摘  要： 采用研华设备及AI调节器相结合的控制算法对开炼机伺服阀进行过程控制，调距精度高，压力值控制准确。同时具备调距控制响应快、数字信号处理灵活、易于实现参数反馈等特点。系统实践效果较好，能够广泛应用于轮胎等生产行业中。
关键词： 开炼机；过程控制；AI调节器

　近年来，随着我国运输事业的迅猛发展以及人民物质生活水平的不断提高，轮胎橡胶行业一直处于高速发展的状态。轮胎橡胶类加工企业在扩大生产的同时，不断更新生产工艺和配方，大大提高了子午线轮胎的高速行驶安全性、舒适性和使用寿命。由于子午线轮胎胶料的硬度很高，一次炼制橡胶量加大，在生产过程中对炼制橡胶的生产设备的承载能力提出了更高的要求。开炼机作为整条生产线前端设备，其性能的好坏直接关系到生产的连续性。而对设备承载能力起决定因素的就是设备的安全装置，它能保证整个设备在过载的情况下不会受到损坏[1]。
1 开炼机液压调距系统
　开炼机液压调距系统与其他的液压伺服控制系统相同，都是一种以液压动力机械作为执行机构并具有反馈控制的控制系统。它不仅能自动准确、快速地复现输入量的变化规律，并且还能对输入的数字信号实现变换的作用[2]。该控制系统与传统开炼机调距系统相比具有如下特点：
　（1）动态性能好、稳态精度高
　调距最大行程L为100 mm。位置调节时域动态指标：上升时间tr<0.021 s，超调量σp<6%，调整时间ts<0.11 s。位置调节频率动态指标：幅值裕量KS>6.9 dB相位裕量r=40°~70°。性能指标：位置控制精度e<±0.016 mm。
　（2）高压大功率、高可靠性。
　（3）理论解析与特性补偿。液压控制的理论解析近期的研究倾向是利用微型计算机对复杂系统（如多变数液压系统）和复杂因素（非线性及时变等）进行仿真分析的研究。
2 开炼机液压调距控制系统的组成
　开炼机液压调距控制系统采用SHT公司生产伺服油缸，型号：FB335X200X101ST。选用M00G公司生产G761-3004型伺服阀。阻尼比?灼h=0.7，固有频率?棕h=721 rad/s。位移传感器选择MTS公司生产的磁致

3 智能调节器与研华系列模块
　智能调节器AI808的功能除了涵盖传统过程控制系统的串级控制、前馈控制、比值控制、均匀控制等功能外，已经普遍应用了模糊控制、专家控制和神经网络控制等新理论与新技术[3]。
　智能调节器具有“遥控”功能，可由PLC的模拟量输出单元输出4~20 mA（或0~20 mA，或DC1~5 V，或DC 0~10 V，或DC 0~5 V）的电压或电流信号，实现各种过程的闭环控制系统。在初次使用AI808时，可启动AT功能来协助确定M5、P、I等控制参数[4]。
　研华系列模块包括Adam-5000TCP，Adam-4017，Adam-4055。其中Adam-5000TCP使用ARM 32 bit RISC CPU10/100Base-T自动侦测高速通信端口，支持Modbus/TCP通信协议，Adam-4017具有通道：6路、差分、两路、单端；输入类型：mV、V、mA，采样速率：10采样点/s。Adam-4055具有I/O类型：8 DO/DI，输入电压：DC 10~50 V，集电极开路DC 40 V，过压保护：DC 70 V，DC 2 500 V光学隔离。
4 液压调距控制系统
　该系统由定量泵和蓄能器共同供油，并设置了手动控制泵作为系统的辅助供油装置，以便在紧急状况下能够保证辊距的顺利打开；系统中在每个调距缸附近设置电磁溢流阀来保护开炼机轴筒和机架；采用比例阀控制辊距的调整速度和精度，同时保持辊距[5]。根据辊距对速度和精度的调整，采用电磁比例阀可以很好地解决这些问题，同时还可以实现对辊距调整的自动化控制，提高辊距调整效率，改善系统性能[6]。
5 系统程序
　系统程序应当基于设计系统的模型建立，该系统的数学模型如图2所示。

　首先对上述数学模型进行PID校正。根据仿真的结果选用试凑法进行PID校正：（1）调整比例部分。将控制器中的积分系数和微分系数置零，使之成为纯比例控制，将系统投入运行，再由大到小调节比例度，观察系统的响应，直到出现约4：1的衰减过渡曲线。（2）整定积分环节。整定时，先将调整好的比例系数降低20％，以补偿因加入积分而引起的系统稳态误差上升，然后由小到大调节积分系数，消除静差。（3）最后加入微分环节。此时可适当增加比例系数，以补偿因加入微分后而引起的系统稳定性的下降。经过PID整定后原先的响应曲线如图6虚线所示。理想的PID参数如下所示：

　其上升时间tr=0.004 29 s<0.01 s，调节时间ts=0.016 3 s<0.1 s，超调δp：3.72%<5%。从图6的系统响应曲线可以看出校正后的控制系统是稳定的，幅值稳态裕量Ks=7．27 dB，相位稳态裕量r=65.4°。从表1的数据中可以看出，经PID校正后的系统特性完全达到设计要求。理想PID参数经过试凑后，应针对该PID参数书写控制器算法，并写到工控机中。按照研华模块提供的协议往485串口上传输ASCII字符串。字符串的内容取决于工控机中计算的结果。现对上述系统加入负载扰动。加入负载扰动的响应曲线如图6的实线所示。从图6中可以看出加入负载扰动后，系统依旧可以达到本文提出的控制要求。
    开炼机是生产子午线橡胶轮胎的重要设备，其调距性能的好坏直接影响到轮胎的质量。液压调距具有以下优点：调距精度高、安全保护性好及生产连续性好，是传统的调距方法不能相比的。本文设计了、并对其控制方法做了重点研究。通过仿真研究该系统的特性，建立了液压驱动调距控制系统的数学模型。设计了常规PID控制器，并进行了仿真，基本满足设计要求。
参考文献
[1] 宋志安．基于MATLAB的液压伺服控制系统分析与设计[M]．北京：国防工业出版社，2007.
[2] 于江华，苏东海．电液伺服系统的理论与实践[J]．机械，2007（34）：17-18.
[3] VISIOLI A． A new design for a PID plus feedforward controller[J]． Journal of ProcessControl，2004（14）：457-458．
[4] 许贤良．控制工程基础[M]．北京：国防工业出版社，2008.
[5] 梁莉，葛斌.基于AI调节器的过程计算机控制系统[J].微计算机信息，2006，22（6-2）：293-294．
[6] 唐国俊，李健镇.橡胶机械设计[M].北京：化学工业出版社，1995.