挤压铸造机压射过程中挤压速度与压力的控制方法与系统与流程

1.本发明涉及挤压铸造机领域，尤其涉及挤压铸造机压射过程中挤压速度与压力的控制方法与系统。


背景技术：

2.随着中国新能源汽车行业的蓬勃发展，挤压铸造生产工艺的不断进步，压铸行业对挤压铸造机的压射性能和功能提出了更新、更严格、和更复杂的要求。挤压铸造机在挤压过程中挤压速度和铸造压力的实时控制对提高铸件的质量和精度有着至关重要的作用。
3.以往的挤压铸造机在速度控制阶段主要是通过直接设置入口比例阀的阀口开度来改变通油流量，从而改变挤压的速度，但具体挤压的速度是多少就不清楚了，很大一部分需要通过有经验的操作工反复设置入口比例阀的阀口开度，再观测速度测量曲线后才能够达到自己想要的速度值，后续油位升高等环境因素还会影响速度的变化；压射到增压位置时，进入增压控制阶段，在增压阶段主要是通过改变入口比例阀的阀口开度来改变通油流量，从而改变增压速度和建压时间，此设置也需要经验丰富的操作工反复测试才能获得入口比例阀的最佳开度。另外，在改变铸造压力大小时，需要通过改变储能器的储能值和充放氮气的方式，过程比较麻烦且需要有经验的操作工才能完成。总而言之，以往的速度控制方式和增压控制方式都只是开环的控制方式，调试工艺参数的时间比较久，且需要有一定经验的操作工才能完成，不易于新操作工上手使用。
4.为此本发明提供了一种挤压速度、铸造压力可以连续精确控制的控制方法与系统。


技术实现要素：

5.为了解决挤压铸造机在压射过程中其挤压速度与铸造压力无法连续精确控制的问题，本发明提出了一种挤压铸造机在压射过程中挤压速度与压力的控制方法，其通过获取挤压铸造机中压射活塞装置的入口压力与出口压力控制与压射活塞装置连接的锤前伺服阀的开度，以调整油路的通油流量，所述压射活塞装置包括依次设置的压射油缸入口、压射活塞杆、压射油缸出口；所述控制方法包括步骤：s1：在速度控制阶段，通过阀速度控制模型获取压射速度设定值对应的电压控制信号，通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，并在这个过程中，获取压射活塞杆的实时速度，根据实时速度进行pid控制，以实时调整电压控制信号，并根据调整后的电压控制信号调整锤前伺服阀的开度，以使压射活塞杆的速度达到压射速度设定值；s2：在速度控制过程中，获取压射活塞杆的实时位置距离、挤压铸造机的铸造压力以及压射活塞杆的实时速度，当实时位置距离大于等于增压设定位置距离、铸造压力大于压力设定值、且实时速度小于压射速度设定值时，进入增压控制阶段；所述实时位置距离为原点至压射活塞杆实时位置的距离，所述原点为压射活塞杆未进行压射时所处的位置点；s3：在增压控制阶段，通过阀压力控制模型获取压力设定值对应的电压控制信号，
通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，并在这个过程中，获取压射油缸入口与压射油缸出口的实时压力，根据实时压力进行pid控制，以实时调整电压控制信号，并根据调整后的电压控制信号调整锤前伺服阀的开度，以使挤压铸造机的铸造压力达到压力设定值。
6.进一步地，所述阀速度控制模型的获取方法为：设定多个测试电压，根据测试电压控制锤前伺服阀的开度，以获取各测试电压对应压射活塞杆的速度，并根据各测试电压与其对应的压射活塞杆速度的线性关系获取阀速度控制模型。
7.进一步地，所述阀压力控制模型的获取方法为：设定多个测试电压，通过测试电压与其对应的建压时间获取建压斜率，并根据建压斜率与测试电压之间的线性关系获取阀压力控制模型。
8.进一步地，所述压射活塞装置中还包括与压射活塞杆连接的锤头，以及在压射油缸入口往锤头方向、压射油缸出口往锤头方向位置处设置的压射活塞，所述步骤s2中，挤压铸造机铸造压力的获取公式为：；式中，压射油缸入口的压力通过与压射油缸入口连接的压力传感器获取；压射油缸出口的压力通过与压射油缸出口连接的压力传感器获取。
9.进一步地，所述压射活塞杆的实时速度与实时位置距离通过设置在压射活塞杆上的位移传感器获取。
