摘要：同步顶升液压系统是同步顶升技术装备的核心执行机构，采用该技术可以对桥梁等建筑物实施不损伤其原有的结构顶升或者是进行水平的移动，这种方法对比于传统爆破拆除方式来说，具有经济环保、无污染、效率高、交通中断时间短等诸多优点。基于此，本文主要对液压同步顶升控制系统进行分析探讨。
关键词：液压同步；顶升控制系统
前言
集成了液压技术、机械结构、计算机算法和电气自动化控制等多家先进理论技术的液压同步顶升系统这一新型施工技术装备可高效精确经济用于改造各类大小桥梁、建筑的平移抬升等施工，液压系统具有系统足够安全，功率密度高能够提供足够的负载，采用集中控制，分散布置，各顶升点既能同步工作，又能协同工作，可把大范围的无极变速的大推力与力矩直线运动进行实时动态监控和智能化先进管理，随着电液控制技术与机电一体化的结合与发展，各种元件的体积愈发的小控制精度愈发的高，更是大大的直接推动了液压系统有关技术的进步与发展。
１、液压同步顶升控制系统
１．１系统简介
液压同步顶升控制系统的原理如图１所示。该升降台有３个液压升降缸，通过３个比例伺服阀控制升降缸的上升与下降，并推动负载上升或下降。在工作过程中，升降支座承载能力为８００ｋＮ。同时，负载在上升、下降过程中要求升降台严格同步运行，防止负载在运行过程中倾斜、滑落而造成重大的事故。
图１ 升降支座液压顶升系统原理
１．２系统模型
该系统为典型电液位置伺服系统，控制器根据指令输出控制信号，通过Ｄ／Ａ电路转换为模拟电压信号Ｕｉ，该电压信号通过比例伺服阀转化为滑阀的阀芯位移信号ｘｖ，进而转化为出口流量ＱＬ，从而控制双作用液压缸的行程位移ｘｐ，再通过位移传感器将ｘｐ转换为反馈信号Ｕｆ反馈回控制器，构成完整的闭环系统。对系统进行简化，该闭环系统的开环传递函数为：
Ｋ０为放大器的增益；Ｋｖ为比例系数；Ｋｑ为伺服阀流量增益；Ａｐ为液压缸活塞有效面积；ωｎ为固有频率；ξｎ为阻尼比；βｅ为系统弹性模量；Ｖｔ为液压缸两腔总容积；Ｍｔ为负载质量；Ｂｐ为负载的黏性阻尼系数；Ｋｃ为伺服阀流量压力系数；Ｃｔ为液压缸总泄漏系数。
2、液压同步顶升工艺方案设计
(1)作业点均匀分散布置
桥梁等建筑物体积重量确实都很大，要实现对其成功进行有效的顶升作业，作业用的液压缸执行件间必须采取分散布置才能均匀分力，在实际的顶升作业过程中液压缸最好均匀分散布置在目标物下方提前计算了的重要顶升作业点位，顶升作业时这几十个液压缸将近乎均匀的分担目标物的所有相关负载；同样的应用于平移作业时，液压执行作业缸也要提前均匀布置到计算好的作业点上。
(2)集中处理操作
考虑到诸如安全、工人数目等因素，操作工人不能去把现场的大范围里面分散布置每个液压缸等执行机构进行一对一手动直接控制，而是在安全的中心控制室内通过全程监控处理系统对顶升作业的液压缸的每一步动作进行远程监视控制现场实时的各缸的工作参数并可以远程修正作业等。
(3)多缸同步力控
体积大质量分布轻重不均的桥梁等建筑物，使得分散开来均匀布置大范围里面的液压缸所受载荷大小情况不可能相同，但是每个执行缸的每次动作所加载的载荷必须与其外部力大致匹配而且可以实时控制，预防建筑物在顶升作业过程中因为受力不均匀导致发送应力集中或形成裂纹而报废。
(4)多缸同步位控
当分散布置在比较大范围里的每一个液压执行缸作业时的位移要求是可以严格实现对不均衡载荷的同步顶升或者下降过程实时控制，从而保证建筑物顶升作业过程中的每一环节的位置实时可以控制。
5）实时动态监控
技术员在中心控制室内通过监视控制系统对每一个液压缸的任意时间的压力、位移进行远程监视预判操作，并且能看到压力、位移的整体与局部数据的变化趋势、报警和历史的数据记录。通过压力、位移和应力的及时监视控制足够顶升作业过程中对桥梁等建筑物各类状况的监控。
3、同步顶升控制策略与仿真分析
