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）

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節優勢，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，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

伺服電機驅動已經廣泛應用于工業成型領域，大大提高了成型效率和成型的質量。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，主傳動的質量直接關系著沖壓的生產效率和產品的質量，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，伺服壓力機發展速度迅猛，目前國內外主要的壓力機主傳動形式有伺服電機直接驅動、伺服電機間接驅動、混合式驅動三種形式。直接驅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，這種驅動方式具有加工精度高、生產中噪聲低、節約設計空間、能耗低等優點；間接驅動是伺服電機不直接和執行元件相聯接，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，滿足各種不同的執行方式設計；混合式驅動是將傳統的壓力機和傳動系統結合而來，把飛輪融入到伺服驅動，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 伺服電機控制驅動技術研究

近年來，隨著沖壓行業的發展，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展。伺服電機驅動的研究成為重中之重。為此建立一個精確的控制模型，選擇優秀合理的驅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展，控制技術也在發生著巨大的變化。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矩控制理論，目前控制策略正在向數字化的方向快速發展。數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進行精確的線性化來實現對驅動的控制。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依據系統的變化來調整控制模型，以實現對驅動的控制。這種方法控制規律異常簡單，對模型的精確度要求也不高，但是所控制的驅動部件會產生振動。

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

魯棒性控制法運用測量技術來測量系統的誤差，然后通過誤差糾正來調節控制系統的響應。這種控制法專注于狀態，不進行變量的調整，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穩定。

智能控制是一種智能化的控制策略，也就是說，它是通過神經網絡傳輸的方式，但從理論上來說，它并不像一些末梢神經系統那樣敏感和精確，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，從數字化控制的控制策略來看，它再其發展運算的過程中，并不一來于對象的數學模型，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點，但進一步來看，雖然智能控制不依賴于數學模型，但它的控制也是較為復雜的，而在實際中，智能控制法的實現難度較大。

3 主軸運動控制策略

在伺服壓力機傳動運轉的過程中，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 聯合仿真模型的建立，通過數據模擬與計算，得到曲柄滑塊機構的動態運動特征，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，能夠實現設計參數的柔性變更。同時，在理論研究與實際結合上，我國周莉學者對曲柄滑塊結構進行了數學模型的撿垃圾，從一定程度上仿真了單位時間內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化實現，而具體實現策略是經過模型建立、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展過程中起到了十分重要的作用，它通過速度、傳動調節以及主軸運動控制策略，從而實現工程機械運作的高精度、定額速度的精確控制。

參考文獻：

[1]陳昊，王永，周建亮等．永磁同步電動機系統模型辨識[J]．微特電機，2013,41(01):7-10．

[2]尚萬峰，趙升噸．伺服壓力機加工工藝的Bezier模型及其優化研究[J].西安交通大學學報，2012，46(03):31-35．

[3]宋清玉，郭寶峰，李建等．伺服壓力機柔性加減速控制算法[J].農業機械學報，2013,44(06):269－273．

[4]夏敏，向華，莊新村等．基于伺服壓力機的板料成形研究現狀與發展趨勢[J]．鍛壓技術，2013,38(02):1-5．