摘  要： 采用研華設(shè)備及AI調(diào)節(jié)器相結(jié)合的控制算法對(duì)開(kāi)煉機(jī)伺服閥進(jìn)行過(guò)程控制，調(diào)距精度高，壓力值控制準(zhǔn)確。同時(shí)具備調(diào)距控制響應(yīng)快、數(shù)字信號(hào)處理靈活、易于實(shí)現(xiàn)參數(shù)反饋等特點(diǎn)。系統(tǒng)實(shí)踐效果較好，能夠廣泛應(yīng)用于輪胎等生產(chǎn)行業(yè)中。
關(guān)鍵詞： 開(kāi)煉機(jī)；過(guò)程控制；AI調(diào)節(jié)器

　近年來(lái)，隨著我國(guó)運(yùn)輸事業(yè)的迅猛發(fā)展以及人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，輪胎橡膠行業(yè)一直處于高速發(fā)展的狀態(tài)。輪胎橡膠類(lèi)加工企業(yè)在擴(kuò)大生產(chǎn)的同時(shí)，不斷更新生產(chǎn)工藝和配方，大大提高了子午線(xiàn)輪胎的高速行駛安全性、舒適性和使用壽命。由于子午線(xiàn)輪胎膠料的硬度很高，一次煉制橡膠量加大，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)煉制橡膠的生產(chǎn)設(shè)備的承載能力提出了更高的要求。開(kāi)煉機(jī)作為整條生產(chǎn)線(xiàn)前端設(shè)備，其性能的好壞直接關(guān)系到生產(chǎn)的連續(xù)性。而對(duì)設(shè)備承載能力起決定因素的就是設(shè)備的安全裝置，它能保證整個(gè)設(shè)備在過(guò)載的情況下不會(huì)受到損壞[1]。
1 開(kāi)煉機(jī)液壓調(diào)距系統(tǒng)
　開(kāi)煉機(jī)液壓調(diào)距系統(tǒng)與其他的液壓伺服控制系統(tǒng)相同，都是一種以液壓動(dòng)力機(jī)械作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)并具有反饋控制的控制系統(tǒng)。它不僅能自動(dòng)準(zhǔn)確、快速地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律，并且還能對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)變換的作用[2]。該控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)開(kāi)煉機(jī)調(diào)距系統(tǒng)相比具有如下特點(diǎn)：
?。?）動(dòng)態(tài)性能好、穩(wěn)態(tài)精度高
　調(diào)距最大行程L為100 mm。位置調(diào)節(jié)時(shí)域動(dòng)態(tài)指標(biāo)：上升時(shí)間tr<0.021 s，超調(diào)量σp<6%，調(diào)整時(shí)間ts<0.11 s。位置調(diào)節(jié)頻率動(dòng)態(tài)指標(biāo)：幅值裕量KS>6.9 dB相位裕量r=40°~70°。性能指標(biāo)：位置控制精度e<±0.016 mm。
　（2）高壓大功率、高可靠性。
　（3）理論解析與特性補(bǔ)償。液壓控制的理論解析近期的研究?jī)A向是利用微型計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)（如多變數(shù)液壓系統(tǒng)）和復(fù)雜因素（非線(xiàn)性及時(shí)變等）進(jìn)行仿真分析的研究。
2 開(kāi)煉機(jī)液壓調(diào)距控制系統(tǒng)的組成
　開(kāi)煉機(jī)液壓調(diào)距控制系統(tǒng)采用SHT公司生產(chǎn)伺服油缸，型號(hào)：FB335X200X101ST。選用M00G公司生產(chǎn)G761-3004型伺服閥。阻尼比?灼h=0.7，固有頻率?棕h=721 rad/s。位移傳感器選擇MTS公司生產(chǎn)的磁致

