CN106825353A - 一种多压机共用模具加工的控制方法 - Google Patents

一种多压机共用模具加工的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多压机共用模具加工的控制方法，步骤包括：根据待加工工件的尺寸规划设定相应数量和规格的子压机，再将各子压机安装在同一锻压模具上；根据锻压工艺参数设定整体锻压曲线，按照整体锻压曲线对各子压机进行并联同步控制，并对各子压机的实时锻压位置进行跟踪监测，再利用模糊控制策略对各子压机的同步偏差量进行纠正。该多压机共用模具加工的控制方法解决了多压机间同步高性能差的问题，在实现高精度成型件加工的同时，延长模具及机床本体的使用寿命。

Description

一种多压机共用模具加工的控制方法
技术领域
本发明涉及一种压机控制方法，尤其是一种多压机共用模具加工的控制方法。
背景技术
锻压制造领域，随着成型件尺寸及其复杂度的增加，对压机的台面尺寸、吨位及控制性能等都提出了越来越高的要求，大台面压机如何实现在大质量负载条件下高水平精度是锻压行业中的一个难题，如单缸驱动型压机几乎无法通过控制策略来弥补因压机本体机械精度或偏载压制等原因造成的加工误差。
利用多压机组合共用模具的形式来实现大尺寸成型件的加工，可在一定程度上解决上述问题，但如何保证多压机特别是较大偏载下的同步性能，提高加工精度，延长模具及机床本体的使用寿命，是控制策略急待解决的难题。
目前，针对多缸同步技术的研究已取得了很大发展，如针对双缸的交叉耦合算法，针对多缸的主从、均值等同步算法，该类方法实现相对简单，且方便调试，但因增益固定很难满足变负载工况；还有一些研究集中在自适应控制，模糊控制，神经网络等智能控制领域，其中一些仅提供了较好的跟踪性能，但对多轴间的同步调节作用较小，纠偏能力不足；有的则依赖系统精确的数学模型，计算量大，不利于工程实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的大尺寸成型件加工中对压机台面尺寸及压机吨位存在限制，且在进行多压机间同步控制时精度低。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多压机共用模具加工的控制方法，步骤包括：
步骤1，根据待加工工件的尺寸规划设定相应数量和规格的子压机，再将各子压机安装在同一锻压模具上；
步骤2，根据锻压工艺参数设定整体锻压曲线，按照整体锻压曲线对各子压机进行并联同步控制，并对各子压机的实时锻压位置进行跟踪监测，再利用模糊控制策略对各子压机的同步偏差量进行纠正。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中的整体锻压曲线为S曲线、高阶曲线或由多个控制点确定的样条曲线。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中采用PID反馈控制、迭代学习或自适应控制方法对各个子压机的实时锻压位置进行跟踪监测。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中的锻压工艺参数包括各工艺段的运行距离Targ Pos、运行速度Targ Vel以及运行时间Tr。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中对各个子压机的实时锻压位置进行跟踪监测获得各子压机的跟踪误差为：
PosErr(i)＝CmdPos-ActPos(i)
式中，ActPos(i)为第i台子压机的实际位置反馈，CmdPos为按照整体锻压曲线确定的指令位置。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中各子压机的同步偏差量的计算公式为：
Offset(i)＝PosErr(i)-MeanPosErr
式中，为各子压机的平均跟踪误差。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中的整体锻压曲线为五阶曲线，具体公式为：
CmdPos＝Targ Pos*(6*(t/Tr)^5-15*(t/Tr)^4+10*(t/Tr)^3)
式中，CmdPos为按照整体锻压曲线确定的指令位置，TargPos为运行距离，t为时间，Tr为运行时间。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中采用PID反馈控制对各子压机的实时锻压位置进行跟踪监测的具体公式为：
CmdFolOut＝PosErr*Kp+PosErrD*Kd+PosErrI*Ki+CmdVel*Kvff+CmdAcc*Kaff
式中，CmdFolOut为位置跟踪最终输出值，CmdVel为整体锻压曲线的指令速度，CmdAcc为整体锻压曲线的指令加速度，PosErr为跟踪误差，PosErrD为跟踪误差的微分，PosErrI为跟踪误差的积分，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益，Kvff为速度前馈增益，Kaff为加速度前馈增益。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中的模糊控制策略整定同步增益的表达式为：
Ksp(n)＝Ksp(n-1)+γp*ΔKsp
Ksi(n)＝Ksi(n-1)+γi*ΔKsi
Ksd(n)＝Ksd(n-1)+γd*ΔKsd
式中，n为第n次采样周期，Ksp为同步比例增益，Ksd为同步微分增益，Ksi为同步积分增益，Δ为取差分运算，γp、γi和γd为校正速度量，得到的同步增益的模糊规则表为：
表中，Offset为各子压机间的同步偏差，ΔOffset为同步偏差变化率，由Offset差分所得，N、Z和P分别为模糊论域中的“负”、“零”和“正”概念；
最终得到的同步补偿输出为：
CmdSynOut＝Offset*Ksp+OffsetD*Ksd+OffsetI*Ksi
