专利名称：用于全电动折弯机的多轴同步控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及涉及工业自动化控制与折弯机数控技术领域，特别涉及一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统及控制方法。
背景技术：
板料折弯是钣金加工工艺中重要的一种。该工艺采用成套上下模具，在冷态下通过挤压使金属板材产生塑性变形折制成预定角度的钣金件。该工艺的通用性好、工艺简单、成形质量高等优点，已广泛应用于电器、造船、航空、重型机械制造等行业领域。为实现折弯机数控化，提高定位精度与同步精度，克服传统液压式折弯机的固有缺点，采用伺服电机直接驱动的全电动折弯机成为主流。小功率全电动折弯机上模滑块仅需二台伺服电机同步驱动控制，而大功率要实现1000KN及以上的折弯压力，则需要使用多 台伺服电机在一个滑块(刚体)上进行同步驱动。但，在大功率全电动折弯机实际使用中，存在各电机受力不平衡引发的位置不同步现象，从而导致机械上的强耦合，而机械上的强耦合将导致滑块等移动部件扭斜，加剧丝杠等传动器件磨损，降低加工精度与机床寿命，严重时损坏驱动元件与行走机构。为防止上述情况发生，驱动滑块需要多轴同步速度位置联动。因此，研究多轴电机位置同步控制系统是大功率全电动折弯机研制中必不可少的环节。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有工业自动化控制与折弯机数控的技术不足，提供一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统。进一步地，本发明提供一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统的控制方法。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为
提供一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，包括运动控制板卡、数控系统与若干组滑块驱动机构；每组滑块驱动机构包括伺服驱动器、永磁同步伺服电机、同步皮带传动机构、滚珠丝杠与光栅尺；所述永磁同步伺服电机通过同步皮带传动机构与滚珠丝杠连接，且滚珠丝杠的底端安装于折弯机滑块的顶端；所述光栅尺安装在折弯机滑块的背面且与滚珠丝杠在同一竖直轴线上；所述永磁同步伺服电机还与伺服驱动器相连，伺服驱动器及光栅尺分别通过运动控制板卡与数控系统相连。优选地，所述伺服驱动器的三相输出与所述伺服电机动力电源侧连接；所述伺服驱动器的X2功能端口通过电缆线与运动控制板卡连接，所述伺服驱动器的编码器输入端口通过电缆线与永磁同步伺服电机的旋转编码器输出端连接。优选地，所述数控系统包括工控计算机与嵌入式触摸屏；所述嵌入式触摸屏与工控计算机连接；所述运动控制板卡包括开关量控制板卡与速度控制板卡；所述伺服驱动器及光栅尺与速度控制板卡连接，所述开关量控制板卡通过电缆线连接折弯机滑块的上下行程限位开关；所述开关量控制板卡与速度控制板卡均通过光纤连接至工控计算机内部的PCI模块。优选地，所述同步皮带传动机构包括第一带齿轮、同步皮带与第二带齿轮；第一带齿轮安装于永磁同步伺服电机的输出轴上，第二带齿轮安装于滚珠丝杠的螺母上，第二带齿轮通过同步皮带与第一带齿轮连接。 优选地，所述折弯机滑块的长度大于3000_。优选地，所述滑块驱动机构的数量为四个，分别为第一滑块驱动机构、第二滑块驱动机构、第三滑块驱动机构与第四滑块驱动机构；第一滑块驱动机构包括第一伺服驱动器、第一永磁同步伺服电机、第一同步皮带传动机构、第一滚珠丝杠与第一光栅尺；第二滑块驱动机构包括第二伺服驱动器、第二永磁同步伺服电机、第二同步皮带传动机构、第二滚珠丝杠与第二光栅尺；第三滑块驱动机构包括第三伺服驱动器、第三永磁同步伺服电机、第三同步皮带传动机构、第三滚珠丝杠与第三光栅尺；第四滑块驱动机构包括第四伺服驱动器、第 四永磁同步伺服电机、第四同步皮带传动机构、第四滚珠丝杠与第四光栅尺。进一步地，本发明提供一种用于全电动折弯机的多轴同步控制方法，工控计算机包括运动控制模块、PID模块、模糊控制模块、速度与力矩输出控制模块、PCI通讯模块与力矩限幅控制模块；所述运动控制器模块包含使能端控制、轨迹规划处理与反馈位置处理；所述多轴同步控制方法包括高速同步驱动阶段与加压折弯驱动阶段；