10.本发明还提出了一种挤压铸造机在压射过程中挤压速度与压力的控制系统，包括：压射活塞装置，其包括依次设置的压射油缸入口、压射活塞杆、压射油缸出口；所述压射油缸入口与压射油缸出口处设置有压力传感器，用于获取压射油缸入口与出口的实时压力；所述压射活塞杆上设置有位移传感器，用于获取压射活塞杆的实时速度与实时位置距离；所述实时位置距离为原点至压射活塞杆实时位置的距离，所述原点为压射活塞杆未进行压射时所处的位置点；系统供油口；锤前伺服阀，其设置在系统供油口至压射油缸入口之间；控制模块，其包括：速度控制单元，用于在速度控制阶段，通过阀速度控制模型获取压射速度设定值对应的电压控制信号，通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，并在这个过程中，根据压射活塞杆的实时速度进行pid控制，以实时调整电压控制信号，并根据调整后的电压控制信号调整锤前伺服阀的开度，以使压射活塞杆的速度达到压射速度设定值；判断单元，用于在速度控制过程中，当压射活塞杆的实时位置距离大于等于增压设定位置距离、挤压铸造机的铸造压力大于压力设定值、且压射活塞杆的实时速度小于压射速度设定值时，进入增压控制阶段；压力控制单元，在增压控制阶段，通过阀压力控制模型获取压力设定值对应的电压控制信号，通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，并在这个过程中，根据压射油缸入
口与出口的实时压力进行pid控制，以实时调整电压控制信号，并根据调整后的电压控制信号调整锤前伺服阀的开度，以使挤压铸造机的铸造压力达到压力设定值。
11.进一步地，所述压射活塞装置中还包括与压射活塞杆连接的锤头，以及在压射油缸入口往锤头方向、压射油缸出口往锤头方向位置处设置的压射活塞，所述挤压铸造机铸造压力的获取公式为：。
12.进一步地，所述系统还包括：油箱；与压射油缸出口并联的第三阀部件与第四阀部件；所述第三阀部件包括第三电磁阀、第三插装阀与单向阀；所述控制模块还用于在压射后通过第三电磁阀打开第三插装阀，以使压射活塞杆向下移动，即回锤；所述第四阀部件包括第四电磁阀与第四插装阀；所述控制模块还用于在速度控制与增压控制时，通过第四电磁阀打开第四插装阀，以使压射油缸出口中的油回流至油箱。
13.进一步地，所述系统还包括：与锤前伺服阀、压射油缸入口同时连接的第二阀部件，其包括第二电磁阀与第二插装阀；所述控制模块还用于在锤后即压射后通过第二电磁阀打开第二插装阀，以使压射油缸入口中的油回流至油箱。
14.进一步地，所述系统还包括：连接在系统供油口与锤前伺服阀之间的第一阀部件，其包括第一电磁阀、第一插装阀与单向阀，所述单向阀设置在锤前伺服阀与第一插装阀之间；所述控制模块还用于在速度控制与增压控制时，通过第一电磁阀打开第一插装阀，以使系统供油口的油通往压射活塞装置。
15.与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：（1）本发明在速度控制阶段，通过对压射活塞杆的实时速度进行pid控制，实现了对锤前伺服阀开度的闭环调整（使压射活塞杆的速度达到压射速度设定值），从而实现了对压射速度的连续精确控制，其解决了环境因素导致速度变化的问题，避免了在目前的速度控制阶段中需要通过有经验的操作工反复设置入口比例阀的阀口开度，再观测速度测量曲线后才能够达到目标速度值的问题，提高了铸造效率；（2）本发明在增压控制阶段，通过对压射油缸入口与出口的实时压力，进行pid控制，实现了对锤前伺服阀开度的闭环调整（使铸造压力达到压力设定值），从而实现了对铸造压力的连续精确控制，解决了目前在增压阶段中，在通过改变入口比例阀的阀口开度来改变通油流量，从而改变增压速度和建压时间时，需要经验丰富的操作工反复测试才能获得入口比例阀的最佳开度、达到目标压力值的问题，以及在改变铸造压力大小时,需要通过改变储能器的储能值和充放氮气的方式，过程比较麻烦且需要有经验的操作工才能完成的问题，极大的提高了铸造的效率；（3）本发明通过在速度控制阶段与增压控制阶段分别对速度与铸造压力进行pid控制，提高了系统的抗干扰能力，解决了由于环境导致速度与压力产生变化所带来的影响；
（4）本发明通过一个锤前伺服阀实现了对速度与铸造压力的闭环控制，相比现有技术中通过两个锤前伺服阀分别控制速度与压力更为经济与方便。
附图说明
16.图1为挤压铸造机在压射过程中挤压速度与压力的控制方法流程图；图2为挤压铸造机的油路图。
