管柱移运液压机械手的pid控制系统研究

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1、《工业控制计算机／2013年第26卷第11期管柱移运液压机械手的PID控制系统研究StudyofPIDControlSystemPipelineHandlingHydraulicManipulator王勇刘树林张润忤(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)摘要随着油田生产的自动化水平提高，传统人工搬运大中型管柱型器件的方式已经不能够满足现代化生产的要求，介绍了用来取代人工搬运方式的管柱移运液压机械手，并对管柱移运液压机械手的控制系统进行研究，采用PID控制器及PLC控制方案使管柱移运液压机械手获得良好的控制性能。关键词：机械手，PID控制，PLC控

2、制AbstractWithoilproductionlevelofautomation，thewayofhandlinglargeandmediumcolumn—typedevicebytraditionalmanualhasnotbeenabletomeettherequirementsofmodernproduction．ThispaperdescribesthePipelineHandlingHydraulicMa—nipulatorwhichcouldreplacethemanualhandling‘work．Thecontrolsystemofth

3、emanipulatorhasbeenresearched：PID．con—trollerandPLCcontrolsystemareusedtoimprovethecontrolpeflormanceofthemanipulator．Keywords：manipulator，PIDcontrol，PLCcontrol大范围三维空间中油管、套管等大中型管柱型器件的移运油缸行程传感器组成，控制框图如图2所示。是一项十分繁重的工作，为此采用管柱移运液压机械手取代传统的人工搬运方式以提高工作效率、保障生产安全。为了能够保证管柱移运液压机械手的工作精确，本文采用PI

4、D控制器实现液压缸的精确控制，利用PLC控制系统以安全、准确、方便地实现整个机械手在管柱移运作业的精确控制。图2液压缸控制系统框图1管柱移运液压机械手的基本结构由于机械手液压缸控制系统之间是相互独立、互不影响的，管柱移运液压机本文仅以控制内臂俯仰运动的液压缸控制系统(简称为内臂俯械手主要由基座、回转仰运动控制系统)为例进行分析。根据图2及相关的实际数据，平台、内臂、中臂、外臂得到内臂俯仰运动控制系统的开环及闭环传递函数为：及钳座等部分构成，其主要结构如图1所示。管柱移运液压机械手的运动构成分为：u闭由液压马达控制的回使用MATLAB软件并引人数据对内臂俯仰运

5、动控制系统转平台的旋转运动；由进行分析。由Bode图发现此时的内臂俯仰运动控制系统已经液压缸伸缩控制的内臂、中臂、外臂的俯仰图1管柱移运液压机械手结构图十分稳定。给系统输入单位阶跃信号，内臂俯仰运动控制系统的峰值时间t。为24．8s，调节时间t。为12．9s，可见内臂俯仰运动运动；钳座的旋转运动；钳座的垂直伸缩运动；钳座的倾斜运动；控制系统响应较慢。且由此时控制子系统的正弦跟踪曲线得出由液压缸伸缩控制的管钳的开合运动以及用来避免刚性撞击、跟踪过程中存在较大的误差及相位延迟，控制精度不高。减小震动，保障生产安全的缓冲运动。所以说，此时的管柱移运液压机械手的控制

6、系统不能够满为了使管柱移运液压机械手能够快速、准确、安全地完成大足管柱移运的作业要求，为改善这种情况，需要引入PID控制来中型管柱型器件的移运作业，需要对其液压驱动系统进行较为提高控制精度，减小误差，降低延迟。精确的控制。其控制要求为：在允许的条件下，在输入控制指令加入PID控制器后，得到内臂俯仰运动控制系统改进后的后，管柱移运液压机械手能够以较短的时间完成控制指令，并保开环及闭环传递函数：证其移运作业的位置精度。，一0．0586s"+3．515s+0，234322液压缸的PID控制u开丽机械臂的运动控制是管柱移运液压机械手运动控制的重要0．0586~+3．

7、515s+023432部分。管柱移运液压机械手的机械臂运动主要通过液压缸实现。；互液压缸运动的精确性决定了机械手末端位置的准确度，所以有使用MATLAB软件对改进后的内臂俯仰运动控制系统进必要对液压缸控制系统的动态特性进行分析，以期得到准确的行仿真分析，仿真模型如图3所示。结果。液压缸控制系统由比例放大器、电液比例阀、液压油缸及可以得到下列仿真分析结果：