伺服压力机无压力传感器控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种伺服压力机的无压力传感器控制装置，包括伺服电机3、压力机机械机构4和控制装置；所述伺服电机3上设置有速度传感器6，压力机机械机构4上设置有位移传感器7；所述控制装置包括计算机数控系统1和速度伺服驱动系统2；所述速度伺服驱动系统2上设置有负载观测器；所述速度伺服驱动系统2与伺服电机3之间通过电源线相互连接，所述电源线上设置有电流传感器5；所述计算机数控系统1与速度伺服驱动系统2信号连接，电流传感器5和速度传感器6分别与负载观测器信号连接，负载观测器与计算机数控系统1信号连接，伺服电机3与压力机机械机构4相互连接，位移传感器7与计算机数控系统1信号连接。

【技术实现步骤摘要】

[0001 ] 本专利技术涉及锻压机械机电一体化技术，尤其涉及一种用于由伺服电机驱动的机械压力机无压力传感器控制装置及位置伺服控制方法，即本专利技术的。
技术介绍
近年来，随着汽车、电子等行业的发展，冲压加工成形产品改型越来越频繁，形状亦趋于复杂化，传统曲柄式机械压力机单一的加工模式已不适应现代及时化生产的特点。基于发展的需要，开发高性能、智能化和柔性化压力机己显得越来越重要。要实现压力机的智能化和柔性化以适应不同材料的加工工艺要求，关键是能实现滑块运动特性可变，速度和力可控。这就要求驱动用电机具有良好的控制特性、宽的调速范围、优越的伺服跟综性能以及高的力能指标和可靠性。而伺服电机与专用控制系统相配合，可使滑块在运行过程中随时加速、减速或停止，动作灵活自由，压力机械的柔性和适应性更好(简称伺服压力机)，如专利文献I (专利号为200710000410.6)和专利文献2 (专利号为US5587633)所示。而伺服压力机传统的控制装置，如专利文献3 (专利号为200580030727.3)和专利文献4 (专利号为US7434505B2)所述，计算机数控系统(CNC)只进行滑块位置的闭环控制，或加入速度前馈、或加入加速度前馈，由于不能控制压力机压力，该控制系统难于实现伺服压力机高精度的加工。此外，即使在设定转矩极限值来限制压力机压力的上限值，并通过位置、速度、电流的闭环控制来进行冲压加工，由于实际上对工件施加的压力不清楚，也不能进行更高精度的加工。显然应用传统的位置伺服控制技术已无法满足伺服压力机高精度加工的驱动要求，必须寻求一种新的位置伺服控制方法。目前由于国外技术的垄断，国内在这方面还是空白。因此，在采用伺服电机驱动的基础上，根据压力机加工特点，研究相匹配的精度更高、性能更好的专用控制系统及其驱动技术是目前伺服压力机研究的重点。其核心的技术问题是如何满足伺服压力机控制系统的驱动特性与冲压负载特性相适应这一客观要求，进而根据工作环境的变化，实时、准确地调整系统的工作状态，实现加工过程的负载自适应与优化控制。专利文献5 (专利号为200510079787.6)和专利文献6 (专利号为US7049775B2)提出了一种适合于锻压机床的伺服电机控制装置，采用位置和压力复合控制的方法，将由位置反馈控制的速度指令和压力反馈控制得到的速度指令的较小值作为比较器的输出，根据输出的指令进行速度的反馈控制，驱动伺服电机，该方法可利用检测到的压力信号对压力机参数进行实时、准确得控制与调整，对负载具有一定的自适应能力，较适合伺服压力机场合应用。但在位置和压力控制切换处容易出现滑块压力的过冲现象。另外，为了得到压力信号，国外研制的一些伺服压力机控制系统配备了高精度的压力检测系统，通过安装的机械式压力传感器检测压力机整个加工过程的压力参数，为操作人员实时监测和识别冲压状态、合理调整加工工艺参数等提供重要的信息。然而机械压力传感器很难实现压力的瞬时检测，且压力转换成电信号的鲁棒性不高，容易受到干扰，会导致控制系统性能变坏，且高性能的机械压力传感器价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够以一台压力机灵活进行高生产和高精度加工的。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种伺服压力机的无压力传感器控制装置，包括伺服电机、压力机机械机构和控制装置；所述伺服电机上设置有速度传感器，压力机机械机构上设置有位移传感器；其特征是:所述控制装置包括计算机数控系统和速度伺服驱动系统；所述速度伺服驱动系统上设置有负载观测器；所述速度伺服驱动系统与伺服电机之间通过电源线相互连接，所述电源线上设置有电流传感器；所述计算机数控系统与速度伺服驱动系统信号连接，电流传感器和速度传感器分别与负载观测器信号连接，负载观测器与计算机数控系统信号连接，伺服电机与压力机机械机构相互连接，位移传感器与计算机数控系统信号连接。