一种基于软仪表的液压锻锤系统锤头速度测量方法

摘要

本发明公开了一种基于软仪表的液压锻锤系统锤头速度测量方法，具体包括如下步骤：建立锻锤下打过程的基于机理模型的软仪表模型，其中把液压缸下腔的压力值作为辅助变量即软仪表模型输入变量，把锤头的速度值作为主导变量，建立两者之间的数学关系模型；通过压力传感器采集锻锤下打过程中液压缸下腔的压力值，通过磁栅尺采集下打过程中锤头的位移量；通过压力传感器和磁栅尺采集得到的数据，结合建立的软仪表模型，对模型中未知参数进行参数优化辨识；经过仿真分析，得到液压锻锤的锤头速度。本发明采用基于机理模型的锻锤锤头速度软仪表构造方法，实现了对锻锤中难以通过物理传感器直接测量的速度值构造软仪表进行测量。

主权项

一种基于软仪表的液压锻锤系统锤头速度测量方法，具体包括如下步骤：A、通过分析液压锻锤打击时刻的工作原理，建立锻锤下打过程的基于机理模型的软仪表模型，其中把液压缸下腔的压力值作为辅助变量即软仪表模型输入变量，把锤头的速度值作为主导变量，建立两者之间的数学关系模型；所述锻锤下打过程包括打击阀开启阶段和打击阀关闭阶段；在所述打击阀开启阶段，来自液压泵、蓄能器及液压缸下腔的三部分液压油进入液压缸上腔，从而推动锤头加速下打，这一阶段的数学模型如下：$\stackrel{·}{v}=p_1{A}_1-p_2{A}_2+\mathrm{mg},$$p_1=p_2=\frac{G}{V_2^n},$$G-p_0{V}_0^n,$$V_2=V_1+\int ((A_1-A_2)v-Q_{\mathrm{pth}}\times K)\mathrm{dt},$s＝∫vdt；式中：p₁是液压缸上腔压力、p₂是液压缸下腔压力、A₁是液压缸上腔面积、A₂是液压缸下腔面积、m是锤头质量、v是锤头速度、G是气体常数、n是气体多变指数、p₀是蓄能器的初始压力、V₀是蓄能器的初始体积、V₁是蓄能器最大压力时的气体容积、V₂是第一阶段时的蓄能器体积、Q_pth是油泵理论流量、K是油泵回路泄露折算系数、s是锤头位移；在所述打击阀关闭阶段，锤头减速向下，液压缸下腔排出的油和液压泵打出的油进入蓄能器，这一阶段的数学模型如下：$m\stackrel{·}{v}=\mathrm{mg}-p_2{A}_2,$$p_2=\frac{G}{V_3^n},$$V_3=V_2-\int (A_{1}v+Q_{\mathrm{pth}}\times K)\mathrm{dt},$s＝∫vdt；式中：p₂是液压缸下腔压力、A₁是液压缸上腔面积、A₂是液压缸下腔面积、m是锤头质量、v是锤头速度、G是气体常数、n是气体多变指数、V₂是第一阶段时的蓄能器体积、V₃是第二段时的蓄能器体积、Q_pth是油泵理论流量、K是油泵回路泄露折算系数、s是锤头位移；B、通过压力传感器采集锻锤下打过程中液压缸下腔的压力值，通过磁栅尺采集下打过程中锤头的位移量；C、通过压力传感器和磁栅尺采集得到的数据，结合步骤A中建立的软仪表模型，对模型中未知参数进行参数优化辨识，从而得到一个更加符合实际工况的软仪表模型；D、将参数优化辨识后的未知参数值再代入到步骤A中建立的软仪表模型中，经过仿真分析，得到液压锻锤的锤头速度。