A nyomásszabályozást gyakran használják préselési, köszörülési és tesztelési rendszerekben. Ezek az alkalmazások gyakran megkövetelik a nyomásnövekedés szabályozását, amely sokkal bonyolultabb és pontosabb, mint a hagyományos nyomásszabályozó szelepekkel vagy nyomásszabályozókkal. A modern alkalmazások teljes mértékben kihasználhatják a teljes teljesítményt. Ezt az előnyt a differenciálszabályozás alkalmazásával érik el, ahol az erőt úgy kapják meg, hogy a dugattyú mindkét oldalán lévő nyomást megszorozzák a megfelelő területekkel, a nettó erőt pedig úgy kapják meg, hogy kivonják az erőt a rúd nélküli üregből.
Az általánosan használt zárt{0}}hurkú szabályozási módszer a nyomás pontos szabályozása a közeg viszkozitásváltozásának kompenzálásával. A bevált PID-algoritmusok alkalmazása sokkal kifinomultabb, mint az a korlátozott arányos szabályozás, amelyet rugóval ellátott mechanikus eszközök képesek biztosítani. Ez a különleges teljesítmény lehetővé teszi a túllövés korrigálását és csökkentését a nyomás szabályozása közben.
Mi a stressz? Miért olyan fontos a pontos ellenőrzés?
A nyomás az egységnyi területre felvett erő, vagyis a teljes erőarány a teljes feszített területhez képest. A nyomást a hidraulikus rendszerben úgy állítják elő, hogy az állandó térfogatú rendszerben lévő olajra erőt fejtenek ki, vagy olajat adnak az állandó térfogatú rendszerhez. Ebben a cikkben figyelmen kívül hagyjuk a hőtágulás hatását.
A nyomásváltozás alapképlete:
Ez a képlet megmutatja, hogy a nyomás a térfogattal és a térfogat rugalmassági modulusával változik, ami a folyadék összenyomhatóságát tükrözi. Például az olaj ömlesztett rugalmassági modulusa körülbelül 200 000 psi, míg a vízé körülbelül 312 000 psi. Ez azt jelenti, hogy ha a kapacitást 0,1%-kal csökkentjük, az olajnyomás 200 psi-rel, a víznyomás pedig 312 psi-rel nő. Más szóval, a vizet nehezebb összenyomni, mint az olajat.
A következő képlet határozza meg az idő hatását az erőre és a nyomásra:
Más szóval, feltételezve, hogy a térfogat és a térfogati rugalmassági modulus állandó, akkor a sebesség, az áramlás és az áramkapacitás függvényében bármikor kiszámíthatjuk az erő és a nyomás változásának sebességét.
Ezután a (2) és (3) képletekre összpontosítunk.
A képlet alkalmazása
A nyomás többféleképpen szabályozható, általában szervoszelep vagy szervoorsóval ellátott arányos szelep segítségével. A 2. egyenlet azt mutatja, hogy egy bizonyos nyomás növeléséhez folyadékot kell befecskendezni a kamrába. A folyadék adagolási sebességének arányosnak kell lennie a kívánt nyomásnövekedéssel. Amikor a nyomás eléri az ideális értéket, a töltés leáll, és a rendszer folyamatosan állandóan tartja a nyomást. A gyakorlati alkalmazásokban mindig jelen van egy kis mennyiségű szivárgás, és a vezérlőnek olyan sebességgel kell folyadékot hozzáadnia a rendszerhez, amellyel a folyadék szivárog. Ezért a Q nettó áramlás mindig nulla, és a nyomásváltozás sebessége is nulla. A nyomás csökkentése érdekében a tolószelepet úgy kell beállítani, hogy a folyadék átfolyjon a testen. Az ideális nyomásérték elérésekor a szeleptest ismét bezárul, hogy a nyomás állandó maradjon. A kulcs itt az, hogy a nyomásváltozás sebessége az áramlási sebességtől függ, nem pedig magától a nyomástól.