1)通过嵌入式触摸屏对参数进行设置；
2)通过嵌入式触摸屏针对特定工件输入折弯数据，工控计算机将自动计算折弯行程、角度与挠度补偿量，生成折弯程序；
3)折弯时，将待折弯板料置于全电动折弯机的下工作台上，数控系统驱动全电动折弯机的后挡料装置定位；此时，多轴同步控制系统为高速同步驱动阶段；其中，第一伺服驱动器与第四伺服驱动器设置成速度控制模式；第二伺服驱动器与第三伺服驱动器设置成力矩控制模式，第二伺服驱动器驱动第二永磁同步伺服电机力矩跟随第一永磁同步伺服电机力矩，第三伺服驱动器驱动第三永磁同步伺服电机力矩跟随第四永磁同步伺服电机力矩；同时，力矩限幅控制模块将四台永磁同步伺服电机的输出力矩调整为给定值，且力矩变化曲线为线性变化；
4)全电动折弯机的滑块带动其上模以10 100mm/S的速度下行至速度转换点，再以I lOmm/s的速度下行至夹紧点；此时，多轴同步控制系统切换为加压折弯驱动阶段；所述四个伺服驱动器均设置成速度控制模式，力矩限幅控制模块将四台永磁同步伺服电机的输出力矩线性调整为给定的加压力矩，进而加压折弯至行程终点并进行保压；
5)保压时间到后，力矩限幅控制模块通过减少力矩输出值控制四台伺服驱动器同时自动进行卸压，多轴同步控制系统切换为高速同步驱动阶段并控制全电动折弯机的滑块高速向上回程，取走成形板料，加工完毕。优选地，所述高速同步驱动阶段包括如下步骤
(1)运动控制模块依据用户指令规划出各轴运动轨迹，并将其转换成位置指令下发至PID模块，PID模块根据自身比例、积分与微分参数对输入指令处理后第一输出速度指令值；
(2)速度指令经PCI通讯模块直接发至速度控制板卡，速度控制板卡将其转换成模拟电压经电缆线传输至第一伺服驱动器与第四伺服驱动器，第一伺服驱动器驱动第一永磁同步伺服电机，第四伺服驱动器驱动第四永磁同步伺服电机按照给定速度运转，并分别通过第一滚珠丝杠与第四滚珠丝杠的带动滑块作上下直线运动；
(3)第一光栅尺、第二光栅尺、第三光栅尺与第四光栅尺分别实时检测折弯机滑块机械位置，转换成电平信号传输至速度控制板卡，速度控制板卡将电信号转换成第一数字量后经PCI通讯模块反馈至PID模块；PID模块将第一数字量与第一输出速度指令值作比较得到位置偏差，该位置偏差经由比例、积分调节后产生新的速度指令，并通过步骤(2)控制第一永磁同步伺服电机与第四永磁同步伺服电机转速；
(4)将速度与力矩输出控制模块设置为力矩输出模式，速度控制板卡采集第一永磁同步伺服电机与第四永磁同步伺服电机实时输出的力矩信号，经PCI通讯模块传输至速度与力矩输出控制模块45PCI通讯模块对力矩信号作平滑与滤波处理后，再由PCI通讯模块下发至速度控制板卡，经电缆线分别送至第二伺服驱动器与第三伺服驱动器，第二伺服驱动器通过第二滚珠丝杠驱动第二永磁同步伺服电机力矩跟随第一永磁同步伺服电机力矩，第三伺服驱动器通过第三滚珠丝杠驱动第三永磁同步伺服电机力矩跟随第四永磁同步伺服电机力矩；
(5)模糊控制模块将其中一台永磁同步伺服电机的速度反馈同另外三台永磁同步伺服电机的速度反馈分别作差，然后根据各永磁同步伺服电机转动惯量比值确定速度补偿量；并使用位置补偿量及其变化率作为参考，在线调整各轴PID控制器的参数；
(6)运功控制模块通过其切换控制端口输出逻辑低电平对速度与力矩输出控制模块与模糊控制模块工作模式进行切换，实现高速同步驱动阶段切换至加压折弯驱动阶段。优选地，所述加压折弯驱动阶段包括如下步骤
(1)运动控制模块依据用户指令规划出各轴运动轨迹，并将其转换成位置指令下发至PID模块，PID模块根据自身比例、积分与微分参数对输入指令处理后第二输出速度指令值；
(2)速度指令经PCI通讯模块直接发至速度控制板卡，速度控制板卡将其转换成模拟电压经电缆线传输至第一伺服驱动器与第四伺服驱动器；第一伺服驱动器驱动第一永磁同步伺服电机、第四伺服驱动器驱动第四永磁同步伺服电机按照给定速度运转，并分别通过第一滚珠丝杠与第四滚珠丝杠的带动滑块作上下直线运动；
