CN103611861A - 伺服压力机无压力传感器控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服压力机的无压力传感器控制装置，包括伺服电机3、压力机机械机构4和控制装置；所述伺服电机3上设置有速度传感器6，压力机机械机构4上设置有位移传感器7；所述控制装置包括计算机数控系统1和速度伺服驱动系统2；所述速度伺服驱动系统2上设置有负载观测器；所述速度伺服驱动系统2与伺服电机3之间通过电源线相互连接，所述电源线上设置有电流传感器5；所述计算机数控系统1与速度伺服驱动系统2信号连接，电流传感器5和速度传感器6分别与负载观测器信号连接，负载观测器与计算机数控系统1信号连接，伺服电机3与压力机机械机构4相互连接，位移传感器7与计算机数控系统1信号连接。

Description

伺服压力机无压力传感器控制装置及方法

技术领域

本发明涉及锻压机械机电一体化技术，尤其涉及一种用于由伺服电机驱动的机械压力机无压力传感器控制装置及位置伺服控制方法，即本发明的伺服压力机无压力传感器控制装置及方法。

背景技术

近年来，随着汽车、电子等行业的发展，冲压加工成形产品改型越来越频繁，形状亦趋于复杂化，传统曲柄式机械压力机单一的加工模式已不适应现代及时化生产的特点。基于发展的需要，开发高性能、智能化和柔性化压力机己显得越来越重要。要实现压力机的智能化和柔性化以适应不同材料的加工工艺要求，关键是能实现滑块运动特性可变，速度和力可控。这就要求驱动用电机具有良好的控制特性、宽的调速范围、优越的伺服跟综性能以及高的力能指标和可靠性。而伺服电机与专用控制系统相配合，可使滑块在运行过程中随时加速、减速或停止，动作灵活自由，压力机械的柔性和适应性更好（简称伺服压力机），如专利文献1（专利号为200710000410.6）和专利文献2（专利号为US5587633）所示。

而伺服压力机传统的控制装置，如专利文献3（专利号为200580030727.3）和专利文献4（专利号为US7434505B2）所述，计算机数控系统（CNC）只进行滑块位置的闭环控制，或加入速度前馈、或加入加速度前馈，由于不能控制压力机压力，该控制系统难于实现伺服压力机高精度的加工。此外，即使在设定转矩极限值来限制压力机压力的上限值，并通过位置、速度、电流的闭环控制来进行冲压加工，由于实际上对工件施加的压力不清楚，也不能进行更高精度的加工。显然应用传统的位置伺服控制技术已无法满足伺服压力机高精度加工的驱动要求，必须寻求一种新的位置伺服控制方法。目前由于国外技术的垄断，国内在这方面还是空白。因此，在采用伺服电机驱动的基础上，根据压力机加工特点，研究相匹配的精度更高、性能更好的专用控制系统及其驱动技术是目前伺服压力机研究的重点。其核心的技术问题是如何满足伺服压力机控制系统的驱动特性与冲压负载特性相适应这一客观要求，进而根据工作环境的变化，实时、准确地调整系统的工作状态，实现加工过程的负载自适应与优化控制。

专利文献5（专利号为200510079787.6）和专利文献6（专利号为US7049775B2）提出了一种适合于锻压机床的伺服电机控制装置，采用位置和压力复合控制的方法，将由位置反馈控制的速度指令和压力反馈控制得到的速度指令的较小值作为比较器的输出，根据输出的指令进行速度的反馈控制，驱动伺服电机，该方法可利用检测到的压力信号对压力机参数进行实时、准确得控制与调整，对负载具有一定的自适应能力，较适合伺服压力机场合应用。但在位置和压力控制切换处容易出现滑块压力的过冲现象。另外，为了得到压力信号，国外研制的一些伺服压力机控制系统配备了高精度的压力检测系统，通过安装的机械式压力传感器检测压力机整个加工过程的压力参数，为操作人员实时监测和识别冲压状态、合理调整加工工艺参数等提供重要的信息。然而机械压力传感器很难实现压力的瞬时检测，且压力转换成电信号的鲁棒性不高，容易受到干扰，会导致控制系统性能变坏，且高性能的机械压力传感器价格昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够以一台压力机灵活进行高生产和高精度加工的伺服压力机无压力传感器控制装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种伺服压力机的无压力传感器控制装置，包括伺服电机、压力机机械机构和控制装置；所述伺服电机上设置有速度传感器，压力机机械机构上设置有位移传感器；其特征是：所述控制装置包括计算机数控系统和速度伺服驱动系统；所述速度伺服驱动系统上设置有负载观测器；所述速度伺服驱动系统与伺服电机之间通过电源线相互连接，所述电源线上设置有电流传感器；所述计算机数控系统与速度伺服驱动系统信号连接，电流传感器和速度传感器分别与负载观测器信号连接，负载观测器与计算机数控系统信号连接，伺服电机与压力机机械机构相互连接，位移传感器与计算机数控系统信号连接。

