CN113071139B - 一种基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法及控制系统，将拉伸垫的运动控制全过程分为5个阶段：预加速阶段、建压阶段、拉伸至下死点阶段、下死点闭锁或下沉阶段、从下死点或下沉点返回至取料位置或者起始位置阶段，能够很好的解决拉伸垫在生产不同的产品时控制精度各异的问题。采用不同配方的不同的控制参数可以使控制系统无需为了适配不同的产品取折衷参数，而是应对不同的产品都设定精确的控制参数。此外，针对不同控制阶段，选择不同控制参数的控制器，来更加精确的控制伺服拉伸垫拉伸的5个阶段，解决了传统上使用一套控制系统参数去适配5个不同拉伸阶段而导致的控制性能不能最优化的问题。
Description
技术领域
本发明属于压力机控制技术领域，具体涉及一种基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法及控制系统。
背景技术
众所周知，需要用到压边成型工艺的压力机都需要一种能提供压边力来辅助成型的装置。这种装置通常称之为拉伸垫。拉伸垫在板料拉伸的全程提供一个可变的压边力来辅助板料成形，也可以用来缓冲压力机上下模具之间的接触冲击力。根据不同的工艺要求，通过控制拉伸垫的速度、位置和力来实现预加速、闭锁、下沉和用于机器人或机械臂自动化生产线的取料位置停留等辅助功能。拉伸过程中拉伸垫的压力和位置控制一直是其控制核心。目前公知的压力控制和位置控制方法有多种：
由CN 101146630A所述通过设置一个极限开关来实现拉伸过程力控和位置控制的转换，拉伸全程使用压力曲线来进行压力控制；
由US8006538B2所述通过检测拉伸垫速度和滑块速度，当二者偏差过大时对拉伸垫控制命令进行校正。从而防止二者速度偏离。
由US7360391B2所述根据通过传感器检测滑块的位置，使用相对于滑块位置的预设定的力和速度来进行精确的伺服控制。从而达到在不使用力检测器的情况下精确地执行力控制。
由US7392684B2所述一种适用于压力机多缸(轴)伺服拉伸垫的控制系统，每一个缸的压力和位置控制在压力机拉伸过程中可以相互合适的转换。
由US7421878B2所述的一种拉伸垫装置。通过该装置，即使在滑块快速加速或减速的情况下，滑块和模垫之间的力也可以跟随指令值，而且，在滑块的逐渐加速或减速过程中，可以防止机构的振动等问题。
以及目前所公知的用于缓解的压力机与拉伸垫碰撞阶段作用力过大而使用预加速方法，让拉伸垫在预加速达到与滑块速度一致时才开始建压。
以上目前公知的控制方法都在拉伸过程的某一方面或步骤做出了优化，但都忽略了几个重要的问题：
1.模具特异性的问题。例如，对于长拉伸量的模具和浅拉伸量的模具无论使用何种控制方式或方法，他们的控制响应是完全不同的，对长拉伸量的模具适用的控制参数一般只能较差的适应浅拉深量的模具。
2.伺服拉伸垫拉伸的每个阶段需要的速度和力都是不一样的，如果对整个过程使用仅同一套控制参数或方法，无论对控制系统做出何种优化得到的都只能是折衷的方案。例如，在预加速和建压阶段，为了快速响应系统需要较大的增益。而在建压阶段之后我们又需要立刻降低因较大的增益引起的超调，这反而要求增益不能过大，显然这种控制方式需求上是矛盾的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法及控制系统，可用于机械压力机的冲压拉伸全部工艺过程，采用分阶段分控制器的设计，针对不同模具采用不同配方的控制方案，来实现整个拉伸过程的精确控制。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法：
将拉伸垫的运动控制全过程分为5个阶段：
第一阶段为预加速阶段；
第二阶段为建压阶段；
第三阶段为拉伸至下死点阶段；
第四阶段为下死点闭锁或下沉阶段；
第五阶段为从下死点或下沉点返回至取料位置或者起始位置阶段；
当压力机的滑块向下运行至预定义的起始位置时，控制拉伸垫进入预加速阶段，整个预加速阶段拉伸垫的运动距离根据产品配方设定，所述起始位置根据产品配方设定；
预加速结束后拉伸垫进入建压阶段，建压阶段的拉伸垫运动距离根据产品配方设定；
从建压阶段结束后拉伸垫开始进入拉伸至下死点阶段对工件进行拉伸，使拉伸垫运动至下死点位置，下死点位置根据产品配方设定；
拉伸垫到达下死点位置后，进入第四阶段，根据产品配方决定是否使用闭锁或下沉，闭锁时间达到或者下沉距离达到后，结束第四阶段，进行第五阶段；所述闭锁持续时间和下沉距离由产品配方设定；
在第五阶段，根据产品配方控制拉伸垫由第四阶段的结束位置返回至取料位置再返回至起始位置或者控制拉伸垫直接返回至起始位置。