(3)第一光栅尺、第二光栅尺、第三光栅尺与第四光栅尺分别实时检测全自动折弯机的滑块机械位置，转换成电平信号传输至速度控制板卡；速度控制板卡将电信号转换成第二数字量，再经PCI通讯模块反馈至PID模块，PID模块对第二数字量进行调节，PID模块将第二数字量与第二输出速度指令值作比较得到位置偏差，该位置偏差经由比例、积分调节后产生新的速度指令，并通过步骤(2)控制第一永磁同步伺服电机与第四永磁同步伺服电机转速；
(4)将速度与力矩输出控制模块设置在速度输出模式，第二伺服驱动器与第三伺服驱动器的输出速度指令中转到速度与力矩输出控制模块，第二伺服驱动器驱动第二永磁同步伺服电机、第三伺服驱动器驱动第三永磁同步伺服电机按照给定速度运转，并分别通过第二滚珠丝杠与第三滚珠丝杠的带动滑块作上下直线运动；
(5)模糊控制模块固定输出预置的PID模块的参数；
(6)运功控制模块通过其切换控制端口输出逻辑高电平对速度与力矩输出控制模块与模糊控制模块工作模式进行切换，实现加压折弯驱动阶段切换至高速同步驱动阶段。优选地，所述嵌入式触摸屏采集用户输入的折弯相关参数信息，其采集的参数信息包括目标折弯角度、折弯速度、模具信息、工件材料参数、滑块挠度变形补偿及平行度；在用户设定参数后，滑块挠度变形补偿与平行度通过运动控制模块来实现对第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠、第三滚珠丝杠与第四滚珠丝杠位置的控制；所述伺服同步控制系统还可以由用户在嵌入式触摸屏上输入压力参数实现滑块折弯压力的动态设置；
所述多轴同步控制系统还包括正负行程限位开关，开关量控制板卡实时监测滑块正负两个行程限位开关状态；滑块触碰正负行程限位开关时，开关量控制板卡通过PCI通讯模块向运动控制模块发送触发信号，运动控制模块停止第一永磁同步伺服电机、第二永磁同步伺服电机、第三永磁同步伺服电机、第四永磁同步伺服电机的运动。本发明相对于现有技术，具有以下有益效果
(1)本发明用于全电动折弯机的多轴同步控制系统结构新颖巧妙、清晰合理且易维护；采用该系统能够显著提高多台永磁同步伺服电机运行的同步性能以及折弯定位精度，并大幅减少了因永磁同步伺服电机间不同步而造成的滚珠丝杠与直线导轨的磨损，有效增长了折弯机传动机构的使用寿命；
(2)本发明用于全电动折弯机滑块的多轴同步控制系统采用该控制系统的折弯机在不运动的情况下，永磁同步伺服电机均处于静止状态，能最大程度的节省能源；
(3)—般来说，压折弯时，全自动折弯机的机架受力会产生形变；由于本系统在加压折弯段采用各滚珠丝杠独立按照各自的控制规律来精确控制位置，根据不同的加压压力计算出所需的顶架形变补偿量，将其叠加到中间两滚珠丝杠位置指令上即可补偿顶架形变，从而可方便实现对滑块挠度进行智能自动补偿；
(4)本系统调整简单，操作者只需在触摸屏上进行参数编辑就能完成一系列机床调整工作，从而极大的降低了对操作人员技术熟练程度的要求。
图I是本发明控制系统总体示意 图2是本发明多轴同步控制系统功能模块示意 图3是本发明单轴控制子系统结构示意 图4是本发明多轴同步控制系统结构框 图5是本发明多轴同步控制系统硬件抽象层框 图6是本发明多轴同步控制系统工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。如图I所示，本发明用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，包括运动控制板卡I、数控系统2与四组滑块驱动机构(3、4、5与6)。每组滑块驱动机构包括伺服驱动器、永磁同步伺服电机、同步皮带传动机构、滚珠丝杠与光栅尺。
