Контрола притиска се често користи у системима за пресовање, млевење и тестирање. Ове примене често захтевају контролу повећања притиска које је много сложеније и прецизније него што се може постићи са обичним вентилима за смањење притиска или регулаторима притиска. Савремене апликације могу у потпуности да искористе пуну снагу. Ова предност се постиже употребом диференцијалне контроле, где се сила добија множењем притиска на обе стране клипа са њиховим одговарајућим површинама, а нето сила се добија одузимањем силе из шупљине без шипке.
Уобичајена метода контроле затворене{0}}затворене петље је да се оствари прецизна контрола притиска компензацијом промене вискозитета медијума. Употреба доказаних ПИД алгоритама је много софистициранија од ограничене пропорционалне контроле коју механички уређаји са опругама могу да обезбеде. Ова посебна перформанса нам омогућава да исправимо и смањимо прекорачење док контролишемо притисак.
Шта је стрес? Зашто је то толико важно за прецизну контролу?
Притисак је сила примљена по јединици површине, односно укупни однос сила према укупној напрегнутој површини. Притисак у хидрауличном систему се ствара применом силе на уље у систему константне запремине или додавањем уља у систем константне запремине. У овом чланку ћемо занемарити ефекат топлотног ширења.
Основна формула промене притиска:
Ова формула нам говори да се притисак мења са запремином и запреминским модулом еластичности, што одражава компресибилност течности. На пример, модул еластичности уља је око 200.000 пси, док је модул еластичности воде око 312.000 пси. То значи да ако се капацитет смањи за 0,1%, притисак уља ће се повећати за 200 пси, а притисак воде за 312 пси. Другим речима, воду је теже сабити него уље.
Следећа формула дефинише утицај времена на силу и притисак:
Другим речима, под претпоставком да су запремина и модул еластичности у запремини константни, можемо израчунати брзину промене силе и притиска у било ком тренутку с обзиром на брзину, проток и тренутни капацитет.
Затим ћемо се фокусирати на формуле (2) и (3).
Примена формуле
Притисак се може контролисати на различите начине, обично помоћу серво вентила или пропорционалног вентила са серво калемом. Једначина 2 показује да се за подизање одређеног притиска течност мора убризгати у комору. Брзина додавања течности треба да буде пропорционална жељеном повећању притиска. Када притисак достигне идеалну вредност, пуњење се зауставља, а систем све време одржава притисак константним. У практичним применама, мала количина цурења је увек присутна, а контролер мора да додаје течност у систем брзином којом течност цури. Према томе, нето проток К је увек нула, а брзина промене притиска је такође нула. Да би се смањио притисак, клизни вентил се мора подесити како би течност могла да тече кроз тело. Када се достигне идеална вредност притиска, тело вентила се поново затвара како би притисак био константан. Овде је кључно да брзина промене притиска зависи од брзине протока, а не од самог притиска.
Ако је систем правилно пројектован, типични пропорционални вентили се могу користити за контролу притиска. Кључно је имати посебан размак или поре између А и Б портова тела вентила. Једначине 2 и 3 се могу користити за израчунавање идеалног цурења када је позната максимална идеална стопа пада притиска. Контролор покрета мора да контролише тело вентила да обезбеди течност систему брзином једнаком губитку течности кроз поре у сваком тренутку. Ако је проток пренизак, притисак ће се смањити како течност излази. Ако је проток превисок, притисак ће се повећати. Предност ове методе је да када се систем креће, он је пригушен и неће производити насилне вибрације.
Значење контроле
У систему хидрауличног погона, притисак може брзо порасти у року од једне милисекунде. Али машинерија не реагује тако брзо. Механички системи су вођени притиском, а не брзином промене притиска. Стога, ако се брзина промене притиска не контролише, лако је учинити да механичка опрема скочи на подешену вредност. Замислите да возите, а када видите црвено светло, постепено успоравате до благог заустављања уместо заустављања у судару. Регулатор притиска треба да ради исти посао.
Приликом вршења контроле притиска треба узети у обзир најмање следеће четири тачке:
1. Време реакције сензора притиска мора бити довољно брзо. У случајевима када материјал није лако компресовати, уобичајено је да се притисак уља повећава брзином од 200 пси по милисекунди. Сензори притиска са временским константама милисекунди не реагују довољно брзо на промене притиска у употреби. Временска константа одзива притиска мора бити реда величине 100 μс да би исправно радила. Ако само емпиријска метода користи сензор за мерење, брзина је најмање десет пута већа од очекиване.
2. Време узорковања сензора притиска мора бити брзо и имати фиксни интервал. У практичним применама, као што је горе поменуто штанцање метала, притисак може да варира за стотине пси за само 10 милисекунди.
3. Време узорковања мора бити константно. Ако би скенирање требало да буде 10 милисекунди по скенирању, а заправо је 9 милисекунди на 11 милисекунди, израчунавање односа притиска ће се разликовати за најмање 20%. Због тога је константно време узорковања веома важно за тачан прорачун брзине промене притиска.
