CN105955201A - 一种精冲机液压伺服定位控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精冲机液压伺服定位控制方法及系统，方法包括：步骤S1，分时分段控制输入精冲机的滑块的理想位置信号；步骤S2，精冲机的滑块根据理想位置信号进行移动，获取滑块的实际位置信号；步骤S3，对理想位置信号和实际位置信号进行模数转换，获取滑块的位置偏差值；步骤S4，将位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对精冲机进行控制，PID控制器或PI控制器与精冲机形成闭环控制系统。本发明有益效果：采用PID控制器与PI控制器协同控制，实现了系统快速响应与高精度的定位控制，降低了振动噪声，延长了模具使用寿命，提高了模具制作效率。

Description

一种精冲机液压伺服定位控制方法及系统

技术领域

本发明涉及精冲机液压控制技术领域，尤其涉及一种精冲机液压伺服定位控制方法及系统。

背景技术

精冲技术是从普通冲压技术发展而来的精密冲裁方法，能使板料一次冲压成型。相比于传统精冲技术，精冲得到的零件尺寸精度更高、断面质量好、互换性好。比传统冲压工艺更有优势地，精冲技术广泛应用于汽车行业、航空航天、家电、办公机械等领域。而且，精冲机吨位不断增加，精冲零件更加多种多样且愈来愈精密复杂，以及模具保护、系统工作可靠性等方面都对液压精冲机的精确定位提出了更高的要求。

液压精冲机对定位精度要求十分苛刻，如果在模具保护系统废料检测阶段位置定位不准，则很容易造成检测不出有废料而带废料冲裁，从而造成模具损伤；由于没有废料而导致的故障停机也可能严重影响工作效率。同时，冲裁切换时定位不精确会使零件产生毛刺，从而影响零件成形质量。可见液压精冲机位置的精确定位对系统可靠性至关重要。

传统的液压精冲机一般采用PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)实现定位控制，此系统用于液压精冲机存在很多难以克服缺点与弊端。其一，难以保证上死点的位置精度；其二，换向以及速度切换冲击大容易产生振动噪声；其三，容易使工件产生毛刺等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有精冲机定位存在的上述不足，提供一种精冲机液压伺服定位控制方法及系统，采用PID控制器与PI控制器协同控制，实现了统快速响应与高精度的定位控制。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种精冲机液压伺服定位控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，分时分段控制输入精冲机的滑块的理想位置信号；

步骤S2，精冲机的滑块根据所述理想位置信号进行移动，通过位置传感器获取滑块的实际位置信号；

步骤S3，对所述理想位置信号和所述实际位置信号进行模数转换，获取滑块的位置偏差值；

步骤S4，将所述位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对精冲机进行控制，所述PID控制器或所述PI控制器与所述精冲机形成闭环控制系统。

优选的，所述步骤S3中，所述滑块的位置偏差值为进行模数转换后的所述理想位置信号与所述实际位置信号之差的绝对值。

优选的，所述步骤S4具体包括：

步骤S41，将所述位置偏差值与预设阈值进行比较：

若所述位置偏差值大于或等于所述预设阈值，则转至步骤S42；

若所述位置偏差值小于所述预设阈值，则转至步骤S43；

步骤S42，选择PID控制器对所述精冲机进行控制，所述PID控制器与所述精冲机形成闭环控制系统；

步骤S43，选择PI控制器对所述精冲机进行控制，所述PI控制器与所述精冲机形成闭环控制系统。

优选的，所述PID控制器与所述PI控制器为并联关系。

本发明还提供一种适用于上述精冲机液压伺服定位控制方法的精冲机液压伺服定位控制系统，其中，包括：

输入模块，用于分时分段控制输入精冲机的滑块的理想位置信号；

第一获取模块，用于通过位置传感器获取所述滑块的实际位置信号；

数据处理系统，用于对所述理想位置信号和所述实际位置信号进行模数转换，获取所述滑块的位置偏差值，并将所述位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对所述精冲机进行控制；