在上述技术方案中，所述滑块带动着模具的上模，由电机带动凸轮进行上下运动；所述拉伸垫支撑着模具的下模，由液压缸控制着运动。
一种实现所述控制方法的伺服控制系统，该伺服控制系统包括用于控制执行机构使拉伸垫执行第一阶段的第一控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第二阶段的第二控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第三阶段的第三控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第四阶段的第四控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第五阶段的第五控制器、用于判断选择调用哪个控制器来控制执行机构动作的控制器判断选择单元、以及用于更新控制器判断选择单元控制参数和各控制器控制参数的更新单元；
所述控制器判断选择单元输入端与压力机的滑块位置传感器以及拉伸垫位置传感器连接，控制器判断选择单元输出端分别与所述第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器连接，第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器分别与驱动拉伸垫的执行机构连接，每个控制器都具有一套闭环控制系统而且控制参数相互独立；在拉伸循环开始后，控制器判断选择单元会根据滑块位置传感器以及拉伸垫位置传感器的检测数据来判断拉伸垫的拉伸阶段，进而选择对应阶段的控制器来控制执行机构的动作，从而控制拉伸垫做力的控制和位置控制；
所述更新单元与人机交互单元连接，压机每次更换模具后，如果需要更新模具配方，伺服控制系统的更新单元从HMI读取相应的模具产品配方参数用来更新控制器判断选择单元的控制参数和五个控制器的控制参数。
在上述技术方案中，所述控制器判断选择单元的控制参数包括：第一阶段开始时所对应的滑块的起始位置、第一阶段结束时拉伸垫的位置、第二阶段结束时拉伸垫的位置、第三阶段结束时拉伸垫的位置、第四阶段的闭锁持续时间或者拉伸垫的下沉位置。
在上述技术方案中，五个控制器的控制参数包括：每个控制器的对各自制执行机构的位置控制闭环参数P增益和积分时间、力闭环控制的P增益和积分时间等参数。以及第四控制器中对是否启动闭锁或下沉动作的设定，以及第五控制器中对拉伸垫返回动作的设定。
在上述技术方案中，控制器判断选择单元实时获取滑块位置数据和拉伸垫位置数据，当滑块向下运行至第一阶段的起始位置时，控制器判断选择单元启用第一控制器完成对拉伸垫的第一阶段运动控制，当拉伸垫到达第一阶段结束位置后，控制器判断选择单元启用第二控制器完成对拉伸垫的第二阶段运动控制；当拉伸垫到达第二阶段结束位置后，控制器判断选择单元启用第三控制器完成对拉伸垫的第三阶段运动控制；当拉伸垫到达第三阶段结束位置后，控制器判断选择单元启用第四控制器完成对拉伸垫的第四阶段运动控制；当第四阶段中设定的闭锁时间达到或者下沉位置达到后，控制器判断选择单元启用第五控制器完成对拉伸垫的第五阶段运动控制。
在上述技术方案中，控制器判断选择单元还可以采用安装在压力机上的电子(角度)凸轮检测滑块的位置，此时控制器判断选择单元从一个由压力机机械系统决定的角度-位置-速度匹配表中查询并判断出压力机的滑块所在位置和运动方向。
本发明的优点和有益效果为：
本发明能够很好的解决拉伸垫在生产不同的产品(模具)时控制精度各异的问题。采用不同配方的不同的控制参数可以使控制系统无需为了适配不同的产品取折衷参数，而是应对不同的产品都设定精确的控制参数。而且本发明还能够针对同一个产品的不同控制阶段，选择不同控制参数的控制器，来更加精确的控制伺服拉伸垫拉伸的5个阶段。解决了传统上使用一套控制系统参数去适配5个不同拉伸阶段而导致的控制性能不能最优化的问题。
附图说明
图1是伺服拉伸垫拉伸的5个阶段示意图。
图2是本发明基于机械压力机的伺服拉伸垫控制系统图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
一种基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法：
参见附图1，将拉伸垫的运动控制全过程分为5个阶段：
第一阶段为预加速阶段；
第二阶段为建压阶段；
第三阶段为拉伸至下死点阶段；
第四阶段为下死点闭锁或下沉阶段；
第五阶段为从下死点或下沉点返回至取料位置或者起始位置阶段；
当压力机的滑块向下运行至预定义的起始位置时(该起始位置根据产品配方设定)，控制拉伸垫进入预加速阶段，整个预加速阶段拉伸垫的运动距离根据产品配方设定；
