CN110142997B - 一种多连杆伺服压力机运动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了伺服控制技术领域的一种多连杆伺服压力机运动控制方法及系统，旨在解决现有技术中多连杆机构在加工过程中因承受巨大压力而产生变形，使杆件长度较理想长度略有缩短，从而影响滑块位移到曲轴转角的运动转换关系，进而影响运动控制精度的技术问题。所述方法包括如下步骤：采集多连杆机构加工过程中杆件承受压力和滑块实际位置；根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度；根据杆件承受压力和等效刚度提取误差主动补偿策略；根据误差主动补偿策略输出控制信号。

Description

一种多连杆伺服压力机运动控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种多连杆伺服压力机运动控制方法及系统，属于伺服控制技术领域。

背景技术

多连杆机构在工业生产制造中应用广泛。多连杆机构在加工过程中因承受巨大压力而产生变形，使杆件长度较理想长度略有缩短，从而影响滑块位移到曲轴转角的运动转换关系，进而影响运动控制精度。

如图2所示，是现有技术中多连杆机构杆件变形对曲柄转角影响示意图，多连杆机构实线部分为杆件未变形，滑块到达预定位置时多连杆机构的空间状态；多连杆机构虚线部分为杆件产生变形，滑块到达预定位置时多连杆机构的空间状态。可以看出，曲轴转角存在角度误差Δθ，滑块位置存在变形量Δy。现有技术中以传感器监测的滑块位置为闭环控制的反馈输入，由于杆件变形会对滑块位置与曲轴转角的运动转换关系造成影响，使得实际曲轴转角和理论曲轴转角存在一定误差，影响控制效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种多连杆伺服压力机运动控制方法，包括如下步骤：

采集多连杆机构加工过程中杆件承受压力和滑块实际位置；

根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度；

根据杆件承受压力和等效刚度提取误差主动补偿策略；

根据误差主动补偿策略输出控制信号。

进一步地，采集多连杆机构加工过程中杆件承受压力和滑块实际位置，包括：

获取多连杆机构加工过程中杆件承受压力和滑块实际位置；

将杆件承受压力和滑块实际位置输入运算处理模块，所述运算处理模块包括电脑。

进一步地，根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度，包括：

根据多连杆机构加工过程中每一时刻滑块实际位置，获取每一时刻杆件变形量；

根据多连杆机构加工过程中每一时刻杆件承受压力和每一时刻杆件变形量，获取杆件在每一位置的刚度；

对杆件在每一位置的刚度进行曲线拟合，获取等效刚度表达式。

进一步地，每一时刻杆件变形量包括：每一时刻滑块实际位置与每一时刻滑块理论位置的差值；

杆件在每一位置的刚度包括：每一时刻杆件承受压力与每一时刻杆件变形量的比值；

等效刚度表达式包括：k＝h(y)，式中，k为等效刚度，y为每一时刻滑块实际位置，h为曲线拟合函数。

进一步地，根据杆件承受压力和等效刚度提取误差主动补偿策略，包括：

根据杆件承受压力和等效刚度，获取杆件补偿变形量；

根据杆件补偿变形量和滑块实际位置，获取滑块理论位置对应的曲柄实际转角。

进一步地，杆件补偿变形量的表达式包括：式中，Δy为杆件补偿变形量，F为杆件承受压力，k为等效刚度；

滑块理论位置对应的曲柄实际转角的表达式包括：θ＝f(y+Δy)，式中，y为每一时刻滑块实际位置，Δy为杆件补偿变形量，θ为滑块理论位置对应的曲柄实际转角，f为误差主动补偿函数。

进一步地，根据误差主动补偿策略对多连杆伺服压力机实施控制，包括：

基于预设的控制算法，根据滑块理论位置对应的曲柄实际转角输出控制信号；

根据控制信号驱动伺服电机转至滑块理论位置对应的曲柄实际转角。

进一步地，预设的控制算法包括PID控制算法、ADRC控制算法和TSMC控制算法中的至少任一项。

为达到上述目的，本发明还提供了一种多连杆伺服压力机运动控制系统，包括：

拉压传感器：用于获取多连杆机构加工过程中杆件承受压力；

位移传感器：用于获取多连杆机构加工过程中滑块实际位置；

信号隔离器和数据采集卡：用于将杆件承受压力和滑块实际位置输入运算处理模块；

运算处理模块：用于根据杆件承受压力和等效刚度提取误差主动补偿策略，以及根据误差主动补偿策略输出控制信号。

进一步地，所述运算处理模块包括：

模型预测前馈主动补偿器：用于根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度，以及根据杆件承受压力和等效刚度获取杆件补偿变形量；