PID控制器或PI控制器，用于对精冲机进行PID或PI控制；

其中，输入模块的输出端分别与数据处理系统的输入端以及PID控制器或PI控制器的输入端连接，精冲机的滑块的实际位置信号通过第一获取模块负反馈至数据处理系统的输入端以及PID控制器或PI控制器的输入端，PID控制器或PI控制器的输出端经数据处理系统与精冲机连接，整体形成控制精冲机的滑块的实际位置信号的闭环控制系统。

优选的，所述滑块的位置偏差值为进行模数转换后的所述理想位置信号与所述实际位置信号之差的绝对值。

优选的，所述数据处理系统包括：

第二获取模块，用于对所述理想位置信号和所述实际位置信号进行模数转换，获取所述滑块的位置偏差值；

选择模块，用于将所述位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对所述精冲机进行控制；

其中，输入模块的输出端和第一获取模块的输出端分别与第二获取模块的输入端连接，第二获取模块的输出端与选择模块的输入端连接。

优选的，所述选择模块包括：

比较部件，用于将所述位置偏差值与预设阈值进行比较；

PID控制部件，用于当所述位置偏差值大于或等于所述预设阈值时选择PID控制器对所述精冲机进行PID控制；

PI控制部件，用于当所述位置偏差值小于所述预设阈值时选择PI控制器对所述精冲机进行PI控制；

其中，比较部件的输入端与第二获取模块的输出端连接，比较部件的输出端分别与PID控制部件、PI控制部件的输入端连接，PID控制器或PI控制器分别经PID控制部件、PI控制部件与精冲机连接。

上述技术方案的有益效果：提供一种精冲机液压伺服定位控制方法及系统，采用PID控制器与PI控制器协同控制，实现了系统快速响应与高精度的定位控制，不仅降低了换向以及速度切换冲击，而且降低了振动噪声，延长了模具使用寿命，提高了模具制作效率。

附图说明

图1为本发明精冲机液压伺服定位控制方法流程示意图；

图2为图1中步骤S4的分步骤流程示意图；

图3为本发明精冲机液压伺服定位控制方法信号处理示意图；

图4为本发明实施例中精冲机液压伺服定位控制系统结构示意图；

图5为本发明精冲机液压伺服定位控制方法的工作原理示意图；

图中1-输入模块，2-第一获取模块，3-数据处理系统，31-第二获取模块，32-选择模块，321-比较部件，322-PID控制部件，323-PI控制部件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，提供一种精冲机液压伺服定位控制方法，适用于精冲机，其流程如图1所示，包括：

步骤S1，分时分段控制输入精冲机的滑块的理想位置信号r；

步骤S2，精冲机的滑块根据理想位置信号r进行移动，通过位置传感器获取滑块的实际位置信号y；

步骤S3，对理想位置信号r和实际位置信号y进行模数转换，获取滑块的位置偏差值e；滑块的位置偏差值为进行模数转换后的理想位置信号与实际位置信号之差的绝对值；

步骤S4，将位置偏差值e与一预设阈值e₀进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对精冲机进行控制，PID控制器或PI控制器与精冲机形成闭环控制系统。

如图2所示，步骤S4具体包括：

步骤S41，将位置偏差值e与预设阈值e₀进行比较：

若位置偏差值e大于或等于预设阈值e₀，则转至步骤S42；

若位置偏差值e小于预设阈值e₀，则转至步骤S43；

步骤S42，选择PID控制器对精冲机进行控制，PID控制器与精冲机形成闭环控制系统；

步骤S43，选择PI控制器对精冲机进行控制，PI控制器与精冲机形成闭环控制系统。

如图3所示，首先，用户向精冲机输入理想的位置信号r，然后，精冲机的滑块根据输入信号r进行移动，通过位置传感器获取到滑块的实际的位置信号y，然后，通过数据处理系统对理想位置信号r和实际位置信号y进行模数转换，得到理想位置值和实际位置值，取两者的差值的绝对值，即滑块的位置偏差值e，最后，将位置偏差值e与一预设阈值e₀进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对精冲机进行控制，PID控制器或PI控制器与精冲机形成闭环控制系统，闭环控制系统(closed-loop controlsystem)是指被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输入，形成一个或多个闭环。