Megfelelően megtervezett rendszer esetén tipikus arányos szelepek használhatók a nyomásszabályozáshoz. A kulcs az, hogy a szeleptest A és B portja között legyen egy speciális rés vagy pórus. A 2. és 3. egyenlet felhasználható az ideális szivárgás kiszámítására, ha ismert a maximális ideális nyomásesési sebesség. A mozgásvezérlőnek vezérelnie kell a szeleptestet, hogy a folyadékot a pórusokon keresztül mindenkor a folyadékveszteséggel megegyező sebességgel lássa el. Ha az áramlási sebesség túl alacsony, a nyomás csökken, ahogy a folyadék kiáramlik. Ha az áramlási sebesség túl nagy, a nyomás megnő. Ennek a módszernek az az előnye, hogy mozgás közben a rendszer csillapodik, és nem kelt heves vibrációt.
Az irányítás jelentése
Hidraulikus hajtásrendszerben a nyomás egy ezredmásodperc alatt gyorsan megnőhet. De a gépek nem reagálnak olyan gyorsan. A mechanikus rendszereket a nyomás szabályozza, nem a nyomásváltozás sebessége. Ezért, ha a nyomásváltozás sebességét nem szabályozzuk, könnyen meg lehet ugrani a mechanikus berendezést a beállított értékre. Képzelje el, hogy vezet, és amikor egy piros lámpát lát, fokozatosan lelassít, és nem ütközés helyett enyhe megállásig tart. A nyomásszabályozónak ugyanezt a feladatot kell elvégeznie.
A nyomásszabályozás végrehajtásakor legalább a következő négy pontot kell figyelembe venni:
1. A nyomásérzékelő reakcióidejének elég gyorsnak kell lennie. Azokban az esetekben, amikor az anyagot nem lehet könnyen összenyomni, gyakori, hogy az olajnyomás 200 psi/milliszekundum sebességgel növekszik. Az ezredmásodperces időállandójú nyomásérzékelők nem reagálnak elég gyorsan a használat közbeni nyomásváltozásokra. A nyomásreakció időállandójának 100 μs nagyságrendűnek kell lennie, hogy megfelelően működjön. Ha az empirikus módszer önmagában az érzékelőt használja a méréshez, akkor a sebesség legalább tízszer nagyobb a vártnál.
2. A nyomásérzékelő mintavételi idejének gyorsnak és fix intervallumúnak kell lennie. Gyakorlati alkalmazásokban, mint például a fent említett fémbélyegzés, a nyomás akár 10 ezredmásodperc alatt is több száz psi-rel változhat.
3. A mintavételi időnek állandónak kell lennie. Ha a pásztázásnak 10 ezredmásodpercnek kell lennie, de valójában 9 ezredmásodperc per 11 ezredmásodperc, akkor a nyomásarány számítása legalább 20%-kal eltérni fog. Ezért az állandó mintavételi idő nagyon fontos a nyomásváltozás sebességének pontos kiszámításához.
4. A PLC nem feltétlenül a legjobb választás. A PID funkcióját a PLCS-ben eredetileg a hőmérséklet vagy a légnyomás szabályozására tervezték, nem pedig nehezen összenyomható folyadékokhoz. Ha ezredmásodperces tartományban vannak, akkor a PLC-ben a PID időállandója a perc szinten van. A nyomásszabályozáshoz speciálisan kialakított PID szabályozó szükséges.
Vezérlési lehetőség
Az első dolog, amit meg kell értenünk, hogy bár tudjuk irányítani a pozíciót, az erőt vagy a nyomást, nem tehetjük meg mind a hármat egyszerre. Bármely helyzetben, ha akadály van, a hajtóművet a hajtóerővel megegyező és azzal ellentétes ellenállásnak kell kitenni. Az aktuátorokkal végzett szinuszos mozgásvizsgálatokkal a nyomást ellenőrizni tudjuk, de nem tudjuk szabályozni a nyomást vagy az erőt a helyzet szabályozásával egyidejűleg. Mivel a nyomást vagy az erőt a próbatestnek a működtetőre ható ereje határozza meg. A működtető szerkezet szinuszos erőt vagy nyomást biztosíthat, de helyzetét a vizsgált anyag rugalmassági együtthatójának linearitása határozza meg.
Feszültség
Előfordulhat, hogy a mozgás során nincs interferencia, így nincs értelme a nyomást vagy az erőt irányítani. A csak a nyomás vagy az erő szabályozásának előnye, hogy nem kell figyelembe venni a pozíciót. A kezelő egyszerűen módosíthatja az alapjelet, de ügyelnie kell az üres rakomány helyzetére. Hasonló helyzetben a hidraulikus henger dugattyúja addig gyorsul, amíg a nyomás el nem éri a beállított értéket. Azoknál a vizsgálatoknál, ahol csak a nyomást vagy az erőt szabályozzák, az aktuátor fordulatszámát ellenőrizni kell, hogy elkerüljük a terhelés hirtelen csökkenését. Ha a terhelés eltűnését észleli, a hajtómű helyzet- vagy fordulatszám üzemmódba kapcsolhat.