作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制装置的改进：计算机数控系统包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、位置控制器、压力控制器、压力/位置切换控制器和速度给定限幅模块；第一加法器分别与位置控制器和第三加法器信号连接，位置控制器与第三加法器信号连接；第二加法器与压力控制器信号连接；第三加法器和压力控制器分别与压力/位置切换控制器信号连接，压力/位置切换控制器与速度给定限幅模块信号连接。

作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制装置的进一步改进：计算机数控系统包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、位置控制器、压力控制器、速度给定限幅模块和位置控制输出限幅模块；第一加法器与位置控制器信号连接，位置控制器与第三加法器信号连接；第三加法器与位置控制输出限幅模块信号连接，位置控制输出限幅模块与第二加法器信号连接，第二加法器与压力控制器信号连接；压力控制器与速度给定限幅模块信号连接。

作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制装置的进一步改进：计算机数控系统包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、位置控制器、压力控制器、压力/位置切换控制器、速度给定限幅模块、位置控制输出限幅模块和压力设定值模块；第一加法器与位置控制器和第三加法器信号连接，位置控制器与第三加法器信号连接；第三加法器分别与位置控制输出限幅模块和压力设定值模块信号连接，位置控制输出限幅模块和压力设定值模块分别与压力/位置切换控制器信号连接；压力/位置切换控制器与第二加法器信号连接，第二加法器与压力控制器信号连接；压力控制器与与速度给定限幅模块信号连接。

一种伺服压力机的无压力传感器控制装置的控制方法：A、位移传感器获得压力机机械机构中滑块的实际位置信号；B、电流传感器获得电流信号，速度传感器获得速度信号；C、电流传感器和速度传感器分别将电流信号和速度信号输入到负载观测器中进行相应的计算，计算后得出压力机机械机构中滑块的实际压力信号；D、通过计算机数控系统得出最终的控制信号，并把最终的控制信号出入到速度伺服驱动系统，由速度伺服驱动系统输出到伺服电机，由伺服电机实现最终的控制信号的运行。

作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制方法的改进：压力/位置切换控制器内设置转换点设定值，所述转换点设定值包括冲压开始设定值和冲压结束设定值，通过将伺服电机的角位移与转换点设定值进行比较，根据比较的结果，有位置控制器控制伺服电机和压力控制器控制伺服电机两种情况：A、位置控制器控制伺服电机空程向下变速运行；B、位移传感器实时检测压力机机械机构中滑块的实际位置信号，并将检测到的实际位置信号输入到压力/位置切换控制器内；C、当压力机机械机构的滑块运动到冲压开始设定值时，通过压力/位置切换控制器切换为压力控制器控制，即通过压力控制器控制伺服电机运行；D、当压力机机械机构的滑块运动到冲压结束设定值时，通过压力/位置切换控制器切换为位置控制器控制，压力机机械机构的滑块空程返回。

作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制方法的进一步改进：位置控制器外环、压力控制器内环组合，在压力控制器内设压力定值，位置控制器内设位置定值；压力控制器的压力定值通过改变位置控制输出限幅模块内位置控制输出限幅的大小来改变，控制过程的转换通过位置控制器内的位置定值来强制执行；控制过程如下：先在位置控制器内设定一个位置定值，同时，设置位置控制输出限幅模块内的位置控制输出限幅处于最大值，使系统快速运行到指定位置；然后改变位置控制输出限幅模块内的位置控制输出限幅值为系统所需的压力设定值，再在位置控制器内设定一较大的位移量，系统就转换为压力控制器控制。

