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传统机械压力机在冲压时由于工作模式固定、运动特性单一、工艺适用性较差,无法满足不同材料、不同冲压工艺对压力机滑块工作曲线柔性可调的要求。与传统机械压力机相比,伺服压力机利用伺服电机直接驱动曲柄滑块机构,通过控制伺服电机的转速,可以精确地控制滑块的位移和速度,从而满足不同加工工艺的要求。本文对双点伺服压力机的同步控制及几种运动控制方法进行了仿真研究,并根据工程实际需要,对单点伺服压力机的运动控制器进行了设计,提出了新的硬件结构方案。论文的主要研究内容如下:
首先,概括了国内外伺服压力机的研究现状以及伺服控制系统的性能指标。介绍了伺服压力机的三种常用加工曲线,并对曲柄滑块机构的运动学和动力学做出了分析。
其次,研究了该伺服系统的建模方法,通过对实际压力机的实验数据进行参数辨识,用最小二乘法获得各有关参数,验证表明,辨识得到的模型和实际的模型能很好的吻合。表明该方法对伺服系统的建模简便有效,并接近真实系统。
第三,针对双点伺服压力机的同步控制,提出了多种同步控制策略,通过对比各种控制策略的优缺点,最终选定交叉耦合同步控制策略,并进行了初步的仿真研究:另外,常规PID算法常引起快速性与超调量之间的矛盾,文中引入了非线性PID用于完成伺服系统的控制,通过仿真和在实际系统上的实验发现,非线性PID控制器能获得较快的响应和较小的超调量,并具有一定的自适应性;在研究中发现,压力机在启动、停止及速度变化时容易产生冲击、失步、超调或震荡,为了提高加工质量和加工效率,文中对加减速控制方法进行了研究,并选择了易于实现实时控制的S曲线加减速控制方法。
第四,针对前期工程开发所采用的硬件体系,即单点伺服压力机控制器在实际调试过程和现场试用中发现的问题,提出了新的实现方案,即以工控机和嵌入式运动控制器共同构成主从式控制系统,并以紧凑的硬件和重新编制的软件具体实现了该系统。
最后,新型单点伺服压力机控制器在实验室和现场环境下完成了调试和初步的验证工作,不同控制算法的对比运行表明,本文的研究工作具有实用性。另外,本文还实现了在线实时数据记录功能,即在控制过程中,完整存储一个以上工作周期的有用数据,并在需要时可传送到工控机中保存,这对算法的效果分析和改进,具有很好的实用价值。