CN110815928B - 一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法，包括。控制装置包括位置控制器、速度选择器、压力控制器、速度控制器和速度变换器。速度变换器分别连接压力控制器和速度选择器，速度变换器用于将压力控制器输出的滑块速度变换为电机速度。本发明针对伺服压力机传动机构中的非线性特点，采用速度变换器进行非线性变换，解决了现有方法线性控制器运行不稳定、精度低的缺陷。

Description

一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法

技术领域

本发明涉及压力机技术领域,具体地说是一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法。

背景技术

近年来，伺服压力机已广泛应用于冲压行业。如图1所示，伺服控制器由伺服电机通过曲柄连杆结构带动滑块上下运行，通过滑块对工件施加压力而完成材料成形加工。一般的冲压工艺仅要求对滑块的位置按照目标位置曲线进行精确控制。某些工艺不仅要求精确的位置控制，也要求在冲压阶段对压力进行监控，例如高强度钢和碳素纤维板的热成型加工。

如图2所示，带有压力监控的伺服压力机的一个冲压过程。一个冲压过程通常是滑块从最高位置(x₀点)启动，首先快速下行，然后从某个位置(x₂)开始以较慢的速度对工件进行冲压，到达最低点x₃后保持一段时间，等待工件成形，最后从x₄点开始快速上行回到最高点(x₆点，与x₀点重合)。在快速下行和快速上行阶段，滑块不接触工件，工艺对压力不关心，而是要求位置控制相对准确。在对工件进行慢速压制的x₂至x₄过程中，压力逐步增大。有的冲压工艺要求对压力进行密切监控，防止超过允许值。此时需要对压力进行监控，即在滑块从x₂至x₄运行过程中，压力不能超过从p₂经p₃到p₄形成的曲线。若在此区间内压力触及限定曲线，则滑块减速运行，防止压力继续上升。在这个过程中，伺服控制器需要对位置和压力同时进行控制。

如图3所示，现有通用数控系统根据冲压工艺确定控制模式，并通过速度选择器，在不同冲压模式下选择位置命令或压力命令的选通，不能对滑块运动速度进行连续性控制。伺服压力机中，位置控制仅包含线性机构，由于伺服压力机中连杆系统的存在，使得从电机到滑块的传动系统表现出严重的非线性。面对这种非线性系统，现有数控系统的控制精度降低，甚至不能稳定工作。

发明内容

本发明实施例中提供了一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法，以解决面对非线性系统时，现有控制方法的控制精度低，影响伺服机稳定工作的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置，包括位置控制器、速度选择器、压力控制器和速度控制器，所述装置还包括速度变换器，所述速度变换器分别连接压力控制器和速度选择器，所述速度变换器用于将压力控制器输出的滑块速度变换为电机速度。

进一步地，所述速度选择器在压力位置控制模式下，用于选通速度控制命令。

本发明第二方面提供了一种伺服压力机的非线性压力位置控制方法，基于所述的控制装置，所述方法包括以下步骤：

分别获取位置命令和压力命令，根据时间点确定当前的控制模式，所述控制模式包括位置控制模式和压力位置控制模式；

在位置控制模式下，通过位置命令，进行滑块运动状态的控制；

在压力位置控制模式下，判断实际压力是否超过当前时间下的设定压力；

若否，则通过位置命令，进行滑块运动状态的控制；

若是，则通过压力命令，将该压力值与滑块压力反馈值比较，通过压力控制器计算滑块速度，结合电机位置反馈值及滑块速度，利用速度变换器，将滑块速度转换为电机速度，从而控制滑块运动状态。

进一步地，所述利用速度变换器，将滑块速度转换为电机速度具体为：

应用速度变换公式

其中，ω是电机速度命令，v_s是压力控制器输出的滑块速度，

是滑块位置h对电机角度θ的微分，满足h＝f(θ),f为非线性函数，由压力机传动系统的机械结构确定。

进一步地，对于曲柄连杆压力机，所述非线性函数的表达式为：

式中，R为曲柄长度，L为连杆长度，r为电机到曲轴之间的减速比。

本发明第三方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，执行所述伺服压力机的非线性压力位置控制方法。

本发明第四方面提供了一种伺服压力机，包括所述的控制装置和所述的计算机存储介质。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、针对伺服压力机传动机构中的非线性特点，采用速度变换器进行非线性变换，解决了现有方法线性控制器运行不稳定、精度低的缺陷。