作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制方法的进一步改进：位置控制器的输出端并联两个限幅器，所述压力设定值模块用作压力的设定值，位置控制输出限幅模块作为位置控制器输出的饱和限；压力/位置切换控制器内设置转换点设定值；压力/位置切换控制器通过比较实际位置信号与转换点设定值实现自动切换，转换点设定值包括冲压开始设定值和冲压结束设定值冲压开始设定值为

冲压结束设定值为180；A、压力机机械机构内的滑块先采用位置控制器控制，实现向下运动，保证滑块运动的精度；B、当滑块的实际位置达到冲压开始设定值时，系统就由位置控制器控制自动转换为压力控制器控制；C、当滑块的出力与压力设定值模块内的压力设定值出现误差时，伺服电机的转速发生变化，滑块位移也相应发生变化；有如下两种情况：情况一、当转速变大时，滑块位移超调，误差会变负，压力设定值模块内的压力设定值为负，滑块反向运行到设定值；情况二、当转速变小时，滑块位移出现跟踪误差，压力设定值模块内的压力设定值为正,滑块又会运行到设定值；同时滑块的出力得到保证；D、当滑块的实际位置达到冲压结束设定值时，系统就由压力控制器控制自动转换为位置控制器控制,滑块就会以位移控制方式自动退回。

本发明的有益效果是，本发明伺服压力机无压力传感器控制系统及其控制方法，由于采用软件算法的负载观测器取代传统的机械式压力传感器对负载力矩进行辨识，控制系统具有维护简单，成本低，且抗干扰能力强的特点。计算机数控系统的位置、压力复合控制方法对负载具有自适应的能力，既保证了滑块位置运动控制的精度，又提高了滑块加工压力控制的精度，适合于高精度、高力能指标的重型机械场合应用。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为一种伺服压力机的无压力传感器控制装置原理框图；

图2为一种位置和压力并联控制的无压力机传感器位置伺服控制方法原理框图；

图3为一种位置和压力串联控制的无压力机传感器位置伺服控制方法原理框图；

图4为一种位置和压力串并联混合控制的无压力机传感器位置伺服控制方法原理框图。

具体实施方式

实施例1、图1给出了一种伺服压力机的无压力传感器控制装置，包括计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）、速度伺服驱动系统2（基于负载力矩辨识）、伺服电机3、压力机机械机构4、电流传感器5、速度传感器6和位移传感器7。

压力机机械机构4可以是曲柄连杆式、滚珠丝杠式或者以上机械机构的组合（现有的公知技术）。

伺服电机3上设置速度传感器6，压力机机械机构4上设置位移传感器7，速度伺服驱动系统2上设置有负载观测器。

速度伺服驱动系统2与伺服电机3之间通过电源线相互连接，电源线上设置有电流传感器5；计算机数控系统1与速度伺服驱动系统2信号连接，电流传感器5和速度传感器6分别与负载观测器信号连接，负载观测器与计算机数控系统1信号连接，伺服电机3与压力机机械机构4相互连接，位移传感器7与计算机数控系统1信号连接。

本发明的装置在运行的时候，通过供电电网进行供电。

在本发明的系统实际使用的时候，步骤如下：

1、位移传感器7获得压力机机械机构4中滑块的实际位置信号；电流传感器5获得电流信号，速度传感器6获得位置和速度信号；电流传感器5和速度传感器6分别将电流信号和位置/速度信号输入到负载观测器中进行相应的计算，计算后得出压力机机械机构4中滑块的实际负载力矩（实际压力信号）。

2、将以上得出的实际位置信号和实际压力信号分别反馈到计算机数控系统1进行位置、压力的复合控制。

3、通过计算机数控系统1得出最终的控制信号，并把最终的控制信号出入到速度伺服驱动系统2，由速度伺服驱动系统2输出到伺服电机3，由伺服电机3实现最终的控制信号的运行。