式中，CmdSynOut为最终同步补偿输出，OffsetD为Offset的微分，OffsetI为Offset的积分，于是经过模糊控制策略控制后各子压机的实时锻压指令位置最终输出为：
CmdOut＝CmdFolOut+CmdSynOut
式中，CmdFolOut为位置跟踪最终输出值。
本发明的有益效果在于：采用多个子压机共同驱动模具的形式，对各子压机采用并联同步控制，即采用同一整体锻压曲线规划，利用位置闭环算法确保各子压机良好的跟踪性能，对同步增益采用模糊控制的策略，取代传统同步控制中固定增益的做法，提高偏载过程中纠偏能力，增强系统鲁棒性。
附图说明
图1为本发明的多压机共用模具结构的示意图；
图2为本发明的整体锻压曲线规划示意图；
图3为本发明的采用的PID反馈控制补偿算法；
图4为本发明的带模糊控制的交叉耦合同步算法；
图5为本发明的同步补偿输出计算的流程图。
图中:1、上板，2、导柱，3、中板，4、上模，5、下模，6、底板，7、底座。
具体实施方式
结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步说明。
本发明核心不仅在于提出了多压机共用模具的这种方法，同时解决了多压机间同步高性能要求的问题，在实现高精度成型件加工的同时，延长模具及机床本体的使用寿命。
本发明具体实现步骤如下：
(a)针对成型工件及其加工模具要求，结合已有资源，并根据具体工艺，确定子压机总个数I，搭建整套系统；
(b)根据实施工艺，确定各工艺段的运行距离TargPos，运行效率，包括运行速度Targ Vel或运行时间Tr。采用并联控制方法，对系统进行整体曲线规划，产生跟踪的指令位置CmdPos，并应用于全部子压机。
(c)设计位置跟踪控制算法，保证子压机各自良好的跟踪性能；算法关键参数各压机跟踪误差PosErr(i)＝CmdPos-ActPos(i)，其中ActPos(i)为第i台压机的实际位置反馈。
(d)获取各压机同步偏差，针对两压机系统，Offset＝PosErr(1)-PosErr(0)，针对多压机系统，Offset(i)＝PosErr(i)-MeanPosErr，其中各压机平均跟踪误差为：
根据上述关键参数，引入模糊控制，对同步增益进行优化，提高系统纠偏能力，增强系统鲁棒性。
其中步骤(a)通常需多领域联合论证完成，步骤(b)(c)(d)可由单一控制平台完成也可由多控制平台交互完成。
如图1所示，本发明的多压机共用模具加工的控制方法在具体实施时，采用两台子压机来对待加工工件进行共用模具加工，其中，子压机1为1000T压机，子压机2为2000T压机，两者共用驱动模具完成卡车载重梁工件的3000T成型压制，子压机由上板1、导柱2、中板3、上模4、下模5、底板6以及底座7构成。
如图2所示，为针对整套系统规划的整体锻压曲线，实施例中采用五阶曲线，其公式如下：
CmdPos＝TargPos*(6*(t/Tr)^5-15*(t/Tr)^4+10*(t/Tr)^3)
其中，CmdPos为跟踪的指令位置，TargPos为运行距离，t为时间，Tr为运行时间。实施例中目标位置设置为10000个脉冲，上升时间设置为1秒。
如图3所示，为实施例中采用的PID前馈+反馈的经典控制方法，用于确保各子压机在运行过程良好的跟踪性能，由图可知：
CmdFolOut＝PosErr*Kp+PosErrD*Kd+PosErrI*Ki+CmdVel*Kvff+CmdAcc*Kaff
其中，CmdFolOut为位置跟踪算法最终输出，CmdVel为规划曲线的指令速度，CmdAcc为规划曲线的指令加速度，PosErr为跟踪误差，PosErrD为跟踪误差的微分，PosErrI为跟踪误差的积分；Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益，Kvff为速度前馈增益，Kaff为加速度前馈增益。
如图4所示，为同步增益引入模糊控制思想的交叉耦合控制框图，其中，Offset为两压机间同步偏差，ΔOffset为同步偏差变化率，由Offset差分所得。由图可知，本发明对传统固定同步增益进行了优化，引入了模糊控制的思想。
考虑到系统采样时间或反馈精度的限制，若偏差变化率的分辨率较差或引入了较大扰动，可采用滤波或以采集时间整数倍的形式对偏差进行差分运算来获得平滑的偏差变化率。
由模糊逻辑整定同步增益的表达式为：
Ksp(n)＝Ksp(n-1)+γp*ΔKsp
Ksi(n)＝Ksi(n-1)+γi*ΔKsi
Ksd(n)＝Ksd(n-1)+γd*ΔKsd
其中，n为第n次采样周期，Ksp为同步比例增益，Ksd为同步微分增益，Ksi为同步积分增益，Δ为取差分运算，γp、γi、γd为校正速度量，随着校正次数的增加，其值将减小，在实际应用中，为简便起见，可设置为常值。有上述可知，同步增益参数在线实时修改，且等于当前参数与模糊推理得出的控制器参数增量加权和构成。本发明给出了根据同步偏差及其偏差变化率得到的同步增益的模糊规则表，如表1所示。
表1同步增益模糊规则表
其中，N、Z、P分别为模糊论域中的“负”、“零”和“正”概念。
如图5所示，为引入模糊控制思想的最终同步补偿计算的软件流程图。其中计算Ksp、Ksi、Ksd通常使用最大隶属度平均法或中位数法等。最终同步补偿输出计算结合图4可表示为：
CmdSynOut＝Offset*Ksp+OffsetD*Ksd+OffsetI*Ksi
其中，CmdSynOut为最终同步补偿输出，OffsetD为Offset的微分，OffsetI为Offset的积分。
最终系统输出CmdOut可表示为：CmdOut＝CmdFolOut+CmdSynOut
由此可见，本发明不仅提出了这种多压机共用模具的方法，还给出了实现各压机高性能同步要求的控制策略，将模糊控制的思想引入到优化同步增益中去，解决了传统固定同步增益无法较好适应变负载工况的问题，为锻压行业大工件加工中整体方案的制定提供了新的思路，具有一定的现实意义。