预加速结束后拉伸垫进入建压阶段，建压阶段的拉伸垫运动距离根据产品配方设定；
从建压阶段结束后拉伸垫开始进入拉伸至下死点阶段对工件进行拉伸，使拉伸垫运动至下死点位置，下死点位置根据产品配方设定；
拉伸垫到达下死点位置后，进入第四阶段，根据产品配方决定是否使用闭锁或下沉，闭锁时间达到或者下沉距离达到后(闭锁持续时间、下沉距离由产品配方设定)，结束第四阶段，进行第五阶段；
第五阶段，根据产品配方控制拉伸垫由第四阶段的结束位置返回至取料位置(取料位置由产品配方指定)再返回至起始位置或者控制拉伸垫直接返回至起始位置。
需要说明书的是：所述滑块和拉伸垫是压机的2个部分，滑块安装模具的上模，拉伸垫安装在模具的下模，通过滑块的上下往复运动，实现板材的冲压成型。所述滑块带动着模具的上模，由电机带动凸轮进行上下运动；所述拉伸垫支撑着下模，由液压缸控制着运动。
实施例二
参见附图2，本实施例介绍一种能够实现实施例一所述控制方法的伺服控制系统，该伺服控制系统包括用于控制执行机构使拉伸垫执行第一阶段的第一控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第二阶段的第二控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第三阶段的第三控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第四阶段的第四控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第五阶段的第五控制器、用于判断选择调用哪个控制器来控制执行机构动作的控制器判断选择单元、以及用于更新控制器判断选择单元控制参数和各控制器控制参数的更新单元。
所述控制器判断选择单元输入端与压力机的滑块位置传感器以及拉伸垫位置传感器连接，控制器判断选择单元输出端分别与所述第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器连接，第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器分别与驱动拉伸垫的执行机构(即拉伸垫液压缸的伺服阀或者伺服电机)连接，每个控制器都具有一套闭环控制系统而且控制参数相互独立；在拉伸循环开始后，控制器判断选择单元会根据滑块位置传感器以及拉伸垫位置传感器的检测数据来判断拉伸垫的拉伸阶段，进而选择对应阶段的控制器来控制执行机构的动作，从而控制拉伸垫做力的控制和位置控制。
所述更新单元与人机交互单元(HMI)连接，压机每次更换模具后，如果需要更新模具配方，伺服控制系统的更新单元从HMI读取相应的模具产品配方参数用来更新控制器判断选择单元的控制参数和五个控制器的控制参数。
所述控制器判断选择单元的控制参数包括：第一阶段开始时所对应的滑块的起始位置(根据该位置判定是否启用第一控制器)、第一阶段结束时拉伸垫的位置(根据该位置判定是否启用第二控制器)、第二阶段结束时拉伸垫的位置(根据该位置判定是否启用第三控制器)、第三阶段结束时拉伸垫的位置(即下死点位置)(根据该位置判定是否启用第四控制器)、第四阶段的闭锁持续时间或者拉伸垫的下沉位置(根据闭锁持续时间或者下沉位置判定是否启用第五控制器)。
五个控制器的控制参数包括：每个控制器的对各自制执行机构的位置控制闭环参数P增益和积分时间、力闭环控制的P增益和积分时间等参数。以及第四控制器中对是否启动闭锁或下沉动作的设定，以及第五控制器中对拉伸垫返回动作的设定(即是返回至取料位置再返回至起始位置还是直接返回至起始位置)。
进一步的说，控制器判断选择单元实时获取滑块位置数据和拉伸垫位置数据，当滑块向下运行至第一阶段的起始位置时，控制器判断选择单元启用第一控制器完成对拉伸垫的第一阶段运动控制，当拉伸垫到达第一阶段结束位置后，控制器判断选择单元启用第二控制器完成对拉伸垫的第二阶段运动控制；当拉伸垫到达第二阶段结束位置后，控制器判断选择单元启用第三控制器完成对拉伸垫的第三阶段运动控制；当拉伸垫到达第三阶段结束位置(即下死点位置)后，控制器判断选择单元启用第四控制器完成对拉伸垫的第四阶段运动控制；当第四阶段中设定的闭锁时间达到或者下沉位置达到后，控制器判断选择单元启用第五控制器完成对拉伸垫的第五阶段运动控制。
实施例三
进一步的说，在实施例二中，也可以采用安装在压力机上的电子(角度)凸轮检测滑块的位置，此时控制器判断选择单元从一个由压力机机械系统决定的角度-位置-速度匹配表中查询并判断出压力机的滑块所在位置和运动方向。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法，其特征在于：