本发明中，压力机机械机构4中滑块的实际位置信号由位移传感器7获得，而压力机机械机构4中滑块的实际压力信号由速度伺服系统2中的负载观测器实时辨识（通过电流信号和速度信号）得到，采用软件算法代替了机械式压力传感器进行检测。

本发明的是伺服压力机的无压力传感器控制装置通过计算机数控系统1将位置控制和压力控制相互结合；基于计算机数控系统1有位置和压力串联、并联以及串并联混合控制三种方法。三种方法的实际运行步骤如下：

第一种：

位置和压力并联控制的无压力机传感器位置伺服控制方法，此时的计算机数控系统1包括第一加法器14、第二加法器15、第三加法器16、位置控制器13、压力控制器8、压力/位置切换控制器9和速度给定限幅模块10。第一加法器14分别与位置控制器13和第三加法器16信号连接，位置控制器13与第三加法器16信号连接；第二加法器15与压力控制器8信号连接；第三加法器16和压力控制器8分别与压力/位置切换控制器9信号连接，压力/位置切换控制器9与速度给定限幅模块10信号连接。

在实际使用的时候，压力/位置切换控制器9内设置转换点设定值（转换点设定值包括冲压开始设定值和冲压结束设定值），通过将伺服电机3（电动机轴）的角位移与转换点设定值进行比较，根据比较的结果，有位置控制器13控制伺服电机3和压力控制器8控制伺服电机3两种情况，具体的实现步骤如下：

1、位置控制器13控制伺服电机3空程向下变速运行；

2、位移传感器7实时检测压力机机械机构4中滑块的实际位置信号，并将检测到的实际位置信号输入到压力/位置切换控制器9内；

3、当压力机机械机构4的滑块运动到冲压开始设定值时，通过压力/位置切换控制器9切换为压力控制器8控制，即通过压力控制器8控制伺服电机3运行；

通过以上的3个步骤，可以避免压力机机械机构4的滑块发生过冲，使得本装置具有输出力保护功能；因为压力机机械机构4的压力是靠外负载建立起来的，所以在压力机机械机构4的滑块接触到材料之前，压力机机械机构4的滑块只受惯性力和摩擦阻力作用，而在压力机机械机构4的滑块接触到材料之后，为了保证加工性能，必须实时控制压力机机械机构4的滑块的输出力，所以在压力机机械机构4的滑块接触到材料之后，开始通过压力控制器8控制伺服电机3的运行；

4、当压力机机械机构4的滑块运动到冲压结束设定值时，通过压力/位置切换控制器9切换为位置控制器13控制，压力机机械机构4的滑块空程返回。

位置控制器13采用比例和位置前馈控制相结合的方法，压力控制器8采用比例控制器。压力/位置切换控制器9通过比较位置反馈信号（位移传感器7实时检测到的压力机机械机构4中滑块的实际位置信号）与转换点给定位置（转换点设定值）坐标关系，实现自动切换，转换点设定值如下：冲压开始设定值为

为压力机公称压力角度），冲压结束设定值为180，即实际位置信号在冲压开始设定值和冲压结束设定值的区间内的时候，判断使用压力控制器8控制；实际位置信号在冲压开始设定值和冲压结束设定值的区间外的时候，判断使用位置控制器13控制。

由于伺服压力加工对象不同，冲压行程开始位置不同时，只要改变转换点设定值，系统就能在位置控制器13控制和压力控制器8控制之间自动切换。

以上所述的比例和位置前馈控制的方法均为现有的公知技术。

结合图2，给定具体的信号关系：

位移传感器7检测到压力机机械机构4的滑块的实际位置信号

并将实际位置信号

反馈到计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）；而速度传感器6将伺服电机3（电动机轴）的速度信号反馈到速度伺服驱动系统2的负载观测器中，电流传感器5将电流信号反馈到负载观测器中，负载观测器结合速度信号和电流信号后得出负载力矩信号，即实际压力信号

