CN110757883A - 基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于压力机技术领域，具体涉及到一种基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法。本发明压力机在位置压力控制模式下，将给定压力值与压力传感器的压力机压力测量值做差，然后通过抗积分饱和增量式PID算法计算调节结果，解决了旋转式压力机在下死点不能达到冲压工艺最大值的问题，具有自动补偿压力的功能，弥补了以往伺服压力机的功能缺陷。

Description

基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法

技术领域

本发明属于压力机技术领域，具体涉及到一种基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法。

背景技术

目前，压力机领域的自动补偿主要是针对连杆传动的往复式压力机或者旋转式曲柄压力机滑块位置自动补偿，主流的控制模式采用控制调模电机的输出重新调整下死点的位置进行补偿。例如：公告号CN102909884B的专利公开了一种冲压下死点位置误差补偿装置及方法，通过下死点检测模块实时检测并记录下死点位置并计算下死点位置的误差，轴温检测补偿模块实时检测并记录轴承的温度，并通过单片机计算下死点位置的误差补偿量，并控制调模装置对滑块的高度进行相应的调整，对下死点误差进行补偿。该专利解决了以前人工调模的麻烦，可在滑块下死点位置检测并对其死点位置偏差进行补偿，但不能解决旋转式曲柄压力机在位置压力控制模式下的精确运动控制。具体表现为曲柄伺服压力机根据工艺要求到达某一位置处及后续位置后，压力机控制模式由位置控制模式转变为压力控制模式，但由于曲轴发热变形或者压机机体变形或者滑块受热变形造成的压力在某些关键点或者下死点时仍没有达到压力控制模式的压力指定值。此时工件的成形过程和质量都会受影响，塑性回弹会使工件产品成形后褶皱或者破裂。

发明内容

本发明为解决现有技术的不足，提供一种基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法，包括伺服压力机，所述伺服压力机控制模式为位置-压力模式，伺服压力机四个侧柱上均安装有压力传感器，压力传感器与压力检测系统连接，压力检测系统通过通讯协议将电信号反馈给整机电控系统，整机电控系统控制伺服驱动器，伺服驱动器与整机电控系统之间通过通讯协议进行信号传输，伺服驱动器通过电缆连接伺服电机，所述伺服电机安装光电编码器，光电编码器与伺服驱动器连接；所述伺服压力机滑块两侧安装平衡缸，滑块上安装有调模电机；控制方法包括以下步骤：

步骤一：在合模之后设定位置，整机电控系统的控制模式自设定位置开始由位置控制模式切换为压力控制模式，然后在下死点附近，压力传感器将压力机压力测量值反馈给压力检测系统并进行显示；

步骤二：设定自动补偿控制启动的压力阈值，压力阈值要保证工件成形品满足质量要求，当压力机压力测量值小于压力阈值时，整机电控系统控制开始启动自动补偿控制；

步骤三：当压力机压力测量值低于压力阈值时，进入自动补偿控制：整机电控系统将给定压力值与压力机压力测量值两者做差，在完成做差之后的数字量运算中，整机电控系统采用抗积分饱和增量式PID算法运算，得到调节结果；

步骤四：整机电控系统得到调节结果后，只有滑块处于上升回程状态且上、下模具处于分离的状态，或者滑块处于上死点附近位置时，此时整机电控系统才将抗积分饱和增量式PID算法计算的调节结果输出给调模电机，调模电机开始带动滑块进行下行调节；如果不满足上述条件，则不进行调节。

