萬正東,聞開斌,秦泗吉,佟金穎（揚州鍛壓機床股份有限公司, 江蘇 揚州225128）

伺服壓力機主傳動及其控制技術研究

萬正東,聞開斌,秦泗吉,佟金穎
（揚州鍛壓機床股份有限公司, 江蘇 揚州225128）

摘 要：伺服壓力機有著靈活的速度調(diào)節(jié)優(yōu)勢，因而被廣泛應用于沖壓成型領域。本文從壓力機主傳動結構出發(fā)，詳細分析了不同結構壓力機的結構形式和性能，然后對主軸電機的控制進行詳細探討，介紹了主軸運動的控制策略。并指出此領域今后面臨的問題和研究的方向，為以后研究提供參考。

關鍵詞：伺服壓力機；主傳動控制；沖壓成型

伺服電機驅(qū)動已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)成型領域，大大提高了成型效率和成型的質(zhì)量。伺服電機在沖壓成型領域應用更是廣泛，沖壓成型以伺服電機作為沖壓的動力源，主傳動的質(zhì)量直接關系著沖壓的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，一直是制造商們關心的主要方面。

1 伺服壓力機主傳動的結構分析

近年來，伺服壓力機發(fā)展速度迅猛，目前國內(nèi)外主要的壓力機主傳動形式有伺服電機直接驅(qū)動、伺服電機間接驅(qū)動、混合式驅(qū)動三種形式。直接驅(qū)動是伺服電機直接安裝在曲軸的端部，主要應用于小零件和精密零件的加工，這種驅(qū)動方式具有加工精度高、生產(chǎn)中噪聲低、節(jié)約設計空間、能耗低等優(yōu)點；間接驅(qū)動是伺服電機不直接和執(zhí)行元件相聯(lián)接，中間通過加速機構來傳動扭矩進行動力的輸出。這種方式應用靈活多變，滿足各種不同的執(zhí)行方式設計；混合式驅(qū)動是將傳統(tǒng)的壓力機和傳動系統(tǒng)結合而來，把飛輪融入到伺服驅(qū)動，結合了兩者的特點能夠使壓力機在低電壓峰值下仍然保持沖壓能力。

2 伺服電機控制驅(qū)動技術研究

近年來，隨著沖壓行業(yè)的發(fā)展，沖壓的精度和效率是每一個制造廠商不斷追求的，伺服電機的效率直接制約著沖壓技術的發(fā)展。伺服電機驅(qū)動的研究成為重中之重。為此建立一個精確的控制模型，選擇優(yōu)秀合理的驅(qū)動方案是保證沖壓精度和效率的關鍵。隨著科技的進步和發(fā)展，控制技術也在發(fā)生著巨大的變化。1971年學者布萊斯切克(Blaschke)提出矢量控制理論，到1985年德布魯克( Depeubrock M)進一步研究出直接轉(zhuǎn)矩控制理論，目前控制策略正在向數(shù)字化的方向快速發(fā)展。數(shù)字化的控制更能滿足高精度的機械加工需要，以下為常見的控制策略：

微分幾何控制方法。這種控制方法通過把非線性的系統(tǒng)進行精確的線性化來實現(xiàn)對驅(qū)動的控制。這種控制的方法理論上精度極高，沒有誤差。但是，這種控制方法需要滿足一定的線性化條件，而且計算非常繁瑣。

變結構控制方法是控制系統(tǒng)依據(jù)系統(tǒng)的變化來調(diào)整控制模型，以實現(xiàn)對驅(qū)動的控制。這種方法控制規(guī)律異常簡單，對模型的精確度要求也不高，但是所控制的驅(qū)動部件會產(chǎn)生振動。

自適應控制法是系統(tǒng)通過實時修整自身的特性來適應控制對象的動態(tài)變化，這樣的控制法可以解決參數(shù)隨時變化的問題，但是需要參數(shù)的變化滿足線性參數(shù)變化的條件。