并将实际压力信号

反馈给计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）；

在计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）内，进行如下的步骤：

1、实际位置信号

输入第一加法器14内；同时，在第一加法器14内输入给定位置信号

第一加法器14将实际位置信号和给定位置信号

进行计算，并将得出的信号（实际位置信号

和给定位置信号

的差值）输入到位置控制器13中计算；

2、位置控制器13将计算结果输入到第三加法器16中，同时，将给定位置信号

进行前馈运算，并将前馈运算后的给定位置信号

输入到第三加法器16中；第三加法器16将两个信号进行相加后得出位置运算的转速输出给定信号

并将位置运算的转速输出给定信号

输入到压力/位置切换控制器9内；

3、实际压力信号

输入到第二加法器15中，同时，输入给定压力信号

到第二加法器15中；第二加法器15将实际压力信号

和给定压力信号

进行计算后，将计算的结果输入到压力控制器8内，通过压力控制器8的计算后得出压力运算的转速输出给定

并将压力运算的转速输出给定

输入到压力/位置切换控制器9内；

4、实际位置信号

输入压力/位置切换控制器9内；

5、压力/位置切换控制器9内设定转换点设定值，转换点设定值如下：冲压开始设定值为

冲压结束设定值为180；通过转换点设定值和实际位置信号

进行比较，就可以得出相应的最终转速给定信号

6、压力/位置切换控制器9将最终转速给定信号

输入到速度给定限幅模块10内，通过速度给定限幅模块10对最终转速给定信号

和速度给定限值进行对比，取小的值输出到速度伺服驱动系统2，再由速度伺服驱动系统2输出到伺服电机3。

第二种：

位置和压力串联控制的无压力机传感器位置伺服控制方法；此时的计算机数控系统1包括第一加法器14、第二加法器15、第三加法器16、位置控制器13、压力控制器8、速度给定限幅模块10和位置控制输出限幅模块11。第一加法器14与位置控制器13信号连接，位置控制器13与第三加法器16信号连接；第三加法器16与位置控制输出限幅模块11信号连接，位置控制输出限幅模块11与第二加法器15信号连接，第二加法器15与压力控制器8信号连接；压力控制器8与速度给定限幅模块10信号连接。

位置控制器13外环、压力控制器8内环组合，压力和位置都是闭环控制。在压力控制器8内设压力定值，位置控制器13内设位置定值；压力控制器8的压力定值通过改变位置控制输出限幅模块11内位置控制输出限幅的大小来改变，控制过程的转换通过位置控制器13内的位置定值来强制执行。

控制过程如下：

先在位置控制器13内设定一个位置定值，同时，设置位置控制输出限幅模块11内的位置控制输出限幅处于最大值，使系统快速运行到指定位置；然后改变位置控制输出限幅模块11内的位置控制输出限幅值为系统所需的压力设定值，再在位置控制器13内设定一较大的位移量，系统就转换为压力控制器8控制。

该控制方法可以限制执行器输出的最大压力值，位置设定信号超限也不至于引起安全事故。

结合图3，给定具体的信号关系：

位移传感器7检测到压力机机械机构4的滑块的实际位置信号

并将实际位置信号

反馈到计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）；而速度传感器6将伺服电机3（电动机轴）的速度信号反馈到速度伺服驱动系统2的负载观测器中，电流传感器5将电流信号反馈到负载观测器中，负载观测器结合速度信号和电流信号后得出负载力矩信号，即实际压力信号