具体实施方式
17.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
18.实施例一为了在速度控制阶段与增压控制阶段，实现挤压速度、铸造压力的连续精确控制，如图1所示，本发明提出了一种挤压铸造机在压射过程中挤压速度与压力的控制方法，其通过获取挤压铸造机中压射活塞装置的入口压力与出口压力控制与压射活塞装置连接的锤前伺服阀的开度,以调整油路的通油流量,所述压射活塞装置包括依次设置的压射油缸入口、压射活塞杆、压射油缸出口；所述控制方法包括步骤：s1：在速度控制阶段，通过阀速度控制模型获取压射速度设定值对应的电压控制信号，通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，并在这个过程中，获取压射活塞杆的实时速度，根据实时速度进行pid控制，以实时调整电压控制信号，并根据调整后的电压控制信号调整锤前伺服阀的开度，以使压射活塞杆的速度达到压射速度设定值；所述阀速度控制模型的获取方法为：设定多个测试电压，根据测试电压控制锤前伺服阀的开度，以获取各测试电压对应压射活塞杆的速度，并根据各测试电压与其对应的压射活塞杆速度的线性关系获取阀速度控制模型。后续使用该模型时，输入相应的速度（压射速度设定值）就能计算出电压控制信号。
19.s2：在速度控制过程中，获取压射活塞杆的实时位置距离、挤压铸造机的铸造压力以及压射活塞杆的实时速度，当实时位置距离大于等于增压设定位置距离、铸造压力大于压力设定值、且实时速度小于压射速度设定值时，进入增压控制阶段；所述实时位置距离为原点至压射活塞杆实时位置的距离，所述原点为压射活塞杆未进行压射时所处的位置点；所述压射活塞装置中还包括与压射活塞杆连接的锤头，以及在压射油缸入口往锤头方向、压射油缸出口往锤头方向位置处设置的压射活塞，所述步骤s2中，挤压铸造机铸造压力的获取公式为：；式中，压射油缸入口的压力通过与压射油缸入口连接的压力传感器获取；压射油缸出口的压力通过与压射油缸出口连接的压力传感器获取。
20.s3：在增压控制阶段，通过阀压力控制模型获取压力设定值对应的电压控制信号，通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，并在这个过程中，获取压射油缸入口与压射油
缸出口的实时压力，根据实时压力进行pid控制，以实时调整电压控制信号，并根据调整后的电压控制信号调整锤前伺服阀的开度，以使挤压铸造机的铸造压力达到压力设定值。
21.本实施例中，获取到压射油缸入口与压射油缸出口的实时压力后，还包括通过压射油缸入口与压射油缸出口的实时压力获取挤压铸造机的实时铸造压力（见挤压铸造机铸造压力的获取公式），根据实时铸造压力进行pid控制，以实时调整电压控制信号。
22.通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，具体地说，假设电压控制信号是0-10v，对应锤前伺服阀的开度就是0%-100%，比如给出电压为1v的电压控制信号，锤前伺服阀就会打开10%的开度。
23.所述阀压力控制模型的获取方法为：设定多个测试电压，通过测试电压与其对应的建压时间获取建压斜率，并根据建压斜率与测试电压之间的线性关系获取阀压力控制模型。
24.具体地，关于阀压力控制模型，我们需要事先测试，给定相应的电压（测试电压），然后会有不同的建压时间，电压越大建压就越快，建压时间就越小，建压的斜率就越大。经过对不同测试电压进行测试，最终能得到建压斜率和电压之间的线性关系模型，即阀压力控制模型，后续使用该模型时输入相应的建压时间和压力，自然能计算出实际需要输出的斜率值，所述阀压力控制模型根据斜率值即可计算出电压控制信号。
25.所述压射活塞杆的实时速度与实时位置距离通过设置在压射活塞杆上的位移传感器获取。
26.本发明在增压控制阶段，通过对压射油缸入口与出口的实时压力，进行pid控制，实现了对锤前伺服阀开度的闭环调整（使铸造压力达到压力设定值），从而实现了对铸造压力的连续精确控制，解决了目前在增压阶段中，在通过改变入口比例阀的阀口开度来改变通油流量，从而改变增压速度和建压时间时，需要经验丰富的操作工反复测试才能获得入口比例阀的最佳开度、达到目标压力值的问题，以及在改变铸造压力大小时，需要通过改变储能器的储能值和充放氮气的方式，过程比较麻烦且需要有经验的操作工才能完成的问题，极大的提高了铸造的效率。