PID(proportion-integral-derivative，比例-积分-导数)控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。PID控制器保证了系统的快速响应。PI(proportional integral controller，比例积分控制)控制器一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例(P)和积分(I)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PI控制器兼顾快速性的同时减小或者消除静差，提高定位精度。PID控制器与PI控制器的协同控制实现了简单可靠的控制结构、快速响应、较小静态误差以及良好动态稳定性。

PID控制器与PI控制器为并联关系。

如图4所示，本发明精冲机液压伺服定位控制系统包括：

输入模块1，用于分时分段控制输入精冲机的滑块的理想位置信号；

第一获取模块2，用于通过位置传感器获取滑块的实际位置信号；

数据处理系统3，用于对理想位置信号和实际位置信号进行模数转换，获取滑块的位置偏差值，并将位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对精冲机进行控制；

PID控制器或PI控制器，用于对精冲机进行PID或PI控制；

其中，输入模块1的输出端分别与数据处理系统3的输入端以及PID控制器或PI控制器的输入端连接，精冲机的滑块的实际位置信号通过第一获取模块2负反馈至数据处理系统3的输入端以及PID控制器或PI控制器的输入端，PID控制器或PI控制器的输出端经数据处理系统3与精冲机连接，整体形成控制精冲机的滑块的实际位置信号的闭环控制系统。

数据处理系统3包括：

第二获取模块31，用于对理想位置信号和实际位置信号进行模数转换，获取滑块的位置偏差值；

选择模块32，用于将位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对精冲机进行控制，使得PID控制器或PI控制器与精冲机形成闭环控制系统；

其中，输入模块1的输出端和第一获取模块2的输出端分别与第二获取模块31的输入端连接，第二获取模块31的输出端与选择模块32的输入端连接。

本发明的较佳的实施例中，选择模块32包括：

比较部件321，用于将位置偏差值与预设阈值进行比较；

PID控制部件322，用于当位置偏差值大于或等于预设阈值选择PID控制器对精冲机进行控制；

PI控制部件323，用于当位置偏差值小于预设阈值时选择PI控制器对精冲机进行控制；

其中，比较部件321的输入端与第二获取模块31的输出端连接，比较部件321的输出端分别与PID控制部件322、PI控制部件323的输入端连接，PID控制器或PI控制器分别经PID控制部件322、PI控制部件323与精冲机连接。

PID控制部件包括PID控制器和PID控制开关，PI控制部件包括PI控制器和PI控制开关，当比较部件确定位置偏差值大于或等于预设阈值时，PID控制开关打开，当比较部件确定位置偏差值小于预设阈值时，PI控制开关打开。

在本发明的一个具体的实施例中，如图5所示，输入的理想位置信号r为0.3m，实际位置信号y为0.25m，获取的位置偏差值e为0.05m，预设阈值e₀为0.04m，位置偏差值e大于预设阈值e₀，此时选择PID控制器对精冲机进行控制，保证系统快速响应，提高效率。

在本发明的另一个具体的实施例中，输入的理想位置信号r为0.3m，实际位置信号y为0.29m，获取的位置偏差值e为0.01m，预设阈值e₀为0.04m，位置偏差值e小于预设阈值e₀，此时选择PI控制器对精冲机进行控制，提高定位精度，提升稳定性。经模拟分析结果表明系统的控制精度可达0.01mm，说明该系统大大提高了控制精度。

