一种液压比例阀的零位偏移自动校正算法在陶瓷压砖机中的应用

摘 要：比例阀是陶瓷压砖机液压系统控制的重要部件，而比例阀阀芯零位偏移是比例阀常见的故障之一。本文介绍的是一种比例阀零位偏移自动校正的算法，通过算法计算得出比例阀的补偿量，来抵消比例阀的偏移量，使比例阀回到正常工作状态，从而提高比例阀的可控性，提高陶瓷压砖机的稳定性。

关键词：比例阀阀芯偏移，进退法，分割法

1 前言

随着我国陶瓷行业的迅速发展与液压控制元器件技术的不断更新，人们对陶瓷压砖机的控制工艺要求越来越精细。而液压比例阀可以对液压系统的流量实现连续和比较精确的控制和调节，对陶瓷压砖机的控制有很大的促进作用。相比普通插装阀，液压比例阀响应速度更快，控制更加精确；相对伺服阀，液压比例阀性价比高、抗污染能力强。因此，液压比例阀在陶瓷液压压砖机领域的应用越来越广泛。当前大部分的陶瓷压砖机把液压比例阀用于控制动梁的运动，但是由于陶瓷压砖机的生产环境相对复杂，电磁干扰大，而且连续运行时间长，液压比例阀使用的故障率会比普通电磁阀和插装阀高，其中，比例阀阀芯零位偏移是常见的一个故障现象。当发生阀芯零位偏移后，会对陶瓷压砖机动梁的控制稳定性产生影响，不但降低生产的效率，影响设备寿命，甚至还会威胁人身安全。本文介绍的液压比例阀零位偏移自动校正算法就是针对这种情况而设计的，目的就是在动梁比例阀发生零位偏移后，通过算法得出补偿值来抵消零位偏移值，从而提高动梁的可控性，并以陶瓷液压压砖机的动梁的控制为例介绍此算法。

2 传统的比例阀校正方法

传统的液压比例阀偏移校正方法是人为去修正：正常生产运作中，通过人为去观察动梁在运行时是否发生了偏移，若动梁发生了向上偏移，人为通过人机界面HMI给比例阀设定一个正补偿值；若动梁发生向下偏移，人为通过人机界面HMI给比例阀设定一个负补偿值，通过设定补偿值来抵消零位偏差带来的不良影响，可使动梁稳定在一个合理区间内，从而满足对动梁的工作需求，其工艺流程如图1所示。

传统的比例阀校正方法虽然简单实用，但需要操作员的参与，这要求操作员有一定的技术与故障判断能力；而且陶瓷压砖机通常是不间断生产，操作员一般很难及时发现，往往是出现了问题才发现故障，这就给正常生产带来很大的影响。另外，传统的方法也是通过观察调整再观察的程序进行多次调整，直到找到准确的补偿量。在调整时又需要操作员有相关的经验，从而增加了校正难度。

3 比例阀零位偏移自动校正的原理

液压比例阀零位偏移自动校正的流程是：当动梁在陶瓷压砖机自动循环的空程位置时（即等待推砖布料阶段，由于此阶段时间相对较长，有利于算法的执行），利用动梁位移传感器，检测动梁是否发生了滑动，如果发生了滑动并且偏移量大于允许值，利用算法计算比例阀零位补偿量，然后将补偿量输出到比例阀执行，反复扫描偏移量并计算补偿量，直到找出最合适比例阀的零位补偿量。程序如图2所示。其中，|S|是传感器检测的动梁偏移值，A为偏移量的允许值。

比例阀零位偏差自动校正算法的核心是运用了进退法与黄金分割点法来组合运算。

进退法是用来确定搜索比例阀零位偏移区间的算法，其理论依据为：f（X） 为单谷函数（只有一个极小值），且[a，b]为其极小点的一个搜索区间，对于任意X1，X2∈[a，b] 且X1

黄金分割法是在进退法确定了搜索区间后用来缩小搜索区间，直到找到比例阀的零位偏移量的算法。其理论依据为：把一个区间分割为两部分，使较大部分与全长的比值等于较小部分与较大的比值，则这个比值即为黄金分割。其比值是（-1）：2，近似值为0.618。

其原理是：设定初始开度a0，初始步长t0。控制器以初始比例阀开度a0控制动梁运动（a0为正值，如果比例阀阀芯零位未偏移，则理论上动梁应该会向下运动），然后根据传感器检测动梁的实际运动情况进行判断：①动梁的实际运动距离S0小于动梁运动允差A（即|S0|A并且动梁向下运动，则说明比例阀阀芯零位发生了正偏移，控制器将初始步长t0取反（即t0=- t0）再加上a0后将值赋予a1（即a1=a0+t0）；③|S0|>A并且动梁向上运动，则说明比例阀阀芯零位发生了负偏移，因此控制器将a0加上初始步长t0后将值赋予a1（即a1=a0+t0）。

然后动梁比例阀以a1控制动梁，根据传感器检测动梁的实际运动情况再次进行判断：①|S0|A并且动梁运动方向与前一次运动方向相同，则说明比例阀阀芯零位偏移量不在此两次比例阀开度区间范围内，需继续减小或加大比例阀开度，以便确定比例阀阀芯零位偏移量的区间范围；③|S0|>A并且动梁运动方向与前一次运动方向相反，则说明比例阀阀芯零位偏移量就在此两次比例阀开度区间的范围内，从而确定了零位偏移的区间。

确定了零位偏移的区间后，再利用分割法来反复计算调整比例阀的开度，直到确定比例阀的补偿量a*，然后在比例阀的开度指令上增加补偿量a*，即可让动梁正常工作，实现比例阀阀芯零位的自动调整功能。其流程大致如图3所示，其中，a*是得出的比例阀零位偏差值。

4 比例阀零位自动校正算法的技术要点

（1） 由于动梁的重量很大，属于大惯性的物体，在计算时要排除动梁惯性对算法的影响，所以需要先对动梁运动进行滤波，增加算法的准确性。

（2） 由于算法是根据动梁的实际位移来计算的，所以要设定一个安全区域，保证动梁在安全区域内移动，不能与其他设备发生干涉，否则会发生危险。

（3） 如果比例阀零位偏差较大时，可能在一个压制循环内不能找到补偿值，需设置断点，让算法在下个压制循环从断点继续计算，否则算法将不能找到准确值。

（4） 本算法运用在Beckhoff的CX控制器。该算法要求在小区域快速寻找零位偏置值，所以要求控制器有一定的计算能力。

5 比例阀零位自动校正算法的实际使用的效果

本算法已经在恒力泰YP系列陶瓷液压自动压砖机上实验，经过实验得出：当比例阀的零位偏差在3%时，该算法可在600 ms内准确找到偏移值；当比例阀零位偏差在5%时，该算法可在1100 ms内准确找到偏移值；当比例阀零位偏差在10%时，该算法可在2000～2500 ms内准确找到偏移值，可以满足大部分陶瓷生产的要求。

6 结束语

比例阀阀芯零位偏移是比例阀的常见故障，本文所介绍的零位自动校正算法可以很好地解决此类故障，不仅节省了人力成本，而且减少了由于陶瓷压砖机动梁控制定位不准带来的不利影响，在提高比例阀的可控性方面，陶瓷压砖机稳定性和设备安全与智能化都取得了明显的成效。

参考文献

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