CN110561821B - 一种伺服压力机下死点偏差反馈补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服压力机下死点偏差反馈补偿方法，在一个冲压过程中，电机按照补偿后的曲线运行。第一个冲压过程补偿量为零。每个冲压过程中滑块经过下死点后的回程过程中，控制软件根据偏差反馈补偿算法计算补偿量，并计算新的补偿后曲线，最后按照新的补偿后曲线控制伺服电机旋转。能够在每个冲压过程中对滑块下死点实际值与期望值之间的误差进行测量，并利用反馈控制原理对伺服电机位置曲线进行自动补偿，经过几次冲压周期以后，能够将滑块下限误差减小到零，并且在外界条件发生变化导致误差增大时，随时进行曲线补偿，确保滑块下死点等于期望值。

Description

一种伺服压力机下死点偏差反馈补偿方法

技术领域

本发明涉及伺服压力机控制技术领域，具体地说是一种伺服压力机下死点偏差反馈补偿方法。

背景技术

近年来，伺服压力机已广泛应用于冲压行业。伺服压力机由伺服电机通过机械机构带动滑块上下运行，通过对工件施加压力而完成材料成形加工。压力机总体结构如图5所示。

用户通过用户界面输入所期望的滑块运行位置参数，然后中央控制器根据电机位置和滑块位置的对应关系计算电机位置的设定曲线，并在控制过程中根据设定曲线数值将控制命令逐个发送给伺服驱动器。伺服驱动器驱动电机旋转，通过传动机构带动滑块上下运动。冲压生产中滑块最重要的位置是下死点，即每次冲压的最低点。此位置必须准确，以保证工件成形精度。

由于伺服电机和滑块通过传动机构刚性连接，所以理论上，通过控制伺服电机的旋转角度即电机位置，即可精确控制滑块位置。但是在实际系统中，由于传动机械弹性变形，很难保证下死点与期望值相等。此外，随着磨损的增加，也会导致下死点逐渐偏离期望值。

为了消除上述因素对下死点精度的影响，目前常用的补偿方法是对滑块高度进行微调，即通过辅助电机调节滑块高度，即上图中部件A的高度，从而调节滑块下表面的高度。这种微调可以手动进行，也可自动进行。现有专利技术提到了两种技术。

专利(申请号：201110231330.8)公开了一种伺服压力机控制方法，特别是伺服压力机下死点控制方法。其控制方法包含有下死点读取判别模块、比较模块以及门槛阈值模块：下死点读取判别模块对滑块位移传感器所检测的每个工作循环周期中的连续信号进行判别，读取当前循环周期中下死点位置值；比较模块是将所读取的当前下死点位置值与系统设定值进行比较，计算下死点偏移量；门槛阈值模块负责将当前滑块下死点偏移量与所设定的门槛阈值比较，若下死点偏移量大于设定的门槛阈值，系统起动调模系统，将滑块调整到指令下死点。本发明提供了一种对滑块下死点进行自动调节的伺服压力机控制方法，满足压力机精密冲压的工作要求。

专利(申请号：201210066722.8)公开了一种高速精密压力机下死点动态补偿机构，属于压力机械技术领域，包括通过两个圆柱滚子轴承和轴座安装在连杆上的轴，所述轴为中部偏心结构，在轴的一端安装有蜗杆和蜗轮机构，蜗轮与轴连接，蜗杆通过轴承座固定在连杆上并通过弹性软轴与伺服电机连接，所述伺服电机固定在压力机机身上。有益效果是通过独特的轴支撑机构，在动态补偿时克服的摩擦阻力小，冲压时承载能力大，且装配方便，补偿过程中滑块装模高度调整部分螺纹不需松开，消除了螺纹间隙造成的滑块下死点精度偏差，实现下死点的动态补偿，保证压力机的高冲压精度，提高冲压件的质量和模具寿命，同时将伺服电机直接固定在压力机机身上，不受振动冲击，提高伺服电机的可靠性。

现有专利方法必须通过额外的辅助电机调整与滑块相连的机械零部件，改变滑块高度，从而实现下死点补偿。因为辅助电机只能在滑块返回较高位置、在不受力的情况下才能带动机械零部件完成补偿操作，并且辅助电机的启动停止也需要时间，所以在连续冲压过程中，现有的技术没有足够时间完成下死点自动补偿操作。