4. ПЛЦ није нужно најбољи избор. Функција ПИД-а у ПЛЦС-у првобитно је дизајнирана да контролише температуру или ваздушни притисак, а не за течности које је тешко компресовати. Када су у опсегу милисекунди, временска константа ПИД-а у ПЛЦ-у је на нивоу минута. За контролу притиска потребан је посебно дизајниран ПИД регулатор.
Контролна опција
Прва ствар коју треба разумети је да иако можемо да контролишемо положај, силу или притисак, не можемо да радимо све три у исто време. У било ком положају, ако постоји препрека, актуатор ће бити подвргнут отпору једнаком и супротном од покретачке силе. Радећи тестове синусоидног кретања са актуаторима, можемо да пратимо притисак, али не можемо да контролишемо притисак или силу истовремено са контролом његовог положаја. Пошто је притисак или сила одређена силом испитног узорка на актуатор. Покретач може да обезбеди синусоидну силу или притисак, али његов положај је одређен линеарношћу коефицијента еластичности испитног материјала.
Стрес
Можда неће бити сметњи током кретања, тако да нема смисла покушавати да контролишете притисак или силу. Предност контроле само притиска или силе је у томе што нема потребе за разматрањем положаја. Оператер може једноставно да промени подешену тачку, али мора обратити пажњу на ситуацију празног оптерећења. У сличној ситуацији, клип хидрауличног цилиндра ће убрзати све док притисак не одговара подешеној вредности. У тестовима где се контролише само притисак или сила, треба пратити брзину актуатора како би се избегао нагли пад оптерећења. Када се открије да оптерећење нестаје, актуатор се може пребацити у положај или режим брзине.
Ограничења положаја и притиска
Друга опција је ограничавање положаја или брзине кроз ограничења притиска или силе. Ради тако што истовремено покреће две регулационе петље, а само минимална вредност оба контролна излаза се преноси на хидраулични вентил. Да ли ће систем достићи задату тачку положаја или задату тачку притиска зависи од тога која се прва постигне. Стога, ако оптерећење хидрауличног цилиндра изненада нестане када је притисак подешен, притисак ће пасти и покренути ПИД регулатор притиска да произведе велики контролни сигнал. Међутим, како систем убрзава, грешка брзине се смањује, а контролни сигнал из ПИД регулатора брзине опада како се грешка смањује. Мања вредност од два сигнала долази од ПИД регулатора брзине. Тако да је актуатор сада контролисан опцијом позицијске петље и не прелази подешену вредност брзине.
Покретање и регулација притиска или контроле силе
Регулација је процес одабира најбољег прираста за оптималну контролу положаја, брзине, притиска или силе. Системи за регулацију притиска или контроле притиска се разликују од система за регулацију положаја јер се хидраулични цилиндар не помера толико када се притисак промени. Најлакши начин да се подеси притисак или сила је да се актуатор у потпуности извуче док се не достигне системски притисак, уз постављање свих појачања на 0. Затим унесите подешену вредност или појачање само са малим пропорционалним појачањем у ПИД-у.
Овај "мали" пропорционални добитак може се проценити на следећи начин:
Ова формула омогућава раднику да одреди положај почетне регулације који се не може одредити током процеса регулације притиска. Можете почети тако што ћете пронаћи контролни сигнал са пуним излазом од 10В или 40мА, или 100% вентила, и помоћу ВЦЦМ једначине израчунати максималну брзину (погледајте Џек Л. Џонсон, ПЕ, „Основна електроника за контролу кретања цилиндра“), или тако што ћете погледати табелу за одређивање. Динамичка једначина се мора поделити са двоструком површином. То је зато што је повећање притиска на једној страни клипа праћено смањењем притиска на другој страни.
Напомена:Процењени пропорционални добици нису тачни, али ће бити веома близу идеалним почетним вредностима.
Када је пропорционално појачање активирано, притисак или сила система ће достићи задату тачку или јој се приближити. Велика већина грешака је због цурења. Следећи корак је да натерате регулатор да компензује или повећа проток полако повећавајући интегрално појачање све док грешка не буде нула.
Сада се систем може контролисати и може се подесити кроз динамичке одговоре. То се постиже подешавањем нагиба између два притиска радног појаса. Нагиб притиска или силе у почетку би требало да расте полако, јер је лакше одржавати контролу. Ово појачање ПИД-а би требало да буде подесиво ради боље контроле. Покушај подешавања притиска или силе ПИД-а као одговор на промене корака у систему је веома тежак и тешко је добити задовољавајуће резултате јер удари притиска могу изазвати цурење. Глатка транзиција притиска је добро решење. Када се притисак или сила промени, деловање система ће зависити од повећања и смањења притиска између две задате вредности.