魯棒性控制法運用測量技術來測量系統(tǒng)的誤差，然后通過誤差糾正來調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應。這種控制法專注于狀態(tài)，不進行變量的調(diào)整，算法也不需要精確的模型，但是控制器需要在有界的建模誤差下使系統(tǒng)穩(wěn)定。

智能控制是一種智能化的控制策略，也就是說，它是通過神經(jīng)網(wǎng)絡傳輸?shù)姆绞?，但從理論上來說，它并不像一些末梢神經(jīng)系統(tǒng)那樣敏感和精確，實際上，它是一種模糊控制，而從更深入的角度來看，采用的是遺傳算法理論，從數(shù)字化控制的控制策略來看，它再其發(fā)展運算的過程中，并不一來于對象的數(shù)學模型，這就在很大程度上減少了控制策略計算的工作量與復雜程度，不僅如此，智能控制的魯棒性比較強，這也是智能控制法其中的一個優(yōu)點，但進一步來看，雖然智能控制不依賴于數(shù)學模型，但它的控制也是較為復雜的，而在實際中，智能控制法的實現(xiàn)難度較大。

3 主軸運動控制策略

在伺服壓力機傳動運轉(zhuǎn)的過程中，無論從哪個方面來看，主軸運動控制都是十分重要的內(nèi)容，這是因為主軸運動決定這伺服壓力機的運動機構，通過主軸運動，從而達到對相關部件的合理控制，可見主軸運動在伺服壓力機傳動中是至關重要的，存在主軸運動，必然就會存在其相應的控制策略，也只有合理有效的控制策略，才能從很大程度上對主軸運動得到有效控制，進而讓伺服壓力機傳動得到控制。

從主軸運動的控制策略來看，它不是憑空存在的，也不是憑借一時的靈感改造成功的，可以說，它是在其相應理論模型的建立以及實踐的嘗試完善中實現(xiàn)的。我國研究學者通過對伺服壓力機主傳動結構運動力學的深層次分析，并依據(jù)不同的沖壓工藝，在大量理論與研究的基礎上建立了曲柄滑塊機構模擬仿真模型，這種仿真模型主要是通過Solidwork、ΑNSYS 和 ΑDΑMS 聯(lián)合仿真模型的建立，通過數(shù)據(jù)模擬與計算，得到曲柄滑塊機構的動態(tài)運動特征，從而為設計以及主軸運動控制提供有力的策略。

但在理論模擬與實際嘗試的過程中，它們還是存在了一定的差異性。像伺服壓力機主軸運動滑塊往往需要高精度的定位與控制，而從實際上來看，曲柄滑塊機構會受到伺服壓力機運作中各種工況的干擾與影響，而在理論中，Matlab 軟件中的 Simulink 仿真工具具有很強的運算能力，它能夠及時而有效地在模型建立中將實際的多種因素考慮進去，具體來說，它能夠較為便捷地觀察并收集到曲柄滑塊機構運動中的各種參數(shù)變化，而且它的仿真與模擬建模更具直觀性，并且在模擬操作的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)設計參數(shù)的柔性變更。同時，在理論研究與實際結合上，我國周莉?qū)W者對曲柄滑塊結構進行了數(shù)學模型的撿垃圾，從一定程度上仿真了單位時間內(nèi)連桿與滑塊運動曲線。

從以上理論建模到實際應用表明，主軸運動控制可以通過曲柄滑塊機構的設計與優(yōu)化實現(xiàn)，而具體實現(xiàn)策略是經(jīng)過模型建立、模擬以及相關計算及試驗而得出的。

4 結語

伺服壓力機在我國工程機械發(fā)展過程中起到了十分重要的作用，它通過速度、傳動調(diào)節(jié)以及主軸運動控制策略，從而實現(xiàn)工程機械運作的高精度、定額速度的精確控制。

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