其中，四组滑块驱动机构分别为第一滑块驱动机构、第二滑块驱动机构、第三滑块驱动机构与第四滑块驱动机构。第一滑块驱动机构包括第一伺服驱动器31、第一永磁同步伺服电机32、第一同步皮带传动机构33、第一滚珠丝杠34与第一光栅尺35。第一永磁同步伺服电机32通过第一同步皮带传动机构33与第一滚珠丝杠34连接，且第一滚珠丝杠34的底端安装于折弯机滑块的顶端。第一光栅尺35安装在折弯机滑块的背面且与第一滚珠丝杠34在同一竖直轴线上。第一永磁同步伺服电机32还与第一伺服驱动器31相连，第一伺服驱动器31及第一光栅尺35分别通过运动控制板卡I与数控系统2相连。第一伺服驱动器31、第一永磁同步伺服电机32、第一同步皮带传动机构33与第一滚珠丝杠34构成第一伺服系统30。第二滑块驱动机构包括第二伺服驱动器41、第二永磁同步伺服电机42、第二同步皮带传动机构43、第二滚珠丝杠44与第二光栅尺45。第二永磁同步伺服电机41通过43第二同步皮带传动机构与第二滚珠丝杠44连接，且第二滚珠丝杠44的底端安装于折弯机滑块的顶端。第二光栅尺45安装在折弯机滑块的背面且与第二滚珠丝杠44在同一竖直轴 线上。第二永磁同步伺服电机42还与第二伺服驱动器41相连，第二伺服驱动器41及第二光栅尺45分别通过运动控制板卡I与数控系统2相连。第二伺服驱动器41、第二永磁同步伺服电机42、第二同步皮带传动机构43与第二滚珠丝杠44构成第二伺服系统40。第三滑块驱动机构包括第三伺服驱动器51、第三永磁同步伺服电机52、第三同步皮带传动机构53、第三滚珠丝杠54与第三光栅尺55。第三永磁同步伺服电机52通过第三同步皮带传动机构53与第三滚珠丝杠54连接，且第三滚珠丝杠54的底端安装于折弯机滑块8的顶端。第三光栅尺55安装在折弯机滑块8的背面且与第三滚珠丝杠54在同一竖直轴线上。第三永磁同步伺服电机52还与第三伺服驱动器51相连，第三伺服驱动器51及第三光栅尺55分别通过运动控制板卡I与数控系统2相连。第三伺服驱动器51、第三永磁同步伺服电机52、第三同步皮带传动机构53与第三滚珠丝杠54构成第三伺服系统50。第四滑块驱动机构包括第四伺服驱动器61、第四永磁同步伺服电机62、第四同步皮带传动机构63、第四滚珠丝杠64与第四光栅尺65。第四永磁同步伺服电机62通过第四同步皮带传动机构63与第四滚珠丝杠64连接，且第四滚珠丝杠64的底端安装于折弯机滑块的顶端。第四光栅尺65安装在折弯机滑块的背面且与第四滚珠丝杠64在同一竖直轴线上。第四永磁同步伺服电机62还与第四伺服驱动器61相连，第四伺服驱动器61及第四光栅尺65分别通过运动控制板卡I与数控系统2相连。第四伺服驱动器61、第四永磁同步伺服电机62、第四同步皮带传动机构63与第四滚珠丝杠64构成第四伺服系统60。如图2所示，运动控制板卡I包括开关量控制板卡11与速度控制板卡12。速度控制板卡11的光纤模块Rx端口通过光纤7连接至工控计算机21内部PCI模块的Tx端口。该X端口还与开关量控制板卡11的光纤模块Rx端相连，开关量控制板卡11的光纤模块Tx端口与工控计算机内部PCI模块卡的Rx端口相连。如图3所示，四台伺服驱动器的三相输出U、V、W、PE分别与四台永磁同步伺服电机的动力电源侧连接。四台伺服驱动器的X2功能端口分别通过9芯电缆线于速度控制板卡12的DB9接头连接。其中，模拟输入端口 ISAOO与速度控制板卡12的速度指令输出端连接；模拟输入端口 ISAOl与速度控制板卡12的力矩控制指令输出端连接。另外，四台伺服驱动器的伺服开启信号、伺服报警信号及伺服清除报警信号分别与速度控制卡12的SRV_ON、ALM、SRV_CLR 相连。另外，四台伺服驱动器的编码器输入端口通过电缆线分别与相应永磁同步伺服电机的编码器输出端连接。四台伺服驱动器的抱闸控制端口分别于继电器线圈两端连接。四台永磁同步伺服电机的抱闸输入口与继电器常开开关连接。本发明的多轴同步控制系统划分为包括四组单轴全闭环同步子系统控制的滑块驱动机构。其采用等效速度、加速度复合前馈控制器来实现对给定位置信号的快速准确跟踪、采用二维模糊PID控制算法来提高四台永磁同步伺服电机的同步精度。相应的控制方法均在工控计算机内部编程实现。如图4所示，将第一伺服驱动器与第四伺服驱动器设置为速度输出模式，在位置环PID模块的作用下实现快速定位。将第二伺服驱动器与第三伺服驱动器设置为力矩输出模式。第二伺服驱动器通过第二滚珠丝杠驱动第二永磁同步伺服电机力矩跟随第一永磁同步伺服电机力矩，第三伺服驱动器通过第三滚珠丝杠驱动第三永磁同步伺服电机力矩跟随 第四永磁同步伺服电机力矩。