自由鍛造液壓機控制策略研究

郭賀賀+徐響+韓露

摘要：自由鍛造液壓機作為金屬材料在自由鍛造過程中的重要設備，其工作特點決定了它在工作過程中工作壓力高，而且轉向較為頻繁，這就使得我們必須對自由鍛造液壓機進行一種更加精確、平穩的控制。在現階段我們常見的自由鍛造液壓機控制方式中，很難達到我們對于自由鍛造液壓機的控制要求，文章主要在過去的控制策略的基礎上提出一種更加精確、平穩的控制策略。

關鍵詞：自由鍛造液壓機；控制策略；金屬鍛造

中圖分類號：TG316 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0027-02

對于目前市場上出現的自由鍛造液壓機而言，主要是采用基于油泵傳動式的自由鍛造液壓機，這種自由鍛造液壓機在工作過程中壓力經常處于32MPa左右，而且其流量保持在每秒鐘數十升，其活動控制部件的重量處于數十噸級別。對于目前市場上的這種級別的自由鍛造液壓機控制而言，我們不僅需要保證其安全運行，而且要對這種自由鍛造液壓機進行更加精確、平穩的控制，因此而言，如何對自由鍛造液壓機進行科學有效的控制是我們本文研究的重點，本文主要在過去的控制策略的基礎上提出一種更加精確、平穩的控制策略。

1 自由鍛造液壓機的基本控制特點

對于自由鍛造液壓機的控制而言，由于其工作特點相對較為特殊，一般在控制過程中我們采用多級閥控制策略，這種控制策略在很大程度上認為是一個非線性控制系統，這就表明其在控制過程中，一定不能獲取到其準確的模型。對于這種情況我們擬采用模糊控制方式對其進行

研究。

自由鍛造液壓機的基本控制特點：影響自由鍛造壓機的基本控制的范圍相當的廣泛，此外，眾所周知速度和平穩度向來是呈反比的，不論采取任何方式一味地追求速度就必定會對其平穩性造成較大的影響。反之，一味地追求平穩就必定會對其速度造成影響，因此而言我們需要尋求其中的平衡點，這個平衡點需要我們具有合適的控制

策略。

自由鍛造液壓機活動橫梁的控制特點：自由鍛造液壓機活動橫梁作為實現自由鍛造的工具基體，其單位時間的鍛造次數高、精度控制高、減震要求好，若想自由鍛造液壓機活動橫梁實現理想的效果，即必須具有相應理想的主控閥與其配套，選取理想主控閥的目的在于盡可能地減小液壓的沖擊和機械的振動。對于自由鍛造液壓機活動橫梁的運行過程中，當且僅當其按照正弦曲線運動時，其機器運行相對更加精確和平穩，如圖1所示（圖中曲線a表示自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動）此時運行平穩；曲線b為當自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動時對應的速度曲線；曲線c表示當自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動對應的加速度曲線。

圖1 自由鍛造液壓機按照正弦運動時速度與加速度的關系

從圖1中可以明顯地發現，對于自由鍛造液壓機活動橫梁的運動曲線，我們可以明顯地發現自由鍛造液壓機活動橫梁在運動過程中其速度和加速度的變化相對比較劇烈，這種變換方式是不提倡的，我們需要對其進行相應的變換。改正策略如下：我們對其位移曲線進行適當的控制，使其在運動過程中，自由鍛造液壓機活動橫梁的運動軌跡、速度以及加速度不出現不銜接的現象，這就使得控制結果在實際運行過程中為實際的正弦曲線，其實際的運行周期為運行波峰和運行的波谷。

2 預測模型控制策略

自由鍛造液壓機的基本控制策略必須滿足以下三個關鍵性的要求：第一，必須具有包含自動控制的特性，具有智能化控制策略；第二，必須具有能夠控制大慣量的設備，例如自由鍛造液壓機活動橫梁，另外必須具有鍛造次數高、精度控制要求高、減震的效果；第三，實效效果好，一旦失去了實效性，這種控制策略就失去其應用價值，必須具有相應的抗擊外界負載的效果。

為了達到以上的三個要求，提高自由鍛造液壓機的精度控制、平穩控制，我們在對自由鍛造液壓機進行控制的過程中必須將主缸和回程缸進行單獨的支配，這時需要自由鍛造液壓機的活動橫梁同時包含有多個控制器件。這就使得我們在輸出的過程中，自由鍛造液壓機活動橫梁通道之間能夠相關制約，這就需要我們必須對控制閥采取解耦運算（傳統上認為控制閥的輸入是相同的，但是實際情況是通道之間能夠相關制約，這就使得控制閥之間的輸入有可能產生不同），然后計算出各個元器件的響應。