并将实际压力信号

反馈给计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）；

在计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）内，进行如下的步骤：

1、实际位置信号输入第一加法器14内；同时，在第一加法器14内输入给定位置信号

第一加法器14将实际位置信号

和给定位置信号

进行计算，并将得出的信号（实际位置信号

和给定位置信号

的差值）输入到位置控制器13中计算；

2、位置控制器13将计算结果输入到第三加法器16中，同时，将给定位置信号

进行前馈运算，并将前馈运算后的给定位置信号输入到第三加法器16中；第三加法器16将两个信号进行相加后得出位置运算的转速输出给定信号

并将位置运算的转速输出给定信号

输入到位置控制输出限幅模块11内；

3、通过位置控制输出限幅模块11（位置控制输出限幅处于最大值）判定（位置运算的转速输出给定信号

与位置控制输出限幅的最大值对比，取小的数值信号）后得出给定压力信号

4、实际压力信号

输入到第二加法器15中，同时，输入给定压力信号

到第二加法器15中；第二加法器15将实际压力信号

和给定压力信号

进行计算后，将计算的结果输入到压力控制器8内，通过压力控制器8的计算后得出压力运算的转速输出给定

并将压力运算的转速输出给定

输入到速度给定限幅模块10内，通过速度给定限幅模块10对压力运算的转速输出给定

和速度给定限值进行对比，取小的值（即最终转速给定信号

）输出到速度伺服驱动系统2，再由速度伺服驱动系统2输出到伺服电机3。

第三种：

位置和压力串并联混合控制的无压力机传感器位置伺服控制方法，此时的计算机数控系统1包括第一加法器14、第二加法器15、第三加法器16、位置控制器13、压力控制器8、压力/位置切换控制器9、速度给定限幅模块10、位置控制输出限幅模块11和压力设定值模块12。第一加法器14与位置控制器13和第三加法器16信号连接，位置控制器13与第三加法器16信号连接；第三加法器16分别与位置控制输出限幅模块11和压力设定值模块12信号连接，位置控制输出限幅模块11和压力设定值模块12分别与压力/位置切换控制器9信号连接；压力/位置切换控制器9与第二加法器15信号连接，第二加法器15与压力控制器8信号连接；压力控制器8与速度给定限幅模块10信号连接。

位置控制器13的输出端并联两个限幅器（分别为位置控制输出限幅模块11和压力设定值模块12），其中，压力设定值模块12用作压力的设定值，位置控制输出限幅模块11作为位置控制器13输出的饱和限。

压力/位置切换控制器9内设置转换点设定值（转换点设定值包括冲压开始设定值和冲压结束设定值）；压力/位置切换控制器9通过比较实际位置信号与转换点设定值实现自动切换，转换点设定值包括冲压开始设定值和冲压结束设定值冲压开始设定值为

冲压结束设定值为180。

1、压力机机械机构4内的滑块先采用位置控制器13控制，实现向下运动，保证滑块运动的精度；

2、当滑块的实际位置（实际位置信号由位移传感器7实时反馈）达到冲压开始设定值时，系统就由位置控制器13控制自动转换为压力控制器8控制；

3、当滑块的出力（速度伺服系统2中的负载观测器实时反馈）与压力设定值模块12内的压力设定值出现误差时，伺服电机3的转速发生变化，滑块位移也相应发生变化；

有如下两种情况：

情况一、当转速变大时，滑块位移超调，误差会变负，压力设定值模块12内的压力设定值为负，滑块反向运行到设定值（压力设定值模块12内的压力设定值）；

情况二、当转速变小时，滑块位移出现跟踪误差，压力设定值模块12内的压力设定值为正,滑块又会运行到设定值（压力设定值模块12内的压力设定值）；同时滑块的出力得到保证；

4、当滑块的实际位置达到冲压结束设定值时，系统就由压力控制器8控制自动转换为位置控制器13控制,滑块就会以位移控制方式自动退回。

结合图4，给定具体的信号关系：

位移传感器7检测到压力机机械机构4的滑块的实际位置信号

并将实际位置信号

反馈到计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）；而速度传感器6将伺服电机3（电动机轴）的速度信号反馈到速度伺服驱动系统2的负载观测器中，电流传感器5将电流信号反馈到负载观测器中，负载观测器结合速度信号和电流信号后得出负载力矩信号，即实际压力信号

