曲柄伺服压力机数字化仿真系统开发及应用

为了在减少人力物力的同时给设计和优化曲柄伺服压力机的机电一体化系统组成提供方案及可行性参考,采用Simulink语言开发了曲柄伺服压力机的数字化集成仿真系统,并基于该仿真系统进行了虚拟制造的应用分析。集成仿真系统由运动控制、大功率电驱动、机械传动机构三部分组成。运动控制部分设计了恒速、变速驱动的工作模式;电驱动部分引入基于电子飞轮的永磁交流伺服系统和电机组合,其中永磁交流伺服系统采用速度外环、电流内环两环控制结构的矢量控制策略,引入变参数积分分离的PI调节器;机械传动机构采用曲柄连杆机构。分析结果表明,在同一冲压速度下,伺服压力机的加工效率采用变速驱动工作模式会比恒速驱动模式高,且在一个工作周期内采用变速驱动时驱动系统更加节能,从而为进一步提高曲柄伺服压力机的制造效率提供了依据。     

横向磁场电机伺服直驱压力机控制策略研究

为实现伺服压力机的柔性加工控制,在分析曲柄肘杆伺服压力机驱动系统的基础上,提出采用Bezier曲线数学模型的伺服压力机系统控制策略,并给出具体控制方案。给出了应用电枢电流有效值和初相进行控制的横向磁场驱动电机控制策略,建立了电机的伺服控制系统,对曲柄的运转进行精确的控制,最终将Bezier曲线数学模型计算得到的柔性加工给定曲线在滑块上实现。冲裁工艺柔性加工的模拟运行控制结果表明:控制系统能够获得满足加工工艺要求的精确滑块运行曲线。     

伺服压力机系统特性及其柔性应用

正目前,伺服压力机除了大规模应用的曲柄连杆、丝杠螺母等传统机构外,还采用了肘杆、多连杆、差动轮系、蜗轮蜗杆等机构,且对这些基本机构进行串联式或并联式组合设计。在国内大规模应用的伺服压力机从驱动结构来说主要是前两种结构。本文就目前国内主要应用的曲柄连杆和丝杠螺母传动结构进行了分析与比较,并对目前我公司已经     

双驱动伺服曲柄压力机协调控制方案分析

针对双驱动伺服曲柄压力机的电机协调性问题,建立了双驱动伺服曲柄压力机的虚拟样机和数学模型,根据样机参数进行了数值仿真和实验研究,两者结果非常接近,验证了数学模型的正确性。在分析各种协调控制算法优缺点的基础上,利用滑模变结构控制策略设计了控制算法,建立了ADAMS和MATLAB的联合仿真控制系统,并与PID控制方案进行比较。结果表明,采用滑模变结构控制算法的协调控制系统具有较好的抗干扰性和协调性,并具有优于PID控制系统的性能。     

直流无刷电机驱动曲柄压力机动态仿真与实验研究

研制了由直流无刷电机驱动的250kN伺服曲柄压力机试验样机,以直流无刷电机取代普通异步电机,取消了机械飞轮和离合器,驱动电路中配有大电容,以储存和释放电能。对压力机驱动和传动系统进行了理论分析,建立了机电系统的数学模型;根据样机参数进行了数值仿真和实验研究,二者结果十分接近,证明了数学模型的正确性;实验样机可以获得滑块的任意工作曲线,实现工作特性的柔性化;电容器可以起到“电子飞轮”储放能量的作用,在实验条件下,冲裁时电网瞬时峰值电流可减少86.3%。     

交流伺服电机驱动机械式压力机的发展

分析了机械式压力机交流伺服电机驱动的背景，总结了交流伺服驱动压力机的特点及当前的发展现状。指出研制高容量、大扭矩、低持速交流伺服电机；提高大变负荷下交流伺服驱动系统的效率，开发新的传动机构以满足伺服控制和承载能力的需要是现阶段此项技术发展的关键。     

