水壓機(jī)的主分配器由電液伺服系統(tǒng)控制，進(jìn)而通過控制活動橫梁的位移完成整個鍛造過程，在水壓機(jī)工作過程中，活動橫梁的位置控制精度和響應(yīng)速度直接影響著工件的鍛造精度，因此，系統(tǒng)的位置控制性能顯得尤為重要，有必要對系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行深入分析，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)和補(bǔ)償控制提供理論參考基礎(chǔ)，以期有效提高工件的鍛造成型效果。

南方水泵廠以60MN自由鍛造水壓機(jī)油控水系統(tǒng)為研究對象，分析系統(tǒng)的工作原理及控制模式，基于前文的研究成果，搭建水壓機(jī)油控水系統(tǒng)的整體仿真模型，對比水壓機(jī)現(xiàn)場的實(shí)測曲線和仿真曲線，研究幾種典型工況下的油控水系統(tǒng)的整體工作性能，分析系統(tǒng)控制性能的影響因素，在此基礎(chǔ)上引入自抗擾控制，與傳統(tǒng)PID控制對比，分析控制效果。

一、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成

煙臺某企業(yè)60MN自由鍛造水壓機(jī)作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其現(xiàn)場照片如圖1所示。

圖1a)左側(cè)的操作臺用于操作機(jī)的控制，右側(cè)的操作臺用于水壓機(jī)的控制，圖1b)為水壓機(jī)與操作機(jī)聯(lián)合鍛造照片。該操作臺可實(shí)現(xiàn)水壓機(jī)鍛造過程的手動和自動操作，其控制界面以WINCC作為人機(jī)交互界面，控制器選用西門子的S7-400，控制程序基于STEP7圖形化編譯。

該水壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)鍛件的鐓粗、拔長、沖孔、表面精整等鍛造工藝，其結(jié)構(gòu)尺寸和主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

東莞南方水泵為更好地了解和評估系統(tǒng)的工作狀態(tài)，該水壓機(jī)安裝了多種傳感檢測裝置：水壓機(jī)的2個回程缸各安裝了1個位移傳感器，用于在線檢測活動橫梁的位移，將2個位移傳感器的測量均值用以HMI界面的數(shù)據(jù)采集和水壓機(jī)油控水系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制；主分配器的主軸上安裝了較高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，用于檢測主分配器主軸的轉(zhuǎn)角，以保證水壓機(jī)液壓伺服系統(tǒng)的控制精度；水壓機(jī)水系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵位置安裝了壓力傳感器，用以實(shí)時檢測主泵組的出口壓力、蓄勢水罐的壓力、充液罐的壓力、液控節(jié)流閥的入口壓力和控制腔壓力、主分配器的入口壓力、主缸和側(cè)缸的壓力以及回程缸的壓力；以上檢測元件的規(guī)格如表2所示。

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

dSPACE實(shí)時仿真系統(tǒng)是基于MATLAB/Simulink軟件開發(fā)的一套實(shí)時控制平臺工具，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、控制系統(tǒng)開發(fā)、半實(shí)物仿真及系統(tǒng)測試等功能，并能與MATLAB/Simulink軟件實(shí)現(xiàn)兼容和無縫連接。dSPACE實(shí)時性強(qiáng)、可靠性高、擴(kuò)充性好、I/O接口支持豐富，應(yīng)用十分廣泛，包括機(jī)器人技術(shù)、航空航天技術(shù)、汽車發(fā)動機(jī)、電力機(jī)車、驅(qū)動及工業(yè)控制等領(lǐng)域。為精確的采集水壓機(jī)油控水系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將dSPACE實(shí)時仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端口與水壓機(jī)的PLC控制器相連。dSAPCE實(shí)時仿真系統(tǒng)配置有一塊高性能處理器，該處理器通過PHS總線提供到I/O板的接口，為實(shí)時仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PHS總線，由于沒有利用其它外部傳輸協(xié)議的總線，也就不存在的內(nèi)含軟件的問題，因此可以使I/O的訪問時間得到保證。集成的DS1104PPC控制器板基于PowerPC技術(shù)的實(shí)時硬件，擁有8路A/D和8路D/A接口，同時配備20位數(shù)字I/O接口、定時器、存儲器、終端控制單元、增量編碼器等設(shè)備。如圖2a)為dSPACE工控機(jī)的主板及相應(yīng)硬件。2b)為dSPACE數(shù)據(jù)采集裝置。

三、廣東南方水泵分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

水壓機(jī)在鍛造過程中受到鍛件的力沖擊和卸壓卸荷引起的水流沖擊，導(dǎo)致水壓機(jī)各部件及傳感檢測元件發(fā)生不可避免的振動，加之信噪干擾的影響，將使各傳感器的檢測數(shù)據(jù)含有大量的干擾信號，因此在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集過程中，為獲得較為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有必要對原始采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪聲處理。而小波變換是一種常用的去噪方法，能在時域和頻率域內(nèi)進(jìn)行局部信號分析，局部化性質(zhì)良好，而且其對高頻信號采用漸變減小的時間取樣步長，使得信號的任意局部都能被關(guān)注。本章基于MATLAB中小波工具箱的小波分析函數(shù)，對信號進(jìn)行去噪聲處理，具體流程和主菜單窗口如圖4和5所示。

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