优选的，所述压力传感器为压力应变片。

优选的，所述步骤三中，抗积分饱和增量式PID算法为PI调节器。

优选的，所述步骤一中，下死点附近优选为在曲轴角度为175°-185°时。

优选的，所述步骤四中，上死点附近位置优选曲轴角度超过270°回至150°位置时。

本发明的有益效果：

一、在位置-压力控制模式下，解决了旋转式压力机在下死点不能达到冲压工艺最大值的问题，具有自动补偿压力的功能，弥补了以往伺服压力机的功能缺陷；

二、不用人为手动调节，能依靠整机电控系统、压力检测系统和控制策略自动完成整个调节过程；

三、能在伺服压力机长期运行条件下提供较高的良品率，显著提升工件成形产品质量。

附图说明

图1为本发明伺服压力机的架构示意图。

图2基于位置压力的自动补偿细节放大框图。

图3为本发明自动补偿控制方法框图。

图4为抗积分饱和增量式PID算法示意图。

图中，1整机电控系统，2伺服驱动器，3光电编码器，4压力传感器，5平衡缸，6滑块，7调模电机，8伺服电机，9压力检测系统。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均属于本发明的保护范围。

本发明旨在位置-压力控制模式下，解决旋转式曲柄伺服压力机在下死点位置不能达到压力控制指令的问题，通过调模电机7可实现压力自动补偿问题，并能精确控制其运动参数。

在伺服压力机正常连续运行前，利用调模电机7和伺服电机8将位置控制模式和压力控制模式调整完毕。理想情况下，在下死点位置的压力可达到压力控制指令值，但在实际运行过程中，会由于滑块6的温升变形、机身变形、曲轴发热或者模具磨损造成最终执行压力控制模式时，下死点位置的压力达不到压力控制指令值，比如下死点位置的压力只能达到原来压力控制指令值的90%或者更少，本发明的方案可解决此类问题，本发明方法在现有文献或已有的工程技术中不曾提及到。

本发明伺服压力机四个侧柱上均安装有压力传感器4，压力传感器4与压力检测系统9连接，压力传感器4为压力应变片，可通过压力应变片的弹性形变检测当前压力机产生施加给工件的压力大小，即当前压力机压力，并将此压力机压力测量值通过压力检测系统9将物理形变信号转变为电信号反馈给整机电控系统1，压力检测系统9通过通讯协议将电信号反馈给整机电控系统1。整机电控系统1控制伺服驱动器2，伺服驱动器2与整机电控系统1之间通过通讯协议进行信号传输。伺服驱动器2通过电缆连接伺服电机8，伺服电机8通过联轴器与减速箱刚性连接，减速箱输出带动曲柄，曲柄再带动连杆动作，连杆的上下运动可实现滑块6的上下冲压。伺服电机8安装光电编码器3，光电编码器3与伺服驱动器2连接。本发明滑块6两侧安装平衡缸5，平衡缸5可平衡压力机的滑块6和上模的重量，滑块6上安装有调模电机7。

伺服压力机控制模式中的位置-压力模式，是指在伺服压力机的滑块6处于某一个位置之前，控制模式采用位置模式，在某一个位置之后，控制模式采用压力模式，回程阶段切换为位置模式。此种控制模式的优点在于接触上模时，由于采用了精确的位置控制模式，可在接触时采用非常低的速度合模，减少碰撞和冲击，延长模具使用寿命，而在关键位置时，采用压力控制模式，可提升工件成形质量。伺服压力机的控制模式都是在伺服压力机的整机电控系统1中实现的，并且能够在位置-压力控制模式下自动的切换位置模式和压力模式。对于上述公知技术，这里不再过多叙述，下面重点介绍本发明的方案：

本发明采用了基于位置-压力模式下的自动补偿实现了精确运动控制，通过以下的步骤来具体实现：

步骤一：在合模之后的某点位置，整机电控系统1的控制模式开始由位置控制模式切换为压力控制模式，控制模式切换位置根据工艺设定，然后在下死点附近，本实施例优选曲轴角度为175°到185°之间时，压力传感器4将压力机压力测量值反馈给压力检测系统9并进行显示，显示信息为当前压力机压力测量值，即当前滑块6的压力输出值；