并将实际压力信号

反馈给计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）；

在计算机数控系统1（基于位置、压力复合控制）内，进行如下的步骤：

1、实际位置信号

输入第一加法器14内；同时，在第一加法器14内输入给定位置信号第一加法器14将实际位置信号

和给定位置信号

进行计算，并将得出的信号（实际位置信号

和给定位置信号

的差值）输入到位置控制器13中计算；

2、位置控制器13将计算结果输入到第三加法器16中，同时，将给定位置信号进行前馈运算，并将前馈运算后的给定位置信号

输入到第三加法器16中；第三加法器16将两个信号进行相加后得出位置运算的转速输出给定信号

并将位置运算的转速输出给定信号

分别输入到位置控制输出限幅模块11和压力设定值模块12中；通过位置控制输出限幅模块11内的位置控制输出限幅计算得出位置控制输出

通过压力设定值模块12计算得出压力设定值

3、位置控制输出限幅模块11和压力设定值模块12分别将位置控制输出

和压力设定值输入到压力/位置切换控制器9中；

4、实际位置信号

输入压力/位置切换控制器9内；

5、压力/位置切换控制器9内设定转换点设定值，转换点设定值如下：冲压开始设定值为冲压结束设定值为180；通过转换点设定值和实际位置信号

进行比较，就可以得出相应的给定压力信号

6、实际压力信号输入到第二加法器15中，同时，压力/位置切换控制器9将给定压力信号

输入第二加法器15中，经过第二加法器15的计算后，得出最终转速给定信号

7、第二加法器15将最终转速给定信号

输入到速度给定限幅模块10内，通过速度给定限幅模块10对最终转速给定信号

和速度给定限值进行对比，取小的值输出到速度伺服驱动系统2，再由速度伺服驱动系统2输出到伺服电机3。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.伺服压力机的无压力传感器控制装置，包括伺服电机（3）、压力机机械机构（4）和控制装置；所述伺服电机（3）上设置有速度传感器（6），压力机机械机构（4）上设置有位移传感器（7）；其特征是：所述控制装置包括计算机数控系统（1）和速度伺服驱动系统（2）；所述速度伺服驱动系统（2）上设置有负载观测器；

所述速度伺服驱动系统（2）与伺服电机（3）之间通过电源线相互连接，所述电源线上设置有电流传感器（5）；

所述计算机数控系统（1）与速度伺服驱动系统（2）信号连接，电流传感器（5）和速度传感器（6）分别与负载观测器信号连接，负载观测器与计算机数控系统（1）信号连接，伺服电机（3）与压力机机械机构（4）相互连接，位移传感器（7）与计算机数控系统（1）信号连接。

2.根据权利要求1所述的伺服压力机的无压力传感器控制装置，其特征是：计算机数控系统（1）包括第一加法器（14）、第二加法器（15）、第三加法器（16）、位置控制器（13）、压力控制器（8）、压力/位置切换控制器（9）和速度给定限幅模块（10）；

第一加法器（14）分别与位置控制器（13）和第三加法器（16）信号连接，位置控制器（13）与第三加法器（16）信号连接；第二加法器（15）与压力控制器（8）信号连接；第三加法器（16）和压力控制器（8）分别与压力/位置切换控制器（9）信号连接，压力/位置切换控制器（9）与速度给定限幅模块（10）信号连接。

3.根据权利要求1所述的伺服压力机的无压力传感器控制装置，其特征是：计算机数控系统（1）包括第一加法器（14）、第二加法器（15）、第三加法器（16）、位置控制器（13）、压力控制器（8）、速度给定限幅模块（10）和位置控制输出限幅模块（11）；

第一加法器（14）与位置控制器（13）信号连接，位置控制器（13）与第三加法器（16）信号连接；第三加法器（16）与位置控制输出限幅模块（11）信号连接，位置控制输出限幅模块（11）与第二加法器（15）信号连接，第二加法器（15）与压力控制器（8）信号连接；压力控制器（8）与速度给定限幅模块（10）信号连接。

4.根据权利要求1所述的伺服压力机的无压力传感器控制装置，其特征是：计算机数控系统（1）包括第一加法器（14）、第二加法器（15）、第三加法器（16）、位置控制器（13）、压力控制器（8）、压力/位置切换控制器（9）、速度给定限幅模块（10）、位置控制输出限幅模块（11）和压力设定值模块（12）；

第一加法器（14）与位置控制器（13）和第三加法器（16）信号连接，位置控制器（13）与第三加法器（16）信号连接；第三加法器（16）分别与位置控制输出限幅模块（11）和压力设定值模块（12）信号连接，位置控制输出限幅模块（11）和压力设定值模块（12）分别与压力/位置切换控制器（9）信号连接；压力/位置切换控制器（9）与第二加法器（15）信号连接，第二加法器（15）与压力控制器（8）信号连接；压力控制器（8）与与速度给定限幅模块（10）信号连接。