27.实施例二如图2所示，本发明还提出了一种挤压铸造机在压射过程中挤压速度与压力的控制系统，包括：压射活塞装置，其包括依次设置的压射油缸入口、压射活塞杆、压射油缸出口；所述压射油缸入口与压射油缸出口处设置有压力传感器，用于获取压射油缸入口与出口的实时压力；所述压射活塞杆上设置有位移传感器，用于获取压射活塞杆的实时速度与实时位置距离；所述实时位置距离为原点至压射活塞杆实时位置的距离，所述原点为压射活塞杆未进行压射时所处的位置点；系统供油口；锤前伺服阀，其设置在系统供油口至压射油缸入口之间；控制模块，其包括：速度控制单元，用于在速度控制阶段，通过阀速度控制模型获取压射速度设定值对应的电压控制信号，通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，并在这个过程中，根据压射活塞杆的实时速度进行pid控制，以实时调整电压控制信号，并根据调整后的电压控制信
号调整锤前伺服阀的开度，以使压射活塞杆的速度达到压射速度设定值；判断单元，用于在速度控制过程中，当压射活塞杆的实时位置距离大于等于增压设定位置距离、挤压铸造机的铸造压力大于压力设定值、且压射活塞杆的实时速度小于压射速度设定值时，进入增压控制阶段；所述压射活塞装置中还包括与压射活塞杆连接的锤头，以及在压射油缸入口往锤头方向、压射油缸出口往锤头方向位置处设置的压射活塞，所述挤压铸造机铸造压力的获取公式为：。
28.压力控制单元，在增压控制阶段，通过阀压力控制模型获取压力设定值对应的电压控制信号，通过电压控制信号控制锤前伺服阀的开度，并在这个过程中，根据压射油缸入口与出口的实时压力进行pid控制，以实时调整电压控制信号，并根据调整后的电压控制信号调整锤前伺服阀的开度，以使挤压铸造机的铸造压力达到压力设定值。
29.所述系统还包括：油箱；与压射油缸出口并联的第三阀部件与第四阀部件；所述第三阀部件包括第三电磁阀、第三插装阀与单向阀（图2中的h1）；所述控制模块还用于在压射后通过第三电磁阀打开第三插装阀，以使压射活塞杆向下移动，即回锤（即压射活塞杆复位，每次压射完之后压射活塞杆需要复位，后面的循环才能又有压射）；所述第四阀部件包括第四电磁阀与第四插装阀；所述控制模块还用于在速度控制与增压控制时，通过第四电磁阀打开第四插装阀，以使压射油缸出口中的油回流至油箱。
30.所述系统还包括：与锤前伺服阀、压射油缸入口同时连接的第二阀部件，其包括第二电磁阀与第二插装阀；所述控制模块还用于在锤后即压射后通过第二电磁阀打开第二插装阀，以使压射油缸入口中的油回流至油箱。
31.压射指压射活塞杆向上移动，回锤指压射活塞杆向下移动。
32.所述系统还包括：连接在系统供油口与锤前伺服阀之间的第一阀部件，其包括第一电磁阀、第一插装阀与单向阀（图2中的h0），所述单向阀设置在锤前伺服阀与第一插装阀之间；所述控制模块还用于在速度控制与增压控制时，通过第一电磁阀打开第一插装阀，以使系统供油口的油通往压射活塞装置。
33.需要说明的是，插装阀主要用于实现油路的通或断，与电磁阀组合使用时，才能实现对系统油液方向、压力和流量的控制。
34.本实施例中，所述锤前伺服阀还连接有蓄能器,蓄能器上连接有蓄能器压力传感器,具体连接方式见图2。
35.图2中，c1为位移传感器；p1为蓄能器压力传感器；p2为压射油缸入口处的压力传感器；p3为压射油缸出口处的压力传感器；a1为第一电磁阀；a2为第二电磁阀；a3为第三电磁阀；a4为第四电磁阀；a5为锤前伺服阀；h0与h1均为单向阀；x为蓄能器；g为压射活塞杆；s
为压射活塞；k为压射油缸入口；f1为第一插装阀；f2为第二插装阀；f3为第三插装阀；f4为第四插装阀。图2中，单向阀h0与h1图标中的小圆圈，表示油只能往球形方向走。
36.本发明通过在速度控制阶段与增压控制阶段分别对速度与铸造压力进行pid控制，提高了系统的抗干扰能力，解决了由于环境导致速度与压力产生变化所带来的影响。
37.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。