2、非线性速度变换器仅在压力机传动机构设计完成后，根据传动关系进行一次性标定，并固化在伺服控制器中，在压力机后续使用阶段不需要重新校准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是电机带动滑块运动的结构示意图；

图2是现有带压力监控的伺服控制器一个冲压过程中，位置设定与压力设定关于时间的关系曲线图；

图3是现有控制装置结构示意图；

图4是本发明控制装置的结构示意图；

图5是本发明控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为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。

如图4所示，本发明伺服压力机的非线性压力位置控制装置，包括位置控制器、速度选择器、压力控制器、速度控制器和速度变换器。速度变换器分别连接压力控制器和速度选择器，速度变换器用于将压力控制器输出的滑块速度变换为电机速度。速度选择器用于对位置速度命令和压力速度命令的选通。在位置控制模式下，选通位置速度命令；在压力位置控制模式下，根据实际压力与设定压力的大小关系，选通位置速度命令或压力速度命令。

如图5所示，本发明的伺服压力机的非线性压力位置控制方法，包括以下步骤：

S1，分别获取位置命令和压力命令，根据时间点确定当前的控制模式，其中控制模式包括位置控制模式和压力位置控制模式；

S2,在位置控制模式下，通过位置命令，进行滑块运动状态的控制；

S3,在压力位置控制模式下，判断实际压力是否超过当前时间下的设定压力；

S4,若否，则通过位置命令，进行滑块运动状态的控制；

S5,若是，则通过压力命令，将该压力值与滑块压力反馈值比较，通过压力控制器计算滑块速度，结合电机位置反馈值及滑块速度，利用速度变换器，将滑块速度转换为电机速度，从而控制滑块运动状态。

步骤S1中的位置命令和压力命令，根据具体的冲压工艺确定，根据时间点分别取值。

步骤S5中，利用速度变换器，将滑块速度转换为电机速度具体为：

应用速度变换公式

其中，ω是电机速度命令，v_s是压力控制器输出的滑块速度，

是滑块位置h对电机角度θ的微分，满足h＝f(θ),f为非线性函数，由压力机传动系统的机械结构确定。

对于曲柄连杆压力机，非线性函数的表达式为：

式中，R为曲柄长度，L为连杆长度，r为电机到曲轴之间的减速比。

本发明还提供了一种计算机存储介质该计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被执行时，执行伺服压力机的非线性压力位置控制方法。

本发明还提供了一种伺服压力机，包括伺服压力机非线性压力位置控制装置和上述计算机存储介质。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种伺服压力机的非线性压力位置控制方法，基于控制装置，所述控制装置包括位置控制器、速度选择器、压力控制器和速度控制器，其特征是，所述装置还包括速度变换器，所述速度变换器分别连接压力控制器和速度选择器，所述速度变换器用于将压力控制器输出的滑块速度变换为电机速度，其特征是，所述方法包括以下步骤：

分别获取位置命令和压力命令，根据时间点确定当前的控制模式，所述控制模式包括位置控制模式和压力位置控制模式；

在位置控制模式下，通过位置命令，进行滑块运动状态的控制；

在压力位置控制模式下，判断实际压力是否超过当前时间下的设定压力；

若否，则通过位置命令，进行滑块运动状态的控制；

若是，则通过压力命令，将该压力值与滑块压力反馈值比较，通过压力控制器计算滑块速度，结合电机位置反馈值及滑块速度，利用速度变换器，将滑块速度转换为电机速度，从而控制滑块运动状态；

所述利用速度变换器，将滑块速度转换为电机速度具体为：

应用速度变换公式

其中，ω是电机速度命令，v_s是压力控制器输出的滑块速度，

是滑块位置h对电机角度θ的微分，满足h＝f(θ)，f为非线性函数，由压力机传动系统的机械结构确定。

2.根据权利要求1所述的伺服压力机的非线性压力位置控制方法，其特征是，对于曲柄连杆压力机，所述非线性函数的表达式为：

式中，R为曲柄长度，L为连杆长度，r为电机到曲轴之间的减速比。

3.一种计算机存储介质，其特征是，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，执行权利要求1或2所述伺服压力机的非线性压力位置控制方法。

4.一种伺服压力机，其特征是，包括权利要求1所述的控制装置和权利要求3所述的计算机存储介质。

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