3 智能調(diào)節(jié)器與研華系列模塊
　智能調(diào)節(jié)器AI808的功能除了涵蓋傳統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)的串級(jí)控制、前饋控制、比值控制、均勻控制等功能外，已經(jīng)普遍應(yīng)用了模糊控制、專(zhuān)家控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等新理論與新技術(shù)[3]。
　智能調(diào)節(jié)器具有“遙控”功能，可由PLC的模擬量輸出單元輸出4~20 mA（或0~20 mA，或DC1~5 V，或DC 0~10 V，或DC 0~5 V）的電壓或電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各種過(guò)程的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在初次使用AI808時(shí)，可啟動(dòng)AT功能來(lái)協(xié)助確定M5、P、I等控制參數(shù)[4]。
　研華系列模塊包括Adam-5000TCP，Adam-4017，Adam-4055。其中Adam-5000TCP使用ARM 32 bit RISC CPU10/100Base-T自動(dòng)偵測(cè)高速通信端口，支持Modbus/TCP通信協(xié)議，Adam-4017具有通道：6路、差分、兩路、單端；輸入類(lèi)型：mV、V、mA，采樣速率：10采樣點(diǎn)/s。Adam-4055具有I/O類(lèi)型：8 DO/DI，輸入電壓：DC 10~50 V，集電極開(kāi)路DC 40 V，過(guò)壓保護(hù)：DC 70 V，DC 2 500 V光學(xué)隔離。
4 液壓調(diào)距控制系統(tǒng)
　該系統(tǒng)由定量泵和蓄能器共同供油，并設(shè)置了手動(dòng)控制泵作為系統(tǒng)的輔助供油裝置，以便在緊急狀況下能夠保證輥距的順利打開(kāi)；系統(tǒng)中在每個(gè)調(diào)距缸附近設(shè)置電磁溢流閥來(lái)保護(hù)開(kāi)煉機(jī)軸筒和機(jī)架；采用比例閥控制輥距的調(diào)整速度和精度，同時(shí)保持輥距[5]。根據(jù)輥距對(duì)速度和精度的調(diào)整，采用電磁比例閥可以很好地解決這些問(wèn)題，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輥距調(diào)整的自動(dòng)化控制，提高輥距調(diào)整效率，改善系統(tǒng)性能[6]。
5 系統(tǒng)程序
　系統(tǒng)程序應(yīng)當(dāng)基于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模型建立，該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如圖2所示。

　首先對(duì)上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行PID校正。根據(jù)仿真的結(jié)果選用試湊法進(jìn)行PID校正：（1）調(diào)整比例部分。將控制器中的積分系數(shù)和微分系數(shù)置零，使之成為純比例控制，將系統(tǒng)投入運(yùn)行，再由大到小調(diào)節(jié)比例度，觀(guān)察系統(tǒng)的響應(yīng)，直到出現(xiàn)約4：1的衰減過(guò)渡曲線(xiàn)。（2）整定積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)，先將調(diào)整好的比例系數(shù)降低20％，以補(bǔ)償因加入積分而引起的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差上升，然后由小到大調(diào)節(jié)積分系數(shù)，消除靜差。（3）最后加入微分環(huán)節(jié)。此時(shí)可適當(dāng)增加比例系數(shù)，以補(bǔ)償因加入微分后而引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性的下降。經(jīng)過(guò)PID整定后原先的響應(yīng)曲線(xiàn)如圖6虛線(xiàn)所示。理想的PID參數(shù)如下所示：

　其上升時(shí)間tr=0.004 29 s<0.01 s，調(diào)節(jié)時(shí)間ts=0.016 3 s<0.1 s，超調(diào)δp：3.72%<5%。從圖6的系統(tǒng)響應(yīng)曲線(xiàn)可以看出校正后的控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的，幅值穩(wěn)態(tài)裕量Ks=7．27 dB，相位穩(wěn)態(tài)裕量r=65.4°。從表1的數(shù)據(jù)中可以看出，經(jīng)PID校正后的系統(tǒng)特性完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。理想PID參數(shù)經(jīng)過(guò)試湊后，應(yīng)針對(duì)該P(yáng)ID參數(shù)書(shū)寫(xiě)控制器算法，并寫(xiě)到工控機(jī)中。按照研華模塊提供的協(xié)議往485串口上傳輸ASCII字符串。字符串的內(nèi)容取決于工控機(jī)中計(jì)算的結(jié)果?，F(xiàn)對(duì)上述系統(tǒng)加入負(fù)載擾動(dòng)。加入負(fù)載擾動(dòng)的響應(yīng)曲線(xiàn)如圖6的實(shí)線(xiàn)所示。從圖6中可以看出加入負(fù)載擾動(dòng)后，系統(tǒng)依舊可以達(dá)到本文提出的控制要求。
    開(kāi)煉機(jī)是生產(chǎn)子午線(xiàn)橡膠輪胎的重要設(shè)備，其調(diào)距性能的好壞直接影響到輪胎的質(zhì)量。液壓調(diào)距具有以下優(yōu)點(diǎn)：調(diào)距精度高、安全保護(hù)性好及生產(chǎn)連續(xù)性好，是傳統(tǒng)的調(diào)距方法不能相比的。本文設(shè)計(jì)了、并對(duì)其控制方法做了重點(diǎn)研究。通過(guò)仿真研究該系統(tǒng)的特性，建立了液壓驅(qū)動(dòng)調(diào)距控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)了常規(guī)PID控制器，并進(jìn)行了仿真，基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
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