為了在此基礎上對自由鍛造液壓機進行預測模型控制，首先必須根據自由鍛造液壓機的基本要求和相關特點，在其偏差范圍內（當其明確地要求采取精確定位時）采取開關控制，這種控制的目的在于基于面向切換點時采取位置控制，其相關的控制方式依據預測模型控制策略。這種控制方式和時機是為了獲取速度和穩定性的平衡點，此時的相應目標值就是其對應的速度。這種控制方式的優點在于準確、快速、對相關參數不敏感。

當自由鍛造液壓機在工作過程中不要求對其進行精確定位，才采用模糊速度控制器。這樣做的目的在于速度和穩定性的平衡。當自由鍛造液壓機在鍛造過程中明確要求進行精確定位時，才采用模糊位置控制器對其進行控制，從而最大限度地獲取高精度。一旦自由鍛造液壓機在運行的過程中出現大幅度的偏差，可以根據情況采取開關控制，從而實現對既定值的快速準確追蹤。

基于傳統的預測模型控制是采用事后控制的相關算法，這種算法具有很大的滯后性，為了有效地解決這個滯后問題，實現提前控制策略，采用基于GM模型的控制方法，這種控制方法是在前者數據的基礎之上進行一定的預測，從而實現數據的生成。

3 應用結果分析

采用自由鍛造液壓機預測型模型控制技術以來，可以明確地發現在控制過程中，大大地減小了自由鍛造液壓機之前的滯后現象，在采用不同的控制策略的過程中精度得到了進一步的提升，可以得出以下結論，在應用自由鍛造液壓機預測模型控制技術以來對液壓機的不同位置、不同區域采用的不同控制策略使得自由鍛造液壓機具有較高的穩定性，精密度得到提升。采用GM模型的控制方法使得系統整體的滯后情況得到了巨大改善，此外系統整體的主機振動情況也得到了相應的改善。本文目前已在4套國產8MN自由鍛造液壓機組和1套進口自由鍛造液壓機組改造上得到應用，效果進步明顯，但是仍有許多改善，空間機組由自由鍛造液壓機、操作機、移動砧庫等組成，計算機控制，一人操作，液壓機與操作機能自動聯動。大大地減少了人力的投入，從而減少了相關的成本。本預測模型控制策略在形式上仍有改善的空間，我希望這是一個拋磚引玉的過程，為自由鍛造液壓機更多、更好的預測模型的提出提供依據。

參考文獻

[1] 熊曉紅，黃樹槐，李從心.快速鍛造液壓機組的模糊

控制策略研究[J].機械工程學報，1998，（4）.

作者簡介：郭賀賀（1983—），女，江蘇沛縣人，江蘇省徐州市特種鍛壓機床廠主管設計師，助理工程師，研究方向：液壓機設計與鍛壓工藝。

摘要：自由鍛造液壓機作為金屬材料在自由鍛造過程中的重要設備，其工作特點決定了它在工作過程中工作壓力高，而且轉向較為頻繁，這就使得我們必須對自由鍛造液壓機進行一種更加精確、平穩的控制。在現階段我們常見的自由鍛造液壓機控制方式中，很難達到我們對于自由鍛造液壓機的控制要求，文章主要在過去的控制策略的基礎上提出一種更加精確、平穩的控制策略。

關鍵詞：自由鍛造液壓機；控制策略；金屬鍛造

中圖分類號：TG316 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0027-02

對于目前市場上出現的自由鍛造液壓機而言，主要是采用基于油泵傳動式的自由鍛造液壓機，這種自由鍛造液壓機在工作過程中壓力經常處于32MPa左右，而且其流量保持在每秒鐘數十升，其活動控制部件的重量處于數十噸級別。對于目前市場上的這種級別的自由鍛造液壓機控制而言，我們不僅需要保證其安全運行，而且要對這種自由鍛造液壓機進行更加精確、平穩的控制，因此而言，如何對自由鍛造液壓機進行科學有效的控制是我們本文研究的重點，本文主要在過去的控制策略的基礎上提出一種更加精確、平穩的控制策略。