算法控制器：用于提供预设的控制算法，所述算法控制器包括用于提供PID控制算法的PID控制器、用于提供ADRC控制算法的ADRC控制器、用于提供TSMC控制算法的TSMC控制器；

运动控制卡：用于根据滑块理论位置对应的曲柄实际转角输出控制信号。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：能够将生产加工过程中杆件因压力产生的变形实时量化出来，并据此补偿因杆件受力变形对运动构件状态转换关系产生的误差，从而提高了运动控制精度和产品成形质量。

附图说明

图1是本发明方法所述误差主动补偿策略原理框图；

图2是现有技术中多连杆机构杆件变形对曲柄转角影响示意图；

图3是本发明实施例获取的等效刚度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，是本发明方法所述误差主动补偿策略原理框图，一种多连杆伺服压力机运动控制方法，包括如下步骤：

数据采集：通过安装在多连杆机构滑块末端的拉压传感器和位移传感器将加工过程中杆件承受压力和滑块实际位置采集回来；通过信号隔离器和数据采集卡等硬件，将杆件承受压力和滑块实际位置输入到运算处理模块，所述运算处理模块包括电脑。

等效刚度计算：对伺服压力机进行开环控制，通过压力传感器可测得在加工过程中每一时刻杆件承受压力，通过位移传感器可测得加工过程中每一时刻滑块实际位置，则杆件在加工过程中每一时刻的变形量＝滑块实际位置－滑块理论位置，杆件在每一位置的刚度＝压力/变形量；

再将每一位置的刚度都计算出来，通过曲线拟合，得到形如k＝h(y)的等效刚度表达式，式中，k为等效刚度，y为每一时刻滑块实际位置，h为曲线拟合函数；

如图3所示，是本发明实施例获取的等效刚度曲线图，将该曲线图使用Fourier4拟合，得到曲线拟合函数表达式如下：

k＝h(y)＝[49.1-15.03cos(302.9y)-77.57sin(302.9y)-37.29cos(605.8y)+15.01sin(605.8y)

+6.417cos(908.7y)+9.934sin(908.7y)+1.112cos(1211.6y)-1.066sin(1211.6y)]×10¹⁰。

误差主动补偿策略：模型预测前馈主动补偿器的作用在于，通过压力传感器测得的杆件承受压力和等效刚度，可计算出杆件补偿变形量，表达式为：式中，Δy为杆件补偿变形量，F为杆件承受压力。

由此可获取多连杆机构滑块理论位置对应的曲柄实际转角，其表达式为：θ＝f(y+Δy)，式中，Δy为杆件补偿变形量，θ为滑块理论位置对应的曲柄实际转角，f为误差主动补偿函数；

根据本实施例杆件长度几何关系，求得误差主动补偿函数表达式如下：

式中，arccos为反余弦函数。

控制算法：运动控制算法在于根据输入的滑块理论位置对应的曲柄实际转角，输出控制信号；所述控制算法包括PID控制算法、ADRC控制算法和TSMC控制算法。

本发明具体实施方式还提供了一种多连杆伺服压力机运动控制系统，包括：

拉压传感器：用于获取多连杆机构加工过程中杆件承受压力；

位移传感器：用于获取多连杆机构加工过程中滑块实际位置；

信号隔离器和数据采集卡：用于将杆件承受压力和滑块实际位置输入运算处理模块；

模型预测前馈主动补偿器：用于根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度，以及根据杆件承受压力和等效刚度获取杆件补偿变形量；

算法控制器：用于提供预设的控制算法，所述算法控制器包括用于提供PID控制算法的PID控制器、用于提供ADRC控制算法的ADRC控制器、用于提供TSMC控制算法的TSMC控制器；

运动控制卡：用于根据滑块理论位置对应的曲柄实际转角输出控制信号。

伺服驱动机根据控制信号驱动伺服电机转动，伺服电机传动曲柄转动至θ角位置，曲柄传动滑块移动至y+Δy位置，即滑块理论位置，从而消除误差。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多连杆伺服压力机运动控制方法，其特征是，包括如下步骤：

