高速数控冲床属于数控柔性板材加工设备,可完成冲压、成型、打标、软切削等工序。液压式数控冲床具有步冲频率高,冲压稳定,噪声小,行程、速度可调,动、静态响应特性好,冲压力的大小可控,适合于多种冲压工艺等优点,目前被广泛应用于各行各业。目前我国高速数控冲床动力核心部分——高速液压伺服控制系统——一直依赖于进口,迫切需要开发具有自主知识产权的高速集成化液压伺服系统,打破这种局面。本文针对这种现状,依托粤、港、澳关键领域重点突破项目网络化智能型高速数控板材柔性加工成套装备,进行了高速集成化冲压切削电液伺服控制系统的研究。 文中首先介绍了冲床的国内外发展现状与趋势,然后介绍了数控冲床主传动部分及发展趋势。提出了数字缸控机液阀控液压控制系统、数字缸控制系统以及伺服阀液压控制系统,并对三种液压方案进行了详细分析,确定了伺服阀控液压控制系统作为系统的液压方案。然后对确定的方案进行了静态计算,选定了液压主要元器件。 建立了伺服阀控非对称缸的理论模型。在进行伺服阀建模时,采用了机理建模和工程实际中通常采用的简化模型相结合的方法,从而避免确定模型参数时使用那些制造商不提供的属商业机密的数据。此外在阀控缸建模中充分考虑了不同压差对液压系统参数的影响,从而确定了不同工况下系统的传递函数。 设计了控制效果良好的PID控制器。在设计控制器过程中采用了matlab编制通用性强的实现经典N—Z方法的PID整定和一般模型拟合成带延迟的惯性环节的程序。在运用N—Z法确定PID参数后,结合matlab优化工具箱使用了单纯形法对PID参数进行了优化。 最后运用了matlab的simulink工具,对系统进行仿真。研究了系统的稳定性以及PID参数对系统的动态性能的影响。仿真结果表明:所设计的液压系统是满足设计要求的;用单纯形法对N—Z方法整定的PID参数进行优化后,能优化PID的控制性能,提高液压系统的动态性,从而为有效的确定PID参数提供了一个快速、方便的途径。