、油压甚至是泄露等的影响而发生变化,这样的液压技术,我们称之为数字液压,与很多所谓的数字液压有本质区别。

亿美博数字液压产品主要包括:数字液压缸、数字液压马达、数字可编程功率敏感泵,是基础共性技术,它的诞生和发展,为我国自动化控制水平的提升创造了条件,其必将推动我国装备制造业的创新升级发挥巨大的作用。数字液压的工业4.0核心科技,是“中国制造2025”实现的有力保证。

数字缸,又名数字液压缸、电液步进缸、电液脉冲缸、数控脉冲液压缸等。它是一种将油缸、数字伺服阀、传感器、反馈调节和控制有机结合,集成为一个单体器件的高科技液压传动及控制产品,并且使其特性完全实现数字化。其特别适用于高精度速度、位置控制、协同运动控制等传动系统,尤其在大流量或超大流量(千升/分钟)、高频或者超高频伺服控制方面,数字液压系统具有无可比拟的竞争优势和高性价比。

数字(伺服)缸是双作用、高精度、高频响液压缸。它是一种将油缸、数字阀、反馈调节等有机结合,集成为一个单体器件的高科技液压传动及控制产品。其特别适用于高精度的速度控制、位置控制及多缸协同运动控制等传动控制系统需要。本公司数字缸相对伺服或比例伺服系统具有明显的性能优势和高性价比。 

(二)数字液压技术的发展

1、从关注液压到关注自动化直至工艺需求

液压作为传动的一员,原本应该是为自动化服务,但由于液压的技术难度高、实施中往往遇到各种意想不到的困难,因此在很多系统应用中,液压反而变为了项目的主要被关注环节。由于数字液压技术的出现使得液压传动得以简化,正如十五科技攻关验收专家评语写到的:“数字液压的成功,对推广工业自动化做出贡献”。因而我们可以将精力更多的关注在自动化系统的实施方面,而作为自动化是为了工艺目标的达成而设计和实施的,因此亿美博通过近20年在众多行业的学习和研究,积累了大量的行业知识和经验,因此我们早已不再是仅将着眼点放在液压元件、液压系统构 成这些单一方面,而是更关注如何利用包括:机械、液压、电气、自动化、信息技术甚至是大数据、云计算和智能化等,集成一体的综合解决方案上。努力将更贴近于用户需求的解决方案完美地展现在用户的面前,解决用户的需求,甚至是引领不同行业的创新。这些方面也是被亿美博不断在实践中证明的,例如:工程机械的机器人化和智能化发展等。

2、从器件的自动化到系统的智能化

数字液压的出现,让设计者、使用者得以将自动化系统向信息化和智能化快速推进。正如中国工程院周济院长在调研数字液压时指出的:数字液压的成功,可以推进中国装备快速实现数字化一代,而实现数字化的目的是为了信息化和智能化奠定基础。数字液压作为一个基础级核心器件,亿美博最新推出了具有现场总线网络连接的数字液压缸、数字液压马达、数字传感器、数字超高频振动缸、负载敏感数字多路阀和数字可编程功率敏感泵等十多项数字液压核心产品,几乎全面覆盖了传统液压的所有应用领域,为接下来液压传动迈向信息化和智能化做好基础准备工作。

三、数字液压技术特性

数字液压这几年变成了行业热词,无论是国内亦或是国际学术界,究其原因在于传统的液压门槛过高,无论是产品设计、制造、成套、调试、使用和维护等,均要求专业技术水平高、经验丰富的专业技术人员方能熟练掌握,再加上产品品类繁多,对材料、工艺等要求高,因而大大限制了液压技术的普及和发展,也造成工业传动及自动化水平和能力的不足。正如中国工程院周济院长所言:“以往液压被赋予了太多的控制功能,因而造成液压器件众多、技术门槛高,而亿美博数字液压是将控制还给电(机),还液压特性随动和功率放大的本质”。

亿美博数字液压是利用了其内部一套巧妙的机械反馈装置,通过机液伺服原理,实现了作动器(缸或马达)运动特性的数字化,即:电脉冲的频率对应作动器的速度、电脉冲的数量对应运动位移,最高精度可实现1个脉冲对应1微米的运动能力。