伺服压力机的滑块运动计算和冲击特性测量

对曲柄压力机滑块运动规律计算方法进行了研究,并对冲压力的理论计算和测量方法进行了介绍。对3种典型运动规律下的冲压过程,进行了运动仿真,并在自行改造的小型伺服压力机上进行了实际伺服控制实验。实验表明,与传统压力机相比,伺服控制压力机不仅可以满足不同加工工艺对滑块运动规律的要求,而且可以有效改变冲压力变化规律,提高冲压产品质量和生产效率。     

机械压力机伺服化改造的设计与研究

在对传统机械压力机进行伺服化改造时,必须充分考虑原有机械结构,合理设计电气控制系统,通过最少的附加投入获得最大的伺服性能。为了探索机械压力机伺服化改造的一般方法,以一台1 100 kN传统电动机械压力机为例,对其传动系统进行了运动学和动力学分析,阐明了位置、力和惯量的定量传递关系,并在此基础上完成了伺服电机优化选型,研制了大功率伺服控制器,设计了高精度伺服控制算法。仿真和试验测试结果表明,改造后的伺服压力机能够精确跟踪预设冲压曲线,完成加减速和保压控制,实现了预期伺服功能。设计过程对传统压力机伺服化改造工作具有普遍借鉴意义。     

伺服曲柄压力机的刚性连接分析

伺服曲柄压力机是传统压力机的换代产品.当电机轴与齿轮刚性连接时,在滑块打击瞬间,存在过载现象.以伺服电机全速降的最大角加速度分析为基础,提出了伺服压力机刚性连接时电机轴伸负载的计算方法,并进行了200t伺服压力机的设计实例分析.提出了增设摩擦安全联轴器或选用高强度材料或增大轴伸直径的解决方案.结果对伺服压力机的设计起关键作用.     

基于ARM和FPGA的嵌入式伺服压力机控制系统设计

通过对曲柄滑块伺服压力机和伺服电机的工作原理进行分析,对伺服压力机控制系统的软硬件进行了选择和设计,为伺服压力机滑块的精确控制提供了依据。设计了以S3C2440微处理器和FPGA为核心的控制器,构建了Linux+Xenomai的实时操作系统,并采用Qt/Embedded开发人机交互界面。控制系统功能完善,操作界面设计人性化。     

Dynamic modeling and experiment of a new type of parallel servo press considering gravity counterbalance

The large capacity servo press is traditionally realized by means of redundant actuation, however there exist the over-constraint problem and interference among actuators, which increases the control difficulty and the product cost. A new type of press mechanism with parallel topology is presented to develop the mechanical servo press with high stamping capacity. The dynamic model considering gravity counterbalance is proposed based on the virtual work principle, and then the effect of counterbalance cylinder on the dynamic performance of the servo press is studied. It is found that the motor torque required to operate the press is a lot less than the others when the ratio of the counterbalance force to the gravity of ram is in the vicinity of 1.0. The stamping force of the real press prototype can reach up to 25 MN on the position of 13 mm away from the bottom dead center. The typical deep-drawing process with 1 200 mm stroke at 8 strokes per minute is proposed by means of five order polynomial. On this process condition, the driving torques are calculated based on the above dynamic model and the torque measuring test is also carried out on the prototype. It is shown that the curve trend of calculation torque is consistent to the measured result and that the average error is less than 15%. The parallel mechanism is introduced into the development of large capacity servo press to avoid the over-constraint and interference of traditional redundant actuation, and its dynamic characteristics with gravity counterbalance are presented.     

高速精密压力机理想驱动转矩研究

建立了高速精密压力机理想驱动转矩的表达式,并对其进行了简化。以研发中的多连杆式高速精密压力机为例,计算了其理想驱动转矩,并与曲柄滑块式的高建精密压力机高速精密压力机进行了比较分析。结果表明:理想驱动转矩不仅与公称力有关,还与驱动形式、曲柄转速、等效运动质量有关;惯性力所引起的转矩在一定速度下可超过公称力所必需的转矩;该多连杆式高速精密压力机不适宜于过高的冲压速度。研究结果有助于高速精密压力机主传动型式的选择及上模质量的确定。     

数控转塔冲床伺服主传动部件的分析

介绍了数控转塔冲床伺服主传动部件的多种结构形式,分析了各种结构形式不同的性能特点,阐述了两台伺服电机直接连接在曲轴两端所要解决的关键技术。     

转塔冲床齿轮-斜楔机构优化与动力学仿真

为了提高伺服转塔冲床的动态性能,采用齿轮-斜楔机构作为伺服转塔冲床的主传动机构,在ADAMS软件中建立了该机构的参数化动力学模型;以电机所需扭矩最小为优化目标,对机构进行了优化设计.结果表明,该齿轮-斜楔机构能够有效利用伺服电机扭矩.     