5.伺服压力机的无压力传感器控制装置的控制方法，其特征是：A、位移传感器（7）获得压力机机械机构（4）中滑块的实际位置信号；

B、电流传感器（5）获得电流信号，速度传感器（6）获得速度信号；

C、电流传感器（5）和速度传感器（6）分别将电流信号和速度信号输入到负载观测器中进行相应的计算，计算后得出压力机机械机构（4）中滑块的实际压力信号；

D、通过计算机数控系统（1）得出最终的控制信号，并把最终的控制信号出入到速度伺服驱动系统（2），由速度伺服驱动系统（2）输出到伺服电机（3），由伺服电机（3）实现最终的控制信号的运行。

6.根据权利要求5所述的伺服压力机的无压力传感器控制方法，其特征是：压力/位置切换控制器（9）内设置转换点设定值，所述转换点设定值包括冲压开始设定值和冲压结束设定值，通过将伺服电机（3）的角位移与转换点设定值进行比较，根据比较的结果，有位置控制器（13）控制伺服电机（3）和压力控制器（8）控制伺服电机（3）两种情况：

A、位置控制器（13）控制伺服电机（3）空程向下变速运行；

B、位移传感器（7）实时检测压力机机械机构（4）中滑块的实际位置信号，并将检测到的实际位置信号输入到压力/位置切换控制器（9）内；

C、当压力机机械机构（4）的滑块运动到冲压开始设定值时，通过压力/位置切换控制器（9）切换为压力控制器（8）控制，即通过压力控制器（8）控制伺服电机（3）运行；

D、当压力机机械机构（4）的滑块运动到冲压结束设定值时，通过压力/位置切换控制器（9）切换为位置控制器（13）控制，压力机机械机构（4）的滑块空程返回。

7.根据权利要求5所述的伺服压力机的无压力传感器控制方法，其特征是：位置控制器（13）外环、压力控制器（8）内环组合，在压力控制器（8）内设压力定值，位置控制器（13）内设位置定值；压力控制器（8）的压力定值通过改变位置控制输出限幅模块（11）内位置控制输出限幅的大小来改变，控制过程的转换通过位置控制器（13）内的位置定值来强制执行；

控制过程如下：

先在位置控制器（13）内设定一个位置定值，同时，设置位置控制输出限幅模块（11）内的位置控制输出限幅处于最大值，使系统快速运行到指定位置；然后改变位置控制输出限幅模块（11）内的位置控制输出限幅值为系统所需的压力设定值，再在位置控制器（13）内设定一较大的位移量，系统就转换为压力控制器（8）控制。

8.根据权利要求5所述的伺服压力机的无压力传感器控制方法，其特征是：位置控制器（13）的输出端并联两个限幅器，所述压力设定值模块（12）用作压力的设定值，位置控制输出限幅模块（11）作为位置控制器（13）输出的饱和限；

压力/位置切换控制器（9）内设置转换点设定值；压力/位置切换控制器（9）通过比较实际位置信号与转换点设定值实现自动切换，转换点设定值包括冲压开始设定值和冲压结束设定值冲压开始设定值为

冲压结束设定值为180；

A、压力机机械机构（4）内的滑块先采用位置控制器（13）控制，实现向下运动，保证滑块运动的精度；

B、当滑块的实际位置达到冲压开始设定值时，系统就由位置控制器（13）控制自动转换为压力控制器（8）控制；

C、当滑块的出力与压力设定值模块（12）内的压力设定值出现误差时，伺服电机（3）的转速发生变化，滑块位移也相应发生变化；

有如下两种情况：

情况一、当转速变大时，滑块位移超调，误差会变负，压力设定值模块（12）内的压力设定值为负，滑块反向运行到设定值；

情况二、当转速变小时，滑块位移出现跟踪误差，压力设定值模块（12）内的压力设定值为正,滑块又会运行到设定值；同时滑块的出力得到保证；

D、当滑块的实际位置达到冲压结束设定值时，系统就由压力控制器（8）控制自动转换为位置控制器（13）控制,滑块就会以位移控制方式自动退回。

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