亿美博数字液压与控制驱动数字化和流量面积数字化等的“数字液压”存在本质不同。无论怎样的数字化,其根本目的是为了降低技术门槛,降低设计、成套、调试、使用和维护的技术难度,而无论怎么数字化,如果作动器的运动特性不能与信号直接对应或者标量化(计量化),那都没有解决液压难于控制的根本问题,也是没有实际应用价值的,充其量算作是部分数字化。控制驱动数字化和流量面积数字化仅仅改善了信号响应执行与阀口加工方面存在的一些缺陷,并未从根本上改服液压难于控制使用的本质,因负载变化、系统压力变化、温度变化、油品特性等的变化,再加上控制PID参数的不确定等,诸多不确定因素,依然会严重影响这类技术的最终实现能力,更不用说流量面积数字化方式,将原本一个伺服阀变成10个甚至多至128个阀并联来控制,不仅液压传动中的根本问题没有解决(速度、位置控制依然依靠传统PID反馈调节),反而带来了由于高速开关寿命问题、流量瞬时变化冲击问题、体积重量大幅增加等,从根本上丧失了液压功率密度大、运行平稳等的优势,因而其从表面上看似数字化的原理并没有实际应用价值。

数字液压应该让液压简单化,数字液压应具有的特性是作动器运动特性的标量(数字)化,否则没有意义。

亿美博定义的数字液压是:油缸的运动速度与电脉冲的频率对应,油缸的运动行程与电脉冲的数量对应,负载、系统压力波动,油液流动特性发生变化,甚至泄外泄等均不使其误差超出允许范围,这样的技术才是具有实际应用价值的数字液压。

四、应用案例

(一)数字液压挖掘机器人

数字液压挖掘机器人是将世界领先的数字液压技术与现有工程机械结合实现机器人化的经典案例。它不仅展现出数字液压传动与运动控制的精准、高效、易用和低维护、强耐受等特性,更发挥出工程机械机器人化后的效率大幅提升、能耗迅速下降的优势。工程机械数字化、网络化和智能化跃升,给工程机械迈向大功率机器人化奠定了基础和铺平了最难一段的道路,为传统工程机械行业创造出新的竞争空间和盈利能力。

(二)数字液压冷轧板厚自动控制(AGC)系统

数字液压20辊冷轧薄板厚度自动控制(AGC)系统,是亿美博集多年冶金、国防、机械、能源、机器人等领域自动化解决方案经验,通过优化、总结和提高,提出的一种自系统构成、到软件控制算法全新的解决方案。通过实际调试、使用,验证了系统的先进、可靠性。亿美博数字液压冷轧板厚自动控制(AGC)系统,采用高精度高频响数字液压缸作为其核心传动控制部件,不仅精度高、响应速度远高于现有采用伺服阀控系统,体现出极高的液压刚度,有力的保证了板带厚度精度指标。控制算法上不仅通过多模型复合前馈提高算法稳定性,还通过Fuzzy Logic使控制适应能力更强,鲁棒性更好。该系统还具有网络通讯大数据采集能力,可通过基于大数据的预测分析算法,不断自主优化软件模型,使系统智能化的水平远远超过现有轧钢设备。预测分析算法还可以提前获知重要的设备维护维修依据,将停线故障处理在发生之前,进一步提升轧机的作业率。

数字液压与传统伺服液压缸表现的控制特性完全不同。数字液压缸作为AGC调节传动主器件,当其载荷发生变化迫使油缸位置发生变化时,由于数字缸内部具有独特的快速和精准的位置反馈及调节能力,因而其构成的控制系统,能够以最短的时间和最快的速度,提供足够的刚度,以抑制载荷变化而导致的油缸位置发生变化,体现出辊缝的变化量远远小于伺服阀控系统,甚至在绝大多数情况下,数字液压控制系统无需控制(<±1μm)由于载荷变化导致的误差。

虽然数字液压缸大大抑制了辊缝误差,但由于辊系和机架也会发生变形而影响最终的轧制辊缝,因此控制系统只需要通过低频响带厚传感器检测的厚度误差,通过自动调节算法驱动数字缸,修正低频响误差完成最终的带厚控制即可。