Drawing motion profile planning and optimizing for heavy servo press

An efficient drawing mode for heavy servo press was proposed with four sections which are defined on the whole slide motion stroke. Four key control points, which represent the requirements of drawing process, were employed to realize the eccentric drawing motion profile planning. To reduce the power requirement of the servo motor, a flexible acceleration and deceleration control algorithm was proposed, and the eccentric motion profile of the servo press was constructed based on the algorithm. Then, the optimization model of the drawing eccentric motion profile was established to maximize the production rate, taking into account all boundary conditions including the maximum velocity and acceleration of slide, the space and time limit of feeder, the torque and thermal limit of servo motor. This optimization model was solved by the combination of the penalty function and the complex method, which need the least time. The program of the drawing motion profile optimization was developed and applied on a 2,500 t servo press. Finally, the experimental validation of the body side panel drawing was carried out. The results show that the proposed efficient drawing mode and the optimization method could obtain the optimal motion profile and the maximum production rate. This research provides the theoretical foundation and optimization method for the drawing motion profile optimization design for heavy servo press.     

精密伺服锻压机双电机同步控制方案分析

针对新型伺服锻压机存在电机精确同步的瓶颈问题,引入了双电机交叉耦合同步控制方案.该方案将主、从电机的电流进行比较,得到了一个差值作为从电机的附加反馈信号.从电机根据这一附加反馈信号对自身的速度进行了动态调整,从而获得了较好的同步精度.先从理论角度对比分析了主令双电机同步控制方案和交叉耦合双电机同步控制方案两者的控制效果以及存在的问题.接着分别使用主令双电机同步控制方案和交叉耦合双电机同步控制方案控制锻压机执行相同的工艺曲线,通过实验对比分析了两种同步方案下的耦合误差和两电机的扭矩曲线.研究结果表明,在紧耦合的双电机系统中,交叉耦合双电机同步控制方案能满足系统的位置和扭矩同步要求,两电机的同步误差在0.35°以内.     

Phase-Division-Based Dynamic Optimization of Linkages for Drawing Servo Presses

Existing linkage-optimization methods are designed for mechanical presses; few can be directly used for servo presses, so development of the servo press is limited. Based on the complementarity of linkage optimization and motion planning, a phase-division-based linkage-optimization model for a drawing servo press is established. Considering the motion-planning principles of a drawing servo press, and taking account of work rating and efficiency, the constraints of the optimization model are constructed. Linkage is optimized in two modes: use of either constant eccentric speed or constant slide speed in the work segments. The performances of optimized linkages are compared with those of a mature linkage SL4-2000A, which is optimized by a traditional method. The results show that the work rating of a drawing servo press equipped with linkages optimized by this new method improved and the root-mean-square torque of the servo motors is reduced by more than 10%. This research provides a promising method for designing energy-saving drawing servo presses with high work ratings.     

双向匀速摆动光学平台的运动规划与虚拟仿真

根据设计要求先对输出摇杆进行了运动规划以得到理想的角速度曲线,利用运动学反求法得到输入曲柄的运动规律;再在ADAMS中对该机构进行了虚拟样机仿真,驱动曲柄按照得到的伺服输入运动规律转动,得到了摇杆的实际输出角速度曲线;经误差分析,结果表明,所设计的曲柄摇杆机构满足光学平台的双向匀速摆动输出要求.     

曲柄滑块机构的工业应用设计

介绍了曲柄压力机的工作原理及结构,阐述了压力机机身的设计及传动系统的配置。