本发明的控制方法结构简单、成熟稳定，能够实现系统快速响应与高精度的定位控制；快速精确定位，保证了模具保护可靠性，保证了精冲机动作连续性与可靠性；提高了生产率；易于实现自动化、智能化控制。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种精冲机液压伺服定位控制方法，适用于精冲机，其特征在于，包括：

步骤S1，分时分段控制输入精冲机的滑块的理想位置信号；

步骤S2，精冲机的滑块根据所述理想位置信号进行移动，通过位置传感器获取滑块的实际位置信号；

步骤S3，对所述理想位置信号和所述实际位置信号进行模数转换，获取滑块的位置偏差值；

步骤S4，将所述位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对精冲机进行控制，所述PID控制器或所述PI控制器与所述精冲机形成闭环控制系统。

2.如权利要求1所述的精冲机液压伺服定位控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述滑块的位置偏差值为进行模数转换后的所述理想位置信号与所述实际位置信号之差的绝对值。

3.如权利要求1所述的精冲机液压伺服定位控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S41，将所述位置偏差值与预设阈值进行比较：

若所述位置偏差值大于或等于所述预设阈值，则转至步骤S42；

若所述位置偏差值小于所述预设阈值，则转至步骤S43；

步骤S42，选择PID控制器对所述精冲机进行控制，所述PID控制器与所述精冲机形成闭环控制系统；

步骤S43，选择PI控制器对所述精冲机进行控制，所述PI控制器与所述精冲机形成闭环控制系统。

4.如权利要求1所述的精冲机液压伺服定位控制方法，其特征在于，所述PID控制器与所述PI控制器为并联关系。

5.一种适用于上述权利要求1～4任一项所述的精冲机液压伺服定位控制方法的精冲机液压伺服定位控制系统，其特征在于，包括：

输入模块，用于分时分段控制输入精冲机的滑块的理想位置信号；

第一获取模块，用于通过位置传感器获取所述滑块的实际位置信号；

数据处理系统，用于对所述理想位置信号和所述实际位置信号进行模数转换，获取所述滑块的位置偏差值，并将所述位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对所述精冲机进行控制；

PID控制器或PI控制器，用于对精冲机进行PID或PI控制；

其中，输入模块的输出端分别与数据处理系统的输入端以及PID控制器或PI控制器的输入端连接，精冲机的滑块的实际位置信号通过第一获取模块负反馈至数据处理系统的输入端以及PID控制器或PI控制器的输入端，PID控制器或PI控制器的输出端经数据处理系统与精冲机连接，整体形成控制精冲机的滑块的实际位置信号的闭环控制系统。

6.如权利要求5所述的精冲机液压伺服定位控制系统，其特征在于，所述滑块的位置偏差值为进行模数转换后的所述理想位置信号与所述实际位置信号之差的绝对值。

7.如权利要求5所述的精冲机液压伺服定位控制系统，其特征在于，所述数据处理系统包括：

第二获取模块，用于对所述理想位置信号和所述实际位置信号进行模数转换，获取所述滑块的位置偏差值；

选择模块，用于将所述位置偏差值与一预设阈值进行比较，根据比较结果选择PID控制器或PI控制器对所述精冲机进行控制；

其中，输入模块的输出端和第一获取模块的输出端分别与第二获取模块的输入端连接，第二获取模块的输出端与选择模块的输入端连接。

8.如权利要求7所述的精冲机液压伺服定位控制系统，其特征在于，所述选择模块包括：

比较部件，用于将所述位置偏差值与预设阈值进行比较；

PID控制部件，用于当所述位置偏差值大于或等于所述预设阈值时选择PID控制器对所述精冲机进行PID控制；

PI控制部件，用于当所述位置偏差值小于所述预设阈值时选择PI控制器对所述精冲机进行PI控制；

其中，比较部件的输入端与第二获取模块的输出端连接，比较部件的输出端分别与PID控制部件、PI控制部件的输入端连接，PID控制器或PI控制器分别经PID控制部件、PI控制部件与精冲机连接。