Helyzet- és nyomáskorlátozások
Egy másik lehetőség a pozíció vagy a sebesség korlátozása nyomás- vagy erőkényszerekkel. Úgy működik, hogy két vezérlőkört fut egyidejűleg, és mindkét vezérlőkimenetnek csak a minimális értéke kerül át a hidraulikus szelepbe. Az, hogy a rendszer eléri-e a pozíció-beállítási pontot vagy a nyomás-alapértéket, attól függ, hogy melyiket éri el előbb. Ezért, ha a hidraulikus henger terhelése hirtelen eltűnik a nyomás beállításakor, a nyomás leesik, és elindítja a nyomás PID szabályozót, hogy nagy vezérlőjelet állítson elő. A rendszer gyorsulásával azonban a fordulatszám-hiba csökken, és a hiba csökkenésével csökken a PID fordulatszám-szabályozó vezérlőjele. A két jel kisebb értéke a fordulatszám-PID szabályozótól származik. Tehát az aktuátort most a pozícióhurok opció vezérli, és nem lépi túl a fordulatszám beállított értékét.
Nyomás- vagy erőszabályozás kezdeményezése és szabályozása
A szabályozás a helyzet, a sebesség, a nyomás vagy az erő optimális szabályozásához legjobb növekmény kiválasztásának folyamata. A nyomásszabályozás vagy a nyomásszabályozó rendszerek eltérnek a szabályozó pozíciórendszerektől, mivel a hidraulikus henger nem mozog annyira, amikor a nyomás megváltozik. A nyomás vagy az erő beállításának legegyszerűbb módja az aktuátor teljes kihúzása, amíg el nem éri a rendszernyomást, miközben az összes erősítést 0-ra állítja. Ezután adja meg a beállított értéket vagy csak kis arányos erősítéssel a PID-ben.
Ez a "kis" arányos nyereség a következőképpen becsülhető meg:
Ez a képlet lehetővé teszi a dolgozó számára, hogy meghatározza az indítószabályozás azon helyzetét, amelyet a nyomásszabályozási folyamat során nem lehet meghatározni. Kezdje azzal, hogy megkeresi a vezérlőjelet, amelynek teljes kimenete 10 V vagy 40 mA, vagy a szelep 100%-a, és a VCCM egyenlet segítségével kiszámíthatja a maximális fordulatszámot (lásd Jack L. Johnson, PE, „Basic Electronics for Cylinder Motion Control”), vagy nézzen meg egy táblázatot a meghatározásához. A dinamikus egyenletet el kell osztani a terület kétszeresével. A dugattyú egyik oldalán bekövetkező nyomásnövekedés ugyanis a másik oldalon nyomáscsökkenéssel jár együtt.
Jegyzet:A becsült arányos nyereségek nem pontosak, de nagyon közel állnak az ideális kezdeti értékekhez.
Az arányos erősítés aktiválásakor a rendszer nyomása vagy ereje eléri a beállított értéket, vagy megközelíti azt. A hibák túlnyomó többsége szivárgásból adódik. A következő lépés az, hogy a szabályozó kompenzálja vagy növelje az áramlási sebességet az integrált erősítés lassú növelésével, amíg a hiba nulla lesz.
Mostantól a rendszer vezérelhető, és dinamikus válaszokkal szabályozható. Ezt a működési sáv két nyomása közötti lejtés beállításával érik el. A nyomás vagy erő lejtőjének először lassan kell növekednie, mert könnyebben meg lehet őrizni az irányítást. Ennek a PID-erősítésnek állíthatónak kell lennie a jobb szabályozás érdekében. Nagyon nehéz megpróbálni beállítani a nyomást vagy erőltetni a PID-t a rendszer lépcsőzetes változásaira válaszul, és nehéz kielégítő eredményt elérni, mivel a nyomáslökések szivárgást okozhatnak. A sima nyomásátmenet jó megoldás. A nyomás vagy az erő megváltoztatásakor a rendszer működése a két alapjel közötti nyomás növekedésétől és csökkenésétől függ.
