Abaqus運動控制
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
Abaqus運動控制的視頻教程
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Abaqus運動控制的實例教程
一些閉環運動控制的應用很顯然需要運動控制器，然而一些人也可以通過使用PLC來實現閉環控制。當然，選擇何種控制方式常常難以定論。
當你可以使用PLC控制的時候，為什么還需要花錢去購買一個專用的電液運動控制器呢？答案很簡單。一般來說，考慮的因素包括使用數量，實現難度，可用時間，生產效率，精度要求以及經濟性等。做出何種決定往往是很模糊的。根據以往的經驗，我知道哪種類型的應用可以用PLC，哪種不適用。
對于大多數的控制系統設計者來說，成本是首當其沖的想法。最簡單的辦法就是購買帶有模擬量輸入和輸出的PLC用于各種軸的控制，還可以帶有一些數字I/O，接著就可以編程了。通常都是從最簡單的比例控制開始，甚至PID控制塊都不需要。這就是目前市面上大多數的液壓伺服控制的做法，人們接受液壓的培訓很多，但也僅限于此。
模擬量的反饋必須轉化縮放為位置單位。然而，我很奇怪的是，在一些PLC論壇里，很多的人在咨詢如何把一個模擬量轉化為毫米或英寸。如果編程的工程師在問，很顯然他啥也編不了。對輸入值比例縮放之后，很簡單的做法就是，從指令位置減去實際位置，差值乘以比例增益，該值作為模擬量的輸出至閥。就是這么簡單！
1. 該仿真顯示了當指令位置突然改變100mm時將會發生什么。控制輸出在100%飽和，執行器突然加速。實際位置則慢慢的接近100mm的目標值。
模擬量控制的PLC設置
PLC控制的一個挑戰發生在液壓缸的指令和實際位置相差很大的情況，因為此時輸出至閥的信號可能很大。結果就是液壓缸全速運動至指令位置。在指令位置的時候會發生什么就取決于增益和負載大小了。有時候液壓缸會平滑減速至指令位置，但是如果負載很大，也會產生超調，并帶有衰減振蕩。
關于此問題可以有多種解決方案。
展開 結論
設計一個滿足你的應用需求的液壓運動控制系統需要多方面的考慮。選擇一個合適的閥是必須的，也期望通過上述的羅列對你經驗的提升有更好的幫助。
其它的一些重要的因素包括選擇合適的位置、壓力或者力傳感器；閥盡可能的靠近油缸即控制器只控制油缸（無油液或者軟管的膨脹或壓縮）；選擇合適的運動控制器等等。
英文作者：Jack Johnson 電液控制專家
中文譯校：騰益登
*本文大約1758字，建議閱讀時間：~10分鐘*
本文研究了一個閥控缸伺服系統的測試結果，該系統被設計用于電液運動控制的培訓項目。
研究油缸兩腔的瞬時壓力非常有趣，因為它揭示了液壓伺服系統某些固有特性或者叫奇怪現象。為了驗證運動控制系統的特性，我們研究了一個帶位置閉環控制的閥控缸的測試結果，見圖1。
該機構被設計用于一個特殊的電液運動培訓項目，油缸缸徑為2英寸，桿徑為1 3/8英寸，行程為6英寸，另外配置一個磁致伸縮線性位移傳感器用于位置反饋。負載為一個厚4英寸，直徑16英寸，重達250lb的飛輪。當3.5英寸的扭力桿垂直于活塞桿時，飛輪在油缸活塞桿端產生將近1500lb的等效質量。油缸與飛輪通過曲柄連接，如圖1右下所示。這樣的機械結構產生大約20Hz的自然頻率。曲柄機構的約束限定了油缸的最大動作行程在6英寸以下。
PC帶模擬量輸入和輸出的數據接口，利用其控制油缸運動。加速度，速度和位移曲線見圖1所示。利用PC程序的VCCM（Valve Control Cylinder Motion）指令中的曲線合成模塊（Profile Synthesizer module）對運動控制過程進行合成處理。采用比例控制，無積分或者微分控制環節。
圖1 位移，速度和加速度曲線
圖示左邊，用于示意在整個周期中如何控制伺服機構。右上圖，液壓原理示意解釋，而右下圖是一個簡化了的機械結構。控制初始階段，存在一個0.6s的初始駐留區（速度為零）。在接下來的0.28s，以18in./sec.2的加速度平穩加速。接著，有0.5s的勻速區，速度5.1in./sec（覆蓋大約2.5英寸的油缸行程）。接近油缸活塞桿伸出的終點，是0.28s的減速。
展開 閉環控制
圖2 閥控，電液位置閉環典型結構
圖2所示的系統闡釋了位置伺服機構，這是我們討論最終落腳點。圖2中的油缸提供負載力fL，而其位置與一個位置傳感器相連，傳遞函數為H，作為反饋信號。H值為電壓，進入誤差比較器，與指令信號電壓C做比較。誤差信號E輸送至伺服/比例閥放大器，從而推動閥芯運動。
只要誤差信號不是零，閥將持續運動，導致油缸推動負載，直至指令信號與反饋信號相等。此時，誤差為零，電流變為零，閥芯對中，負載和油缸停止。這就是它的工作原理。當然事實上，其會復雜很多。
本文研究了一個閥控缸伺服系統的測試結果，該系統被設計用于電液運動控制的培訓項目。
研究油缸兩腔的瞬時壓力非常有趣，因為它揭示了液壓伺服系統某些固有特性或者叫奇怪現象。為了驗證運動控制系統的特性，我們研究了一個帶位置閉環控制的閥控缸的測試結果，見圖1。
該機構被設計用于一個特殊的電液運動培訓項目，油缸缸徑為2英寸，桿徑為1 3/8英寸，行程為6英寸，另外配置一個磁致伸縮線性位移傳感器用于位置反饋。負載為一個厚4英寸，直徑16英寸，重達250lb的飛輪。當3.5英寸的扭力桿垂直于活塞桿時，飛輪在油缸活塞桿端產生將近1500lb的等效質量。油缸與飛輪通過曲柄連接，如圖1右下所示。這樣的機械結構產生大約20Hz的自然頻率。曲柄機構的約束限定了油缸的最大動作行程在6英寸以下。
PC帶模擬量輸入和輸出的數據接口，利用其控制油缸運動。加速度，速度和位移曲線見圖1所示。利用PC程序的VCCM（Valve Control Cylinder Motion）指令中的曲線合成模塊（Profile Synthesizer module）對運動控制過程進行合成處理。采用比例控制，無積分或者微分控制環節。
圖1 位移，速度和加速度曲線
圖示左邊，用于示意在整個周期中如何控制伺服機構。右上圖，液壓原理示意解釋，而右下圖是一個簡化了的機械結構。控制初始階段，存在一個0.6s的初始駐留區（速度為零）。在接下來的0.28s，以18in./sec.2的加速度平穩加速。接著，有0.5s的勻速區，速度5.1in./sec（覆蓋大約2.5英寸的油缸行程）。接近油缸活塞桿伸出的終點，是0.28s的減速。終點位置保持0.5s。油缸活塞桿縮回的過程周期是對稱的，然而，其在停止運動后持續約0.5s。
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