1 自由鍛造液壓機的基本控制特點

對于自由鍛造液壓機的控制而言，由于其工作特點相對較為特殊，一般在控制過程中我們采用多級閥控制策略，這種控制策略在很大程度上認為是一個非線性控制系統，這就表明其在控制過程中，一定不能獲取到其準確的模型。對于這種情況我們擬采用模糊控制方式對其進行

研究。

自由鍛造液壓機的基本控制特點：影響自由鍛造壓機的基本控制的范圍相當的廣泛，此外，眾所周知速度和平穩度向來是呈反比的，不論采取任何方式一味地追求速度就必定會對其平穩性造成較大的影響。反之，一味地追求平穩就必定會對其速度造成影響，因此而言我們需要尋求其中的平衡點，這個平衡點需要我們具有合適的控制

策略。

自由鍛造液壓機活動橫梁的控制特點：自由鍛造液壓機活動橫梁作為實現自由鍛造的工具基體，其單位時間的鍛造次數高、精度控制高、減震要求好，若想自由鍛造液壓機活動橫梁實現理想的效果，即必須具有相應理想的主控閥與其配套，選取理想主控閥的目的在于盡可能地減小液壓的沖擊和機械的振動。對于自由鍛造液壓機活動橫梁的運行過程中，當且僅當其按照正弦曲線運動時，其機器運行相對更加精確和平穩，如圖1所示（圖中曲線a表示自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動）此時運行平穩；曲線b為當自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動時對應的速度曲線；曲線c表示當自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動對應的加速度曲線。

圖1 自由鍛造液壓機按照正弦運動時速度與加速度的關系

從圖1中可以明顯地發現，對于自由鍛造液壓機活動橫梁的運動曲線，我們可以明顯地發現自由鍛造液壓機活動橫梁在運動過程中其速度和加速度的變化相對比較劇烈，這種變換方式是不提倡的，我們需要對其進行相應的變換。改正策略如下：我們對其位移曲線進行適當的控制，使其在運動過程中，自由鍛造液壓機活動橫梁的運動軌跡、速度以及加速度不出現不銜接的現象，這就使得控制結果在實際運行過程中為實際的正弦曲線，其實際的運行周期為運行波峰和運行的波谷。

2 預測模型控制策略

自由鍛造液壓機的基本控制策略必須滿足以下三個關鍵性的要求：第一，必須具有包含自動控制的特性，具有智能化控制策略；第二，必須具有能夠控制大慣量的設備，例如自由鍛造液壓機活動橫梁，另外必須具有鍛造次數高、精度控制要求高、減震的效果；第三，實效效果好，一旦失去了實效性，這種控制策略就失去其應用價值，必須具有相應的抗擊外界負載的效果。

為了達到以上的三個要求，提高自由鍛造液壓機的精度控制、平穩控制，我們在對自由鍛造液壓機進行控制的過程中必須將主缸和回程缸進行單獨的支配，這時需要自由鍛造液壓機的活動橫梁同時包含有多個控制器件。這就使得我們在輸出的過程中，自由鍛造液壓機活動橫梁通道之間能夠相關制約，這就需要我們必須對控制閥采取解耦運算（傳統上認為控制閥的輸入是相同的，但是實際情況是通道之間能夠相關制約，這就使得控制閥之間的輸入有可能產生不同），然后計算出各個元器件的響應。

為了在此基礎上對自由鍛造液壓機進行預測模型控制，首先必須根據自由鍛造液壓機的基本要求和相關特點，在其偏差范圍內（當其明確地要求采取精確定位時）采取開關控制，這種控制的目的在于基于面向切換點時采取位置控制，其相關的控制方式依據預測模型控制策略。這種控制方式和時機是為了獲取速度和穩定性的平衡點，此時的相應目標值就是其對應的速度。這種控制方式的優點在于準確、快速、對相關參數不敏感。

當自由鍛造液壓機在工作過程中不要求對其進行精確定位，才采用模糊速度控制器。這樣做的目的在于速度和穩定性的平衡。當自由鍛造液壓機在鍛造過程中明確要求進行精確定位時，才采用模糊位置控制器對其進行控制，從而最大限度地獲取高精度。一旦自由鍛造液壓機在運行的過程中出現大幅度的偏差，可以根據情況采取開關控制，從而實現對既定值的快速準確追蹤。

基于傳統的預測模型控制是采用事后控制的相關算法，這種算法具有很大的滯后性，為了有效地解決這個滯后問題，實現提前控制策略，采用基于GM模型的控制方法，這種控制方法是在前者數據的基礎之上進行一定的預測，從而實現數據的生成。

