伺服压力机滑块轨迹精确跟踪控制策略研究

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压力机使用电机提供动力,其工作机构将电机的转矩转化为冲压滑块的加速度,完成对工件的冲压加工。在传统压力机中,由普通三相电动机提供动力、驱动滑块工作。由于普通电机的输出特性不可调,压力机的工作机构一旦确定,下滑块的运动轨迹也就固定了。这就造成了压力机无法根据不同的加工工艺,调整下滑块的运动轨迹。随着科学技术的不断更新和发展,通过微电子控制技术可以实现对伺服电机的转速、转矩精确化控制。这就使得压力机可以根据不同成形工艺的要求,完成对下滑块轨迹的控制。因此,本文从滑块轨迹控制角度出发对多连杆工作机构、加减速曲线优化控制,轨迹误差控制算法以及控制系统实验平台开发等方面开展仿真研究和实验验证。论文主要研究内容如下:  1.从整机开发、工作机构、控制系统、控制策略等方面,介绍了伺服压力机国内外研究现状;  2.针对一种新型多连杆工作机构进行运动学和动力学分析,建立曲轴转矩驱动方程。根据加工的转矩负载,得到曲轴的转矩曲线。  3.制定伺服系统的控制策略,分析压力机的典型冲压加工曲线,采用一种五段加减速运动控制算法。基于该控制优化算法,优化典型加工曲线。为了提高滑块轨迹跟踪控制精度,应用PID控制和滑模变结构控制进行误差反馈调节。  4.根据伺服压力机滑块轨迹控制的实际需要,搭建压力机伺服系统实验平台,采用虚拟仪器技术完成实验平台设计。其主要由以下两方面组成:  (1)硬件:电气柜设计、运动控制设计、位置检测、数据采集以及信号转化等模块。  (2)软件:数据采集程序、数据输出程序、系统初始化程序和实验平台控制界面。  5.基于控制策略和控制方法,以加减速优化为控制变量,仿真滑块的运动轨迹,发现加减速优化有效减小了滑块轨迹误差;通过PID和滑模控制的轨迹仿真比较,发现滑模控制效果优于PID。通过实验进行验证,加减速优化后床身的振动加速度值明显减小,有效降低了床身振动;根据传感器检测信号分析,结果表明相较于PID控制,滑模控制有效减小了滑块轨迹误差。
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