作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制装置的改进:计算机数控系统包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、位置控制器、压力控制器、压力/位置切换控制器和速度给定限幅模块；第一加法器分别与位置控制器和第三加法器信号连接，位置控制器与第三加法器信号连接；第二加法器与压力控制器信号连接；第三加法器和压力控制器分别与压力/位置切换控制器信号连接，压力/位置切换控制器与速度给定限幅模块信号连接。作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制装置的进一步改进:计算机数控系统包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、位置控制器、压力控制器、速度给定限幅模块和位置控制输出限幅模块；第一加法器与位置控制器信号连接，位置控制器与第三加法器信号连接；第三加法器与位置控制输出限幅模块信号连接，位置控制输出限幅模块与第二加法器信号连接，第二加法器与压力控制器信号连接；压力控制器与速度给定限幅模块信号连接。作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制装置的进一步改进:计算机数控系统包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、位置控制器、压力控制器、压力/位置切换控制器、速度给定限幅模块、位置控制输出限幅模块和压力设定值模块；第一加法器与位置控制器和第三加法器信号连接，位置控制器与第三加法器信号连接；第三加法器分别与位置控制输出限幅模块和压力设定值模块信号连接，位置控制输出限幅模块和压力设定值模块分别与压力/位置切换控制器信号连接；压力/位置切换控制器与第二加法器信号连接，第二加法器与压力控制器信号连接；压力控制器与与速度给定限幅模块信号连接。一种伺服压力机的无压力传感器控制装置的控制方法:A、位移传感器获得压力机机械机构中滑块的实际位置信号；B、电流传感器获得电流信号，速度传感器获得速度信号；C、电流传感器和速度传感器分别将电流信号和速度信号输入到负载观测器中进行相应的计算，计算后得出压力机机械机构中滑块的实际压力信号；D、通过计算机数控系统得出最终的控制信号，并把最终的控制信号出入到速度伺服驱动系统，由速度伺服驱动系统输出到伺服电机，由伺服电机实现最终的控制信号的运行。作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制方法的改进:压力/位置切换控制器内设置转换点设定值，所述转换点设定值包括冲压开始设定值和冲压结束设定值，通过将伺服电机的角位移与转换点设定值进行比较，根据比较的结果，有位置控制器控制伺服电机和压力控制器控制伺服电机两种情况:A、位置控制器控制伺服电机空程向下变速运行；B、位移传感器实时检测压力机机械机构中滑块的实际位置信号，并将检测到的实际位置信号输入到压力/位置切换控制器内；C、当压力机机械机构的滑块运动到冲压开始设定值时，通过压力/位置切换控制器切换为压力控制器控制，即通过压力控制器控制伺服电机运行；D、当压力机机械机构的滑块运动到冲压结束设定值时，通过压力/位置切换控制器切换为位置控制器控制，压力机机械机构的滑块空程返回。作为对一种伺服压力机的无压力传感器控制方法的进一步改进:位置控制器外环、压力控制器内环组合，在压力控制器内设压力定值，位置控制器内设位置定值；压力控制器的压力定值通过改变位置控制输出限幅模块内位置控制输出限幅的大小来改变，控制过程的转换通过位置控制器内的位置定值来强制执行；控制过程如下:先在位置控制器内设定一个位置定值，同时，设置位置控制输出限幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