3 應用結果分析

采用自由鍛造液壓機預測型模型控制技術以來，可以明確地發現在控制過程中，大大地減小了自由鍛造液壓機之前的滯后現象，在采用不同的控制策略的過程中精度得到了進一步的提升，可以得出以下結論，在應用自由鍛造液壓機預測模型控制技術以來對液壓機的不同位置、不同區域采用的不同控制策略使得自由鍛造液壓機具有較高的穩定性，精密度得到提升。采用GM模型的控制方法使得系統整體的滯后情況得到了巨大改善，此外系統整體的主機振動情況也得到了相應的改善。本文目前已在4套國產8MN自由鍛造液壓機組和1套進口自由鍛造液壓機組改造上得到應用，效果進步明顯，但是仍有許多改善，空間機組由自由鍛造液壓機、操作機、移動砧庫等組成，計算機控制，一人操作，液壓機與操作機能自動聯動。大大地減少了人力的投入，從而減少了相關的成本。本預測模型控制策略在形式上仍有改善的空間，我希望這是一個拋磚引玉的過程，為自由鍛造液壓機更多、更好的預測模型的提出提供依據。

參考文獻

[1] 熊曉紅，黃樹槐，李從心.快速鍛造液壓機組的模糊

控制策略研究[J].機械工程學報，1998，（4）.

作者簡介：郭賀賀（1983—），女，江蘇沛縣人，江蘇省徐州市特種鍛壓機床廠主管設計師，助理工程師，研究方向：液壓機設計與鍛壓工藝。

摘要：自由鍛造液壓機作為金屬材料在自由鍛造過程中的重要設備，其工作特點決定了它在工作過程中工作壓力高，而且轉向較為頻繁，這就使得我們必須對自由鍛造液壓機進行一種更加精確、平穩的控制。在現階段我們常見的自由鍛造液壓機控制方式中，很難達到我們對于自由鍛造液壓機的控制要求，文章主要在過去的控制策略的基礎上提出一種更加精確、平穩的控制策略。

關鍵詞：自由鍛造液壓機；控制策略；金屬鍛造

中圖分類號：TG316 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0027-02

對于目前市場上出現的自由鍛造液壓機而言，主要是采用基于油泵傳動式的自由鍛造液壓機，這種自由鍛造液壓機在工作過程中壓力經常處于32MPa左右，而且其流量保持在每秒鐘數十升，其活動控制部件的重量處于數十噸級別。對于目前市場上的這種級別的自由鍛造液壓機控制而言，我們不僅需要保證其安全運行，而且要對這種自由鍛造液壓機進行更加精確、平穩的控制，因此而言，如何對自由鍛造液壓機進行科學有效的控制是我們本文研究的重點，本文主要在過去的控制策略的基礎上提出一種更加精確、平穩的控制策略。

1 自由鍛造液壓機的基本控制特點

對于自由鍛造液壓機的控制而言，由于其工作特點相對較為特殊，一般在控制過程中我們采用多級閥控制策略，這種控制策略在很大程度上認為是一個非線性控制系統，這就表明其在控制過程中，一定不能獲取到其準確的模型。對于這種情況我們擬采用模糊控制方式對其進行

研究。

自由鍛造液壓機的基本控制特點：影響自由鍛造壓機的基本控制的范圍相當的廣泛，此外，眾所周知速度和平穩度向來是呈反比的，不論采取任何方式一味地追求速度就必定會對其平穩性造成較大的影響。反之，一味地追求平穩就必定會對其速度造成影響，因此而言我們需要尋求其中的平衡點，這個平衡點需要我們具有合適的控制

策略。

自由鍛造液壓機活動橫梁的控制特點：自由鍛造液壓機活動橫梁作為實現自由鍛造的工具基體，其單位時間的鍛造次數高、精度控制高、減震要求好，若想自由鍛造液壓機活動橫梁實現理想的效果，即必須具有相應理想的主控閥與其配套，選取理想主控閥的目的在于盡可能地減小液壓的沖擊和機械的振動。對于自由鍛造液壓機活動橫梁的運行過程中，當且僅當其按照正弦曲線運動時，其機器運行相對更加精確和平穩，如圖1所示（圖中曲線a表示自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動）此時運行平穩；曲線b為當自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動時對應的速度曲線；曲線c表示當自由鍛造液壓機活動橫梁按照正弦曲線運動對應的加速度曲線。