此外，由于机械操作不方便，现有技术都尽量减少补偿调整次数，所以只在下死点偏差超过某个阈值的时间才进行补偿。这导致下死点偏差往往接近设定阈值，从而不能达到很高的精度。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种伺服压力机下死点偏差反馈补偿方法，能够在每个冲压过程中对滑块下死点实际值与期望值之间的误差进行测量，并利用反馈控制原理对伺服电机位置曲线进行自动补偿。补偿过程在控制器内部的软件中完成，不需要额外操作机械设备，可快速完成。此外，软件对控制命令的补偿幅度可以做到非常精细，所以这种方法能够使得下死点偏差无限缩小，从而能够大幅度提高下死点精度。

经过几次冲压周期以后，能够将滑块下限误差减小到零，并且在外界条件发生变化导致误差增大时，随时进行曲线补偿，确保滑块下死点等于期望值。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种伺服压力机下死点偏差反馈补偿方法，

定义电机位置设定曲线为θ_a，即在理想情况下电机角度曲线；

定义电机位置补偿后的曲线为θ_b，即电机控制器实际发出的电机位置运行命令；

定义期望下死点为h₁₂，滑块实际达到的下死点为h₁₄；

包括以下步骤：

步骤一、启动冲压过程，检测第k次滑块下死点实际值h₁₄(k)，求取第k次实际值与期望值h₁₂(k)的偏差值h_e(k)

h_e(k)＝h₁₂-h₁₄(k)

步骤二、计算新的电机位置补偿值θ_c(k+1)

θ_c(k+1)＝θ_c(k)+G·h_e(k)

其中：

k为冲压过程的次数，k为自然数；

θ_c(k)为第k次电机位置曲线补偿量，其中k＝1时，θ_c(1)＝0；

G为误差放大倍数

r的取值范围为0.1–1.0

h_d为压力机加载运行时下死点处机身变形导致的滑块位置偏差；

θ_d为下死点处滑块位置偏差对应的电机旋转角度；

h_d和θ_d通过试验测量得到。

步骤三、通过步骤二获得的最新补偿值θ_c(k+1)用于对伺服电机位置曲线进行补偿，从而获得最新补偿后曲线θ_b(k+1)，即

其中：k＝1时

h₁₄(1)＝h₁₂ θ1为电机位置曲线起始点，

θ_b(1)＝θ_a θ2为电机设定曲线θ_a位置最低点。

本发明的有益效果是：

1、能够在每个冲压过程中对滑块下死点实际值与期望值之间的误差进行测量，并利用反馈控制原理对伺服电机位置曲线进行自动补偿。补偿过程在控制器内部的软件中完成，不需要额外操作机械设备，可快速完成。此外，软件对控制命令的补偿幅度可以做到非常精细，所以这种方法能够使得下死点偏差无限缩小，从而能够大幅度提高下死点精度。

经过几次冲压周期以后，能够将滑块下限误差减小到零，并且在外界条件发生变化导致误差增大时，随时进行曲线补偿，确保滑块下死点等于期望值。

附图说明

图1为本发明控制流程图视图；

图2为本发明某一次补偿的工作原理指示图；

图3为本发明伺服压力机系统结构图；

图4为本发明反馈补偿算法具体结构图；

图5为现有伺服压力机系统结构图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图2所示，一种伺服压力机下死点偏差反馈补偿方法，

定义电机位置设定曲线为θ_a，即在理想情况下电机角度曲线；

定义电机位置补偿后的曲线为θ_b，即电机控制器实际发出的电机位置运行命令。

其中由点1-2-3形成的虚线是在不考虑压力机变形和磨损等干扰的理想情况下计算出来的电机位置设定曲线，由点1-4-3形成的实线是电机位置补偿之后的曲线，即电机实际运行的角度曲线。

定义滑块位置的期望曲线为h_a，即在理想情况下电机按照设定曲线运行时滑块位置理论上的运行轨迹；

定义滑块位置实际曲线为h_b，即电机按照补偿后的曲线运行时滑块实际运行的轨迹。

其中由点11-12-13形成的虚线是在不考虑压力机变形和磨损等干扰的理想情况下滑块运行期望曲线，与电机设定曲线对应，由点11-14-13形成的实线是在考虑压力机变形和磨损等情况下滑块位置实际运行曲线。

定义期望下死点为h₁₂，滑块实际达到的下死点为h₁₄，即图2中点12为滑块下死点的期望位置，与点2对应；点14为滑块下死点的实际位置，与点4对应。

如附图1所示，在一个冲压过程中，电机按照补偿后的曲线运行。第一个冲压过程即k＝1时补偿量为零。每个冲压过程中滑块经过下死点后的回程过程中，控制软件根据偏差反馈补偿算法计算补偿量，并计算新的补偿后曲线，最后按照新的补偿后曲线控制伺服电机旋转。本发明采用的测量工具为光栅尺，这个反馈补偿算法具体结构如图4所示。