采集多连杆机构加工过程中杆件承受压力和滑块实际位置；

根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度；

根据杆件承受压力和等效刚度提取误差主动补偿策略；

根据误差主动补偿策略输出控制信号；

根据杆件承受压力和等效刚度提取误差主动补偿策略，包括：

根据杆件承受压力和等效刚度，获取杆件补偿变形量；

根据杆件补偿变形量和滑块实际位置，获取滑块理论位置对应的曲柄实际转角；

杆件补偿变形量的表达式包括：式中，△y为杆件补偿变形量，F为杆件承受压力，k为等效刚度；

滑块理论位置对应的曲柄实际转角的表达式包括：θ＝f(y+△y)，式中，y为每一时刻滑块实际位置，△y为杆件补偿变形量，θ为滑块理论位置对应的曲柄实际转角，f为误差主动补偿函数；

根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度，包括：

根据多连杆机构加工过程中每一时刻滑块实际位置，获取每一时刻杆件变形量；

根据多连杆机构加工过程中每一时刻杆件承受压力和每一时刻杆件变形量，获取杆件在每一位置的刚度；

对杆件在每一位置的刚度进行曲线拟合，获取等效刚度表达式；

每一时刻杆件变形量包括：每一时刻滑块实际位置与每一时刻滑块理论位置的差值；

杆件在每一位置的刚度包括：每一时刻杆件承受压力与每一时刻杆件变形量的比值；

等效刚度表达式包括：k＝h(y)，式中，k为等效刚度，y为每一时刻滑块实际位置，h为曲线拟合函数。

2.根据权利要求1所述的多连杆伺服压力机运动控制方法，其特征是，采集多连杆机构加工过程中杆件承受压力和滑块实际位置，包括：

获取多连杆机构加工过程中杆件承受压力和滑块实际位置；

将杆件承受压力和滑块实际位置输入运算处理模块，所述运算处理模块包括电脑。

3.根据权利要求1所述的多连杆伺服压力机运动控制方法，其特征是，根据误差主动补偿策略对多连杆伺服压力机实施控制，包括：

基于预设的控制算法，根据滑块理论位置对应的曲柄实际转角输出控制信号；

根据控制信号驱动伺服电机转至滑块理论位置对应的曲柄实际转角。

4.根据权利要求3所述的多连杆伺服压力机运动控制方法，其特征是，预设的控制算法包括PID控制算法、ADRC控制算法和TSMC控制算法中的至少任一项。

5.一种多连杆伺服压力机运动控制系统，其特征是，包括：

拉压传感器：用于获取多连杆机构加工过程中杆件承受压力；

位移传感器：用于获取多连杆机构加工过程中滑块实际位置；

信号隔离器和数据采集卡：用于将杆件承受压力和滑块实际位置输入运算处理模块；

运算处理模块：用于根据杆件承受压力和等效刚度提取误差主动补偿策略，以及根据误差主动补偿策略输出控制信号；

根据杆件承受压力和等效刚度提取误差主动补偿策略，包括：

根据杆件承受压力和等效刚度，获取杆件补偿变形量；

根据杆件补偿变形量和滑块实际位置，获取滑块理论位置对应的曲柄实际转角；

杆件补偿变形量的表达式包括：式中，△y为杆件补偿变形量，F为杆件承受压力，k为等效刚度；

滑块理论位置对应的曲柄实际转角的表达式包括：θ＝f(y+△y)，式中，y为每一时刻滑块实际位置，△y为杆件补偿变形量，θ为滑块理论位置对应的曲柄实际转角，f为误差主动补偿函数；

根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度，包括：

根据多连杆机构加工过程中每一时刻滑块实际位置，获取每一时刻杆件变形量；

根据多连杆机构加工过程中每一时刻杆件承受压力和每一时刻杆件变形量，获取杆件在每一位置的刚度；

对杆件在每一位置的刚度进行曲线拟合，获取等效刚度表达式；

每一时刻杆件变形量包括：每一时刻滑块实际位置与每一时刻滑块理论位置的差值；

杆件在每一位置的刚度包括：每一时刻杆件承受压力与每一时刻杆件变形量的比值；

等效刚度表达式包括：k＝h(y)，式中，k为等效刚度，y为每一时刻滑块实际位置，h为曲线拟合函数。

6.根据权利要求5所述的多连杆伺服压力机运动控制系统，其特征是，所述运算处理模块包括：

模型预测前馈主动补偿器：用于根据杆件承受压力和滑块实际位置获取等效刚度，以及根据杆件承受压力和等效刚度获取杆件补偿变形量；

算法控制器：用于提供预设的控制算法，所述算法控制器包括用于提供PID控制算法的PID控制器、用于提供ADRC控制算法的ADRC控制器、用于提供TSMC控制算法的TSMC控制器；

运动控制卡：用于根据滑块理论位置对应的曲柄实际转角输出控制信号。