将拉伸垫的运动控制全过程分为5个阶段：
第一阶段为预加速阶段；
第二阶段为建压阶段；
第三阶段为拉伸至下死点阶段；
第四阶段为下死点闭锁或下沉阶段；
第五阶段为从下死点或下沉点返回至取料位置或者起始位置阶段；
当压力机的滑块向下运行至预定义的起始位置时，控制拉伸垫进入预加速阶段，整个预加速阶段拉伸垫的运动距离根据产品配方设定，所述起始位置根据产品配方设定；
预加速结束后拉伸垫进入建压阶段，建压阶段的拉伸垫运动距离根据产品配方设定；
从建压阶段结束后拉伸垫开始进入拉伸至下死点阶段对工件进行拉伸，使拉伸垫运动至下死点位置，下死点位置根据产品配方设定；
拉伸垫到达下死点位置后，进入第四阶段，根据产品配方决定是否使用闭锁或下沉，闭锁时间达到或者下沉距离达到后，结束第四阶段，进行第五阶段；所述闭锁时间和下沉距离由产品配方设定；
在第五阶段，根据产品配方控制拉伸垫由第四阶段的结束位置返回至取料位置再返回至起始位置或者控制拉伸垫直接返回至起始位置；
实现所述的基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法的伺服控制系统，该伺服控制系统包括用于控制执行机构使拉伸垫执行第一阶段的第一控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第二阶段的第二控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第三阶段的第三控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第四阶段的第四控制器、用于控制执行机构使拉伸垫执行第五阶段的第五控制器、用于判断选择调用哪个控制器来控制执行机构动作的控制器判断选择单元、以及用于更新控制器判断选择单元控制参数和各控制器控制参数的更新单元；
所述控制器判断选择单元输入端与压力机的滑块位置传感器以及拉伸垫位置传感器连接，控制器判断选择单元输出端分别与所述第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器连接，第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器分别与驱动拉伸垫的执行机构连接，每个控制器都具有一套闭环控制系统而且控制参数相互独立；在拉伸循环开始后，控制器判断选择单元会根据滑块位置传感器以及拉伸垫位置传感器的检测数据来判断拉伸垫的拉伸阶段，进而选择对应阶段的控制器来控制执行机构的动作，从而控制拉伸垫做力的控制和位置控制；
所述更新单元与人机交互单元连接，压机每次更换模具后，如果需要更新模具配方，伺服控制系统的更新单元从HMI读取相应的模具产品配方参数用来更新控制器判断选择单元的控制参数和五个控制器的控制参数；
所述控制器判断选择单元的控制参数包括：第一阶段开始时所对应的滑块的起始位置、第一阶段结束时拉伸垫的位置、第二阶段结束时拉伸垫的位置、第三阶段结束时拉伸垫的位置、第四阶段的闭锁时间或者拉伸垫的下沉位置；
五个控制器的控制参数包括：每个控制器的对各自控制执行机构的位置闭环控制的P增益和积分时间、力闭环控制的P增益和积分时间参数，以及第四控制器中对是否启动闭锁或下沉动作的设定，以及第五控制器中对拉伸垫返回动作的设定；
采用不同配方的不同的控制参数使控制系统无需为了适配不同的产品取折衷参数，应对不同的产品都设定精确的控制参数，针对同一个产品的不同控制阶段，选择不同控制参数的控制器，来精确的控制伺服拉伸垫拉伸的5个阶段。
2.根据权利要求1所述的基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法，其特征在于：所述滑块带动着模具的上模，由电机带动凸轮进行上下运动；所述拉伸垫支撑着模具的下模，由液压缸控制着运动。
3.根据权利要求1所述的基于机械压力机的伺服拉伸垫的控制方法，其特征在于：控制器判断选择单元实时获取滑块位置数据和拉伸垫位置数据，当滑块向下运行至第一阶段的起始位置时，控制器判断选择单元启用第一控制器完成对拉伸垫的第一阶段运动控制，当拉伸垫到达第一阶段结束位置后，控制器判断选择单元启用第二控制器完成对拉伸垫的第二阶段运动控制；当拉伸垫到达第二阶段结束位置后，控制器判断选择单元启用第三控制器完成对拉伸垫的第三阶段运动控制；当拉伸垫到达第三阶段结束位置后，控制器判断选择单元启用第四控制器完成对拉伸垫的第四阶段运动控制；当第四阶段中设定的闭锁时间达到或者下沉位置达到后，控制器判断选择单元启用第五控制器完成对拉伸垫的第五阶段运动控制。
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