包括以下步骤：

步骤一、启动冲压过程，检测第k次滑块下死点实际值h₁₄(k)，求取第k次实际值与期望值h₁₂(k)的偏差值h_e(k)，如附图4所示，这一过程通过减法器1进行计算，

h_e(k)＝h₁₂-h₁₄(k)

步骤二、积分器对最新计算的下死点偏差与历史数据进行累加，可得到新的电机位置补偿值θ_c(k+1)，即

θ_c(k+1)＝θ_c(k)+G·h_e(k)

这里所述的历史数据为θ_c(k)

其中：

k为冲压过程的次数，k为自然数；

θ_c(k)为第k次电机位置曲线补偿量，其中k＝1时，θ_c(1)＝0；

其中G为积分器放大倍数，可通过试验整定，也可通过压力机传动机构参数进行估算。此处简介估算方法。假设压力机按照满载条件工作时，则取

r的取值范围为0.1–1.0

h_d为压力机加载运行时下死点处机身变形导致的滑块位置偏差；

θ_d为下死点处滑块位置偏差对应的电机旋转角度；

h_d和θ_d通过试验测量得到。

系数r是为了减小积分器放大倍数，因为较小的放大倍数使得算法倾向于稳定，但会延长偏差补偿时间。具体数值可通过试验进一步调整，根据生产要求权衡。参数G对某种型号压力机确定后可保持不变。

步骤三、通过步骤二获得的最新补偿值θ_c(k+1)用于对伺服电机位置曲线进行补偿，从而获得最新补偿后曲线θ_b(k+1)，即

其中：k＝1时

h₁₄(1)＝h₁₂ θ1为电机位置曲线起始点，

θ_b(1)＝θ_a θ2为电机设定曲线θ_a位置最低点。

补偿后曲线θ_b(k+1)在控制软件中暂存，在下一个冲压周期中作为电机运行控制命令发送给伺服驱动器，控制伺服电机旋转。伺服电机按照此曲线旋转，并进而通过传动机构推动滑块运行。新冲压周期的滑块下死点应更加接近于期望值，并能够在若干周期后完全消除下死点偏差。

能够在每个冲压过程中对滑块下死点实际值与期望值之间的误差进行测量，并利用反馈控制原理对伺服电机位置曲线进行自动补偿。补偿过程在控制器内部的软件中完成，不需要额外操作机械设备，可快速完成。此外，软件对控制命令的补偿幅度可以做到非常精细，所以这种方法能够使得下死点偏差无限缩小，从而能够大幅度提高下死点精度。

经过几次冲压周期以后，能够将滑块下限误差减小到零，并且在外界条件发生变化导致误差增大时，随时进行曲线补偿，确保滑块下死点等于期望值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种伺服压力机下死点偏差反馈补偿方法，其特征在于，

定义电机位置设定曲线为θ_a，即在理想情况下电机角度曲线；

定义电机位置补偿后的曲线为θ_b，即电机控制器实际发出的电机位置运行命令；

定义期望下死点为h₁₂，滑块实际达到的下死点为h₁₄；

包括以下步骤：

步骤一、启动冲压过程，检测第k次滑块下死点实际值h₁₄(k)，求取第k次实际值与期望值h₁₂(k)的偏差值h_e(k)

h_e(k)＝h₁₂-h₁₄(k)

步骤二、计算新的电机位置补偿值θ_c(k+1)

θ_c(k+1)＝θ_c(k)+G·h_e(k)

其中：

k为冲压过程的次数，k为自然数；

θ_c(k)为第k次电机位置曲线补偿量，其中k＝1时，θ_c(1)＝0；

G为误差放大倍数

r的取值范围为0.1–1.0，

h_d为压力机加载运行时下死点处机身变形导致的滑块位置偏差；

θ_d为下死点处滑块位置偏差对应的电机旋转角度；

h_d和θ_d通过试验测量得到；

步骤三、通过步骤二获得的最新补偿值θ_c(k+1)用于对伺服电机位置曲线进行补偿，从而获得最新补偿后曲线θ_b(k+1)，即

其中：k＝1时

h₁₄(1)＝h₁₂ θ₁为电机位置曲线起始点，

θ_b(1)＝θ_a θ₂为电机设定曲线θ_a位置最低点。

Images