步骤二：设定自动补偿控制启动的压力阈值，压力阈值要保证工件成形品满足质量要求，当压力机压力测量值小于压力阈值时，整机电控系统1控制开始启动自动补偿控制。

比如：压力传感器4反馈的压力机压力测量值只有给定压力值的92%，而此时压力机压力已经不能满足工件成形品质量要求，如果给定压力值的93%刚好满足工件成形品质量要求，则将给定压力值的93%设定为压力阈值，当压力机压力测量值低于压力阈值时，进入自动补偿控制；当压力机压力测量值不低于压力阈值时，则只进行压力机压力测量值的反馈。

步骤三：当压力机压力测量值低于压力阈值时，进入自动补偿控制：整机电控系统1将给定压力值（压力控制指令值）与压力机压力测量值两者做差，在完成做差之后的数字量运算中，在伺服压力机整机电控系统1中需要进行PID运算，本发明采用抗积分饱和增量式PID算法，采用抗积分饱和增量式PID算法一是为了不让PID调节器失去调节作用，以免一直处于饱和状态，不能正常工作；二是开始阶段PID的参数都选择较小，这样可保证在压力值误差处于最大值时仍然不会呈现欠阻尼状态。在具体实现过程中，本实施例优选PI调节器。最终通过抗积分饱和增量式PID算法得到调节结果。

步骤四：整机电控系统1得到调节结果后，只有滑块6处于上升回程状态且上、下模具处于分离的状态，或者滑块6处于上死点附近的位置时，优选曲轴角度超过270°回至150°位置时，此时整机电控系统1才将PI调节器计算的调节结果输出给调模电机7，调模电机7开始带动滑块6进行下行调节。如果不满足上述条件，则不进行调节。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法，包括伺服压力机，所述伺服压力机控制模式为位置-压力模式，伺服压力机四个侧柱上均安装有压力传感器（4），压力传感器（4）与压力检测系统（9）连接，压力检测系统（9）通过通讯协议将电信号反馈给整机电控系统（1），整机电控系统（1）控制伺服驱动器（2），伺服驱动器（2）与整机电控系统（1）之间通过通讯协议进行信号传输，伺服驱动器（2）通过电缆连接伺服电机（8），所述伺服电机（8）安装光电编码器（3），光电编码器（3）与伺服驱动器（2）连接；所述伺服压力机滑块（6）两侧安装平衡缸（5），滑块（6）上安装有调模电机（7）；控制方法包括以下步骤：

步骤一：在合模之后设定位置，整机电控系统（1）的控制模式自设定位置开始由位置控制模式切换为压力控制模式，然后在下死点附近，压力传感器（4）将压力机压力测量值反馈给压力检测系统（9）并进行显示；

步骤二：设定自动补偿控制启动的压力阈值，压力阈值要保证工件成形品满足质量要求，当压力机压力测量值小于压力阈值时，整机电控系统（1）控制开始启动自动补偿控制；

步骤三：当压力机压力测量值低于压力阈值时，进入自动补偿控制：整机电控系统（1）将给定压力值与压力机压力测量值两者做差，在完成做差之后的数字量运算中，整机电控系统（1）采用抗积分饱和增量式PID算法运算，得到调节结果；

步骤四：整机电控系统（1）得到调节结果后，只有滑块（6）处于上升回程状态且上、下模具处于分离的状态，或者滑块（6）处于上死点附近位置时，此时整机电控系统（1）才将抗积分饱和增量式PID算法计算的调节结果输出给调模电机（7），调模电机（7）开始带动滑块（6）进行下行调节；如果不满足上述条件，则不进行调节。

2.根据权利要求1所述的基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法，其特征在于：所述压力传感器（4）为压力应变片。

3.根据权利要求1所述的基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法，其特征在于：所述步骤三中，抗积分饱和增量式PID算法为PI调节器。

4.根据权利要求1所述的基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法，其特征在于：所述步骤一中，下死点附近优选为在曲轴角度为175°-185°时。

5.根据权利要求1所述的基于位置压力自动补偿的精确运动控制方法，其特征在于：所述步骤四中，上死点附近位置优选曲轴角度超过270°回至150°位置时。

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