升降支座运行时，起始段液压升降缸的速度近似为等加速，运行段近似为匀速，终止段液压升降缸的速度近似为匀减速，至目标位置时速度降为０。系统同步运行时，上位机输入相关指令（同步运行行程等），下位机接收到指令后，通过控制比例方向伺服阀以及相关阀组来控制进入液压缸的流量，实现既定系统运行规律及同步控制要求。
3.1同步控制策略分析
同步顶升与下放过程中，若存在同步误差，负载将会出现倾斜，倾斜状态的实时变化会引起负载的抖动，而这一情况会引起负载摆动，如果摆动过激，负载会产生过大的弯曲应力；倾斜角过大，负载将会从升降台上滑落而造成重大的事故，因此消除同步误差非常必要。系统产生同步误差的因素较多，其中关键的因素为：初始系统参数的不确定性；负载不平衡对同步精度的影响；系统传感器件的精度及检测精度；控制策略及方法的选择与控制硬件设计的合理性是影响同步精度的关键因素。提高系统同步精度及可靠性的技术措施，包含选择高精度的传感器及调理系统、设计先进可靠的控制系统硬件平台和软件平台，以及选择合理的控制方法和策略。完成高精度的元件选择、可靠的硬件平台和软件平台的设计后，对采用主从控制的多缸同步控制系统进行研究。
对于主从式控制而言，即选择某一液压缸的输出为跟踪目标，其余液压缸对该目标进行跟踪。主从式控制的特点是对系统及器件参数差异不敏感，尤其是运动速度较慢的情况下，具有良好的控制精度，同时控制方法稳定可靠。
3.1.1单独液压升降缸控制策略
针对本文所涉及的实际系统的特点，电液位置伺服系统的模型参数本身具有的不确定性（如阻尼等参数），部分参数具有非线性（如死区），系统运行时间可调等特点。对于单缸的电液位置伺服控制系统，系统工作时传感检测信号将检测到的数据与实际输入数据和期望输出数据进行比较，经过控制算法、ＰＩＤ调节得出输入信号，从而控制液压缸运动。
3.1.2支座内液压升降筒同步控制策略
对于升降支座内的３个液压升降缸，采用主从控制策略，如图2所示。根据本系统特点，系统实时采集位移传感器信号，选择某一运行的液压升降缸为跟踪目标，通过相应的控制算法保证系统运行的同步精度。
图2液压升降筒同步控制原理
系统工作时，控制信号经计算机的Ｄ／Ａ通道，同时送入每个具有独立反馈网络液压升降筒控制系统，保证其运动精度。如选择液压缸１为跟踪目标，通过位移传感器对液压缸的输出信号进行实时采集与传送，并进行比较。当其余液压升降缸存在跟踪误差时，通过补偿校正器，使运动速度有偏差的缸减小误差。补偿器采用数字控制方法实现。
3.2同步运行仿真
依据液压升降缸数学模型，完成单独液压升降缸、升降支座内同步控制策略后，利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍ－ｕｌｉｎｋ编写程序并建立仿真框图，对系统同步运行过程进行仿真，以检验同步顶升过程中系统跟踪性能。对于升降支座内任一液压升降筒，对于阶跃信号，系统经过短暂时间的调整后，能够快速响应并进入稳态，显示了良好的控制效果。
对于采用主从式控制策略的升降支座内３个液压升降缸，令３个阀控液压升降缸系统参数存在差异，同步运行仿真结果中３个液压升降缸在运行过程中对理想控制信号的跟踪效果很好；３个液压升降缸跟踪误差为－０．５～１ｍｍ，符合系统要求。
4、结束语
对多缸电液同步顶升系统的同步控制策略进行理论分析与研究，研究结果表明，采用主从控制策略具有良好的同步控制性能，而且主从控制对系统及器件参数差异不敏感、控制方法稳定可靠，从而为复杂多缸电液系统提供了重要的借鉴和参考。
参考文献：
[1] 高恒路，桑勇，邵龙潭. 同步控制策略及其典型应用的研究[J]. 流体传动与控制，2012，(5): 1-6.
[2] 张绍九. 液压同步系统[M]. 北京:化学工业出版社，2010: 11-16.
论文作者:赵,印
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/6
标签：液压论文; 液压缸论文; 系统论文; 作业论文; 负载论文; 支座论文; 控制系统论文; 《电力设备》2019年第16期论文;