Claims (9)

1.一种多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1，根据待加工工件的尺寸规划设定相应数量和规格的子压机，再将各子压机安装在同一锻压模具上；
步骤2，根据锻压工艺参数设定整体锻压曲线，按照整体锻压曲线对各子压机进行并联同步控制，并对各子压机的实时锻压位置进行跟踪监测，再利用模糊控制策略对各子压机的同步偏差量进行纠正。
2.根据权利要求1所述的多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤2中的整体锻压曲线为S曲线、高阶曲线或由多个控制点确定的样条曲线。
3.根据权利要求1所述的多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤2中采用PID反馈控制、迭代学习或自适应控制方法对各子压机的实时锻压位置进行跟踪监测。
4.根据权利要求1所述的多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤2中的锻压工艺参数包括各工艺段的运行距离T arg Pos、运行速度T arg Vel以及运行时间Tr等。
5.根据权利要求1所述的多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤2中对各子压机的实时锻压位置进行跟踪监测获得各子压机的跟踪误差为：
PosErr(i)＝CmdPos-ActPos(i)
式中，ActPos(i)为第i台子压机的实际位置反馈，CmdPos为按照整体锻压曲线确定的指令位置。
6.根据权利要求1所述的多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤2中各子压机的同步偏差量的计算公式为：
Offset(i)＝PosErr(i)-MeanPosErr
式中，为各个子压机的平均跟踪误差。
7.根据权利要求2所述的多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤2中的整体锻压曲线包括五阶曲线，具体公式为：
CmdPos＝T arg Pos*(6*(t/Tr)^5-15*(t/Tr)^4+10*(t/Tr)^3)
式中，CmdPos为按照整体锻压曲线确定的指令位置，T arg Pos为运行距离，t为时间，Tr为运行时间。
8.根据权利要求3所述的多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤2中采用PID反馈控制对各子压机的实时锻压位置进行跟踪监测的具体公式为：
CmdFolOut＝PosErr*Kp+PosErrD*Kd+PosErrI*Ki+CmdVel*Kvff+CmdAcc*Kaff
式中，CmdFolOut为位置跟踪最终输出值，CmdVel为整体锻压曲线的指令速度，CmdAcc为整体锻压曲线的指令加速度，PosErr为跟踪误差，PosErrD为跟踪误差的微分，PosErrI为跟踪误差的积分，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益，Kvff为速度前馈增益，Kaff为加速度前馈增益。
9.根据权利要求1所述的多压机共用模具加工的控制方法，其特征在于，步骤2中的模糊控制策略整定同步增益的表达式为：
Ksp(n)＝Ksp(n-1)+γp*ΔKsp
Ksi(n)＝Ksi(n-1)+γi*ΔKsi
Ksd(n)＝Ksd(n-1)+γd*ΔKsd
式中，n为第n次采样周期，Ksp为同步比例增益，Ksd为同步微分增益，Ksi为同步积分增益，Δ为取差分运算，γp、γi和γd为校正速度量，得到的同步增益的模糊规则表为：
表中，Offset为各子压机间的同步偏差，ΔOffset为同步偏差变化率，由Offset差分所得，N、Z和P分别为模糊论域中的“负”、“零”和“正”概念；
最终得到的同步补偿输出为：
CmdSynOut＝Offset*Ksp+OffsetD*Ksd+OffsetI*Ksi
式中，CmdSynOut为最终同步补偿输出，OffsetD为Offset的微分，OffsetI为Offset的积分，于是经过模糊控制策略控制后各个子压机的实时锻压指令位置最终输出为：
CmdOut＝CmdFolOut+CmdSynOut
式中，CmdFolOut为位置跟踪最终输出值。
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Patentee after: Nanjing aisidun Intelligent Systems Engineering Co. Ltd.

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Patentee before: Nanjing Estun Automation Co., Ltd.

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