圖1 自由鍛造液壓機按照正弦運動時速度與加速度的關系

從圖1中可以明顯地發現，對于自由鍛造液壓機活動橫梁的運動曲線，我們可以明顯地發現自由鍛造液壓機活動橫梁在運動過程中其速度和加速度的變化相對比較劇烈，這種變換方式是不提倡的，我們需要對其進行相應的變換。改正策略如下：我們對其位移曲線進行適當的控制，使其在運動過程中，自由鍛造液壓機活動橫梁的運動軌跡、速度以及加速度不出現不銜接的現象，這就使得控制結果在實際運行過程中為實際的正弦曲線，其實際的運行周期為運行波峰和運行的波谷。

2 預測模型控制策略

自由鍛造液壓機的基本控制策略必須滿足以下三個關鍵性的要求：第一，必須具有包含自動控制的特性，具有智能化控制策略；第二，必須具有能夠控制大慣量的設備，例如自由鍛造液壓機活動橫梁，另外必須具有鍛造次數高、精度控制要求高、減震的效果；第三，實效效果好，一旦失去了實效性，這種控制策略就失去其應用價值，必須具有相應的抗擊外界負載的效果。

為了達到以上的三個要求，提高自由鍛造液壓機的精度控制、平穩控制，我們在對自由鍛造液壓機進行控制的過程中必須將主缸和回程缸進行單獨的支配，這時需要自由鍛造液壓機的活動橫梁同時包含有多個控制器件。這就使得我們在輸出的過程中，自由鍛造液壓機活動橫梁通道之間能夠相關制約，這就需要我們必須對控制閥采取解耦運算（傳統上認為控制閥的輸入是相同的，但是實際情況是通道之間能夠相關制約，這就使得控制閥之間的輸入有可能產生不同），然后計算出各個元器件的響應。

為了在此基礎上對自由鍛造液壓機進行預測模型控制，首先必須根據自由鍛造液壓機的基本要求和相關特點，在其偏差范圍內（當其明確地要求采取精確定位時）采取開關控制，這種控制的目的在于基于面向切換點時采取位置控制，其相關的控制方式依據預測模型控制策略。這種控制方式和時機是為了獲取速度和穩定性的平衡點，此時的相應目標值就是其對應的速度。這種控制方式的優點在于準確、快速、對相關參數不敏感。

當自由鍛造液壓機在工作過程中不要求對其進行精確定位，才采用模糊速度控制器。這樣做的目的在于速度和穩定性的平衡。當自由鍛造液壓機在鍛造過程中明確要求進行精確定位時，才采用模糊位置控制器對其進行控制，從而最大限度地獲取高精度。一旦自由鍛造液壓機在運行的過程中出現大幅度的偏差，可以根據情況采取開關控制，從而實現對既定值的快速準確追蹤。

基于傳統的預測模型控制是采用事后控制的相關算法，這種算法具有很大的滯后性，為了有效地解決這個滯后問題，實現提前控制策略，采用基于GM模型的控制方法，這種控制方法是在前者數據的基礎之上進行一定的預測，從而實現數據的生成。

3 應用結果分析

采用自由鍛造液壓機預測型模型控制技術以來，可以明確地發現在控制過程中，大大地減小了自由鍛造液壓機之前的滯后現象，在采用不同的控制策略的過程中精度得到了進一步的提升，可以得出以下結論，在應用自由鍛造液壓機預測模型控制技術以來對液壓機的不同位置、不同區域采用的不同控制策略使得自由鍛造液壓機具有較高的穩定性，精密度得到提升。采用GM模型的控制方法使得系統整體的滯后情況得到了巨大改善，此外系統整體的主機振動情況也得到了相應的改善。本文目前已在4套國產8MN自由鍛造液壓機組和1套進口自由鍛造液壓機組改造上得到應用，效果進步明顯，但是仍有許多改善，空間機組由自由鍛造液壓機、操作機、移動砧庫等組成，計算機控制，一人操作，液壓機與操作機能自動聯動。大大地減少了人力的投入，從而減少了相關的成本。本預測模型控制策略在形式上仍有改善的空間，我希望這是一個拋磚引玉的過程，為自由鍛造液壓機更多、更好的預測模型的提出提供依據。

參考文獻

[1] 熊曉紅，黃樹槐，李從心.快速鍛造液壓機組的模糊

控制策略研究[J].機械工程學報，1998，（4）.

作者簡介：郭賀賀（1983—），女，江蘇沛縣人，江蘇省徐州市特種鍛壓機床廠主管設計師，助理工程師，研究方向：液壓機設計與鍛壓工藝。