基于DSP的沖壓材料成型控制規律的研究

摘 要：基于DSP系統開發平臺，對沖壓材料成型控制規律進行研究分析，即根據各類材料所具有的沖壓特性，利用系統進行仿真分析，爭取不斷提高材料沖壓成型處理效果，提高控制系統運行的精確性、運行穩定性以及相應失效性。本文對基于DSP沖壓材料成型控制規律作了簡要分析。

關鍵字：DSP，沖壓材料；控制系統

1 前言

為滿足社會經濟發展需求，逐漸有更多新型設備被應用于現代加工行業，其中伺服沖床已經被廣泛的應用多種機械加工中。為更好的提高沖床加工結果高效性與多樣性，必須要在現有基礎上對伺服系統柔性特點進行優化。并且，材料狀態特性為應力-應變-應變速率曲面上的點，通過對此特性的應用，材料加工時形變會沿著最佳曲線進行，對系統加工的可控能力提出了較高的要求。

2 哈弗結構

一般情況下DSP芯片會采用數據總線或者程序總線分離的哈弗結構，能夠將程序代碼與數據存儲在不同存儲空間，如數據存儲器與程序存儲器兩個相互獨立的存儲空間，并且不同存儲空間均具有獨立的訪問與編址。此種設計方式，對兩個不同的存儲器系統設置了程序與數據兩條總線，可以更有效提高數據吞吐率。

另外，也會應用改進哈弗結構，在哈弗結構原有特征基礎上，程序與數據存儲空間之間還能夠實現數據交換，并且程序存儲空間能夠對數據存儲空間進行初始化處理，或者是直接將數據存儲空間內內容轉移到程序存儲空間內，與哈弗結構相比，此種方式可以更好的降低成本，并提高存儲器使用效率。

3 沖壓成型材料

3.1 熱軋鋼板

常用的熱軋鋼板在熱軋處理后會在成型的鋼板材料上形成一層10μm左右的黑色氧化層，在后期沖壓成型加工時，受氧化層脆且硬特點影響，在剝落時很容易對模具造成損壞[1]。基于此，在進行沖壓成型加工時，可以利用酸對材料表面氧化層進行沖洗，雖然鋼板結構表面粗糙，但是易于潤滑對成型加工影響較小。另外，與冷軋鋼板相比，熱軋鋼板缺少組織結構，并且其厚度與性能具有較大波動性，會在一定程度上影響沖壓成型效果，應結合實際需求來確定是否采用其加工。

3.2 冷軋鋼板

冷軋鋼板也是常用的沖壓成型加工材料，其具有優良的表面質量與沖壓性能，在加上其厚度與性能穩定性高，應用范圍比較廣泛，主要包括時效性與非時效性兩種。其中，退火后低碳冷軋鋼板在拉伸曲線上具有屈服點，受C與N原子影響，會使材料產生不連續屈服現象，這樣在沖壓成型加工時很容易出現破壞表面光滑的滑移線[2]。針對此種情況，退火后要對鋼板進行一定縮減量的軋制。另外，還可以在鋼板內添加Al與Ti原子來抑制C與N對斷層位置的影響。

4 控制系統

以提高伺服沖床沖壓成型加工材料成型控制規律效果為目的，需要做好對滑塊速度軌跡的控制，即從控制算法與建模角度著手，并基于材料最佳成型規律對沖壓速率要求的特點，確定速度環上系統采用半閉環結構，而位置環采用全閉環結構的控制方式設計。

控制系統運行時，輸入信號為期望電機速度軌跡，輸出信號為滑塊實際速度軌跡，執行元件為直驅式伺服電機，滑塊為系統控制對象，并且由光電編碼器以及光柵尺來組成檢測裝置。在材料沖壓成型加工時，系統內控制器需要對速度軌跡信號進行計算，將結果與速度信號比較計算所需值，并將其轉變為相應的PWM波闡述給伺服控制器，由控制器來驅動電機運轉。同時控制器利用PWM波頻率對電機運轉速度進行控制，在電機驅動傳動及的運轉下帶動滑塊做往復沖壓運動。在沖壓過程中將滑塊位置信號反饋給控制器，由控制器根據反饋的信號做出相應的控制調整，確保材料沖壓成型效果。

5 系統建模

5.1 伺服電機建模

伺服電機為機電控制元件，電動機最終要將電能轉換為機械能，基于此在對其進行建模時，就需要做好機械與電氣兩部分的研究。從實際情況來分析，基于永磁交流伺服系統頻帶寬度影響，其要遠大于整個伺服控制系統洗好頻帶寬度，因此為保證系統運行效果，可以將其簡化為一階慣性環節。

5.2 機械機構建模

在對機械機構進行建模時，可以利用pro-E軟件來完成實體建模，完成后將其導入Adams仿真軟件中通過Adams/Control以及模塊構造系統樣機模型，對各種約束與作用力進行分析確定。后對Adams/View或Adams/solver程序以及Matlal）控制軟件進行結合處理，機械系統與控制系統共享Adams，完成樣機模型的建立，并要進行聯合仿真分析[3]。其中，Adams_ sub模塊接收伺服電機的轉速信息，并輸出滑塊的速度信息。

5.3 控制器模型構建

對控制器模型進行分析時，可以利用Matlal）軟件中DSP編程的Target for TI C2000工具包，對控制器模型進行構件，主要包括F2812目標參數設定功能模塊，確定并開發DSP芯片類型。另外，還包括C2812QEP功能模塊，主要來讀取光電編碼器脈沖值；PID Controller功能模塊，實現對轉速的調節；C2812PWM功能模塊，完成相應PWM波的輸出。并由Signal Generator模塊輸出，輸入PID模塊基準值為期望滑速度軌跡，對基準轉速以及采集模塊得到的實際速度值進行對比，利用PID調節計算加工所需轉速，利用Speed to Frequency模塊將速度值轉換為PWM波頻率值，最后由DSP自帶的PWM模塊產生相應的PWM波形輸出給伺服驅動器[4]。

6 結束語

想要提高DSP控制系統對沖壓材料成型控制規律的掌握，就需要針對材料沖壓成型加工特點對整個開發流程進行研究，重點進行算法模型設計、優化以及結果驗證。可以有效縮短控制系統開發時間，對降低開發成本，提高系統開發效果具有重要作用。

參考文獻：

[1]郭偉，潘仲明.基于Matlab平臺的DSP控制系統仿真技術研究[J].測控技術，2011（25）：55-58.

[2]李偉.基于PID的恒壓供水系統壓力震蕩的消除方法阻電子技術，2010：43-45.

[3]華林.沖壓材料的應用及發展趨勢.機械工人，2011（12）：15.

[4]朱偉成，徐成林等.沖壓技術發展趨勢.汽車工藝與材料，2011（1）：16-20.

作者簡介：童方超，專業：材料成型及控制工程。