伺服壓力機主傳動及其控制技術(shù)

伺服壓裝機驅(qū)動已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)成型領(lǐng)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(lǐng)域應(yīng)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(guān)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(guān)心的主要方面。

1、伺服壓力機主傳動的結(jié)構(gòu)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。

1.1、直接驅(qū)動是伺服電機直接安裝在曲軸的端部，主要應(yīng)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(shè)計空間、能耗低等優(yōu)點；

1.2、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(gòu)來傳動扭矩進行動力的輸出。這種方式應(yīng)用靈活多變，滿足各種不同的執(zhí)行方式設(shè)計；

1.3、混合式驅(qū)動是將傳統(tǒng)的壓力機和傳動系統(tǒng)結(jié)合而來，把飛輪融入到伺服驅(qū)動，結(jié)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(shù)

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(shù)的發(fā)展。伺服電機驅(qū)動的研究成為重中之重。為此建立一個精準的控制模型，選擇合理的驅(qū)動方案是保證沖壓精度和效率的關(guān)鍵。隨著科技的進步和發(fā)展，控制技術(shù)也在發(fā)生著巨大的變化。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：

2.1、微分幾何控制方法。這種控制方法通過把非線性的系統(tǒng)進行精準的線性化來實現(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。

2.2、變結(jié)構(gòu)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，對模型的精準度要求也不高，但是所控制的驅(qū)動部件會產(chǎn)生振動。

2.3、自適應(yīng)控制法是系統(tǒng)通過實時修整自身的特性來適應(yīng)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。

2.4、魯棒性控制法運用測量技術(shù)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(yīng)。這種控制法專注于狀態(tài)，不進行變量的調(diào)整，算法也不需要精準的模型，但是控制器需要在有界的建模誤差下使系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.5、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(luò)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)那樣敏感和精準，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(xué)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(fù)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(xué)模型，但它的控制也是較為復(fù)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(gòu)，通過主軸運動，從而達到對相關(guān)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(guān)重要的，存在主軸運動，必然就會存在其相應(yīng)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(yīng)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(xué)者通過對伺服壓力機主傳動結(jié)構(gòu)運動力學(xué)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(chǔ)上建立了曲柄滑塊機構(gòu)模擬仿真模型，這種仿真模型主要是通過Solidwork、ANSYS 和 ADAMS 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(gòu)的動態(tài)運動特征，從而為設(shè)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(gòu)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(gòu)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(shè)計參數(shù)的柔性變更。同時，在理論研究與實際結(jié)合上，我國周莉?qū)W者對曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進行了數(shù)學(xué)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(yīng)用表明，主軸運動控制可以通過曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)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(guān)計算及試驗而得出的。