伺服压力机的无压力传感器控制装置，包括伺服电机（3）、压力机机械机构（4）和控制装置；所述伺服电机（3）上设置有速度传感器（6），压力机机械机构（4）上设置有位移传感器（7）；其特征是：所述控制装置包括计算机数控系统（1）和速度伺服驱动系统（2）；所述速度伺服驱动系统（2）上设置有负载观测器；所述速度伺服驱动系统（2）与伺服电机（3）之间通过电源线相互连接，所述电源线上设置有电流传感器（5）；所述计算机数控系统（1）与速度伺服驱动系统（2）信号连接，电流传感器（5）和速度传感器（6）分别与负载观测器信号连接，负载观测器与计算机数控系统（1）信号连接，伺服电机（3）与压力机机械机构（4）相互连接，位移传感器（7）与计算机数控系统（1）信号连接。

【技术特征摘要】
1.伺服压力机的无压力传感器控制装置，包括伺服电机(3)、压力机机械机构(4)和控制装置；所述伺服电机(3)上设置有速度传感器(6)，压力机机械机构(4)上设置有位移传感器(7 );其特征是:所述控制装置包括计算机数控系统(I)和速度伺服驱动系统(2 );所述速度伺服驱动系统(2)上设置有负载观测器； 所述速度伺服驱动系统(2)与伺服电机(3)之间通过电源线相互连接，所述电源线上设置有电流传感器(5); 所述计算机数控系统(I)与速度伺服驱动系统(2 )信号连接，电流传感器(5 )和速度传感器(6)分别与负载观测器信号连接，负载观测器与计算机数控系统(I)信号连接，伺服电机(3 )与压力机机械机构(4)相互连接，位移传感器(7 )与计算机数控系统(I)信号连接。2.根据权利要求1所述的伺服压力机的无压力传感器控制装置，其特征是:计算机数控系统(I)包括第一加法器(14)、第二加法器(15)、第三加法器(16)、位置控制器(13)、压力控制器(8)、压力/位置切换控制器(9)和速度给定限幅模块(10)； 第一加法器(14)分别与位置控制器(13)和第三加法器(16)信号连接，位置控制器(13)与第三加法器(16)信号连接；第二加法器(15)与压力控制器(8)信号连接；第三加法器(16)和压力控制器(8)分别与压力/位置切换控制器(9)信号连接，压力/位置切换控制器(9)与速度给定限幅模块(10)信号连接。3.根据权利要求1所述的伺服压力机的无压力传感器控制装置，其特征是:计算机数控系统(I)包括第一加法器(14)、第二加法器(15)、第三加法器(16)、位置控制器(13)、压力控制器(8)、速度给 定限幅模块(10)和位置控制输出限幅模块(11); 第一加法器(14)与位置控制器(13)信号连接，位置控制器(13)与第三加法器(16)信号连接；第三加法器(16)与位置控制输出限幅模块(11)信号连接，位置控制输出限幅模块(11)与第二加法器(15)信号连接，第二加法器(15)与压力控制器(8)信号连接；压力控制器(8)与速度给定限幅模块(10)信号连接。4.根据权利要求1所述的伺服压力机的无压力传感器控制装置，其特征是:计算机数控系统(I)包括第一加法器(14)、第二加法器(15)、第三加法器(16)、位置控制器(13)、压力控制器(8)、压力/位置切换控制器(9)、速度给定限幅模块(10)、位置控制输出限幅模块(11)和压力设定值模块(12)； 第一加法器(14)与位置控制器(13)和第三加法器(16)信号连接，位置控制器(13)与第三加法器(16)信号连接；第三加法器(16)分别与位置控制输出限幅模块(11)和压力设定值模块(12)信号连接，位置控制输出限幅模块(11)和压力设定值模块(12)分别与压力/位置切换控制器(9)信号连接；压力/位置切换控制器(9)与第二加法器(15)信号连接，第二加法器(15)与压力控制器(8)信号连接；压力控制器(8)与与速度给定限幅模块(10)信号连接。5.伺服压力机的无压力传感器控制装置的控制方法，其特征是:A、位移传感器(7)获得压力机机械机构(4)中滑块的实际位置信号； B、电流传感器(5)获得电流信号，速度传感器(6)获得速度信号； C、电流传感器(5)和速度传感器(6)分别将电流信号和速度信号输入到负载观测器中进行相应的计算，计算后得出压力机机械机构(4)中滑块的实际压...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁文其，胡旭东，史伟民，胡东轩，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
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