控制方法在工控计算机内部编程实现。如图5所示，数控系统2包括工控计算机21与嵌入式触摸屏22。工控计算机21内部包括运动控制模块、PID模块、模糊控制模块、速度与力矩输出控制模块、PCI通讯模块与力矩限幅控制模块。运动控制模块、PID模块、模糊控制模块实现运功轨迹规划的控制。速度与力矩输出控制模块实现系统高速同步驱动结构与加压折弯结构的切换控制。力矩限幅控制模块实现力矩输出的控制。速度控制板卡12实现四组伺服系统(30、40、50与60)与工控计算机21的信息交互。所有模块在工控计算机内部使用C语言编程实现。如图6所示，折弯流程按图中所示进行操作，完成每个折弯节点加工。板材折弯角度主要是通过四组伺服系统(30、40、50与60)控制上模在下模凹槽中的位移来实现。在实际操作中，用户完成所有参数的设置，针对特定工件输入折弯数据，数控系统将工控计算折弯行程、角度与挠度补偿量，生成折弯程序。折弯时，将待折弯板料置于全电动折弯机的下工作台上，数控系统驱动全电动折弯机的后挡料装置定位；此时，多轴同步控制系统为高速同步驱动阶段；其中，第一伺服驱动器与第四伺服驱动器设置成速度控制模式；第二伺服驱动器与第三伺服驱动器设置成力矩控制模式，第二伺服驱动器驱动第二永磁同步伺服电机力矩跟随第一永磁同步伺服电机力矩，第三伺服驱动器驱动第三永磁同步伺服电机力矩跟随第四永磁同步伺服电机力矩；同时，力矩限幅控制模块将四台永磁同步伺服电机的输出力矩调整为给定值，且力矩变化曲线为线性变化；
全电动折弯机的滑块带动其上模从上死点高速下行至速度转换点，再以慢下速度下行至夹紧点；此时，多轴同步控制系统切换为加压折弯驱动阶段；所述四个伺服驱动器均设置成速度控制模式，力矩限幅控制模块将四台永磁同步伺服电机的输出力矩线性调整为给定的加压力矩，进而加压折弯至行程终点并进行保压；
保压时间到后，自动进行卸压，多轴同步控制系统切换为高速同步驱动阶段并控制全电动折弯机的滑块高速向上回程，取走成形板料，加工完毕。目前，我国已在各吨位液压式折弯机的研发上有所建树，但在更高层次的数控系统上依然全面落后于国外厂商，缺乏能够实用化并投放市场的折弯机数控系统。在日前欧美与日本等发达国家在重大装备关键技术上对我国实行壁垒与封锁政策的情况下，为打破国外在该技术的垄断地位，保证国民经济增长与可持续发展，迫切需要开发具有我国自主知识产权的先进制造技术。本发明全电动折弯机作为先进钣金加工设备的代表，对其进行研究与开发具有很高的技术意义与社会经济意义。 上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1.一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，其特征在于包括运动控制板卡、数控系统与若干组滑块驱动机构；每组滑块驱动机构包括伺服驱动器、永磁同步伺服电机、同步皮带传动机构、滚珠丝杠与光栅尺；所述永磁同步伺服电机通过同步皮带传动机构与滚珠丝杠连接，且滚珠丝杠的底端安装于折弯机滑块的顶端；所述光栅尺安装在折弯机滑块的背面且与滚珠丝杠在同一竖直轴线上；所述永磁同步伺服电机还与伺服驱动器相连，伺服驱动器及光栅尺分别通过运动控制板卡与数控系统相连。
2.根据权利要求I所述的用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，其特征在于所述伺服驱动器的三相输出与所述伺服电机动力电源侧连接；所述伺服驱动器的X2功能端口通过电缆线与运动控制板卡连接，所述伺服驱动器的编码器输入端口通过电缆线与永磁同步伺服电机的旋转编码器输出端连接。
3.根据权利要求I所述的用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，其特征在于所述数控系统包括工控计算机与嵌入式触摸屏；所述嵌入式触摸屏与工控计算机连接；所述运动控制板卡包括开关量控制板卡与速度控制板卡；所述伺服驱动器及光栅尺与速度控制板卡连接，所述开关量控制板卡通过电缆线连接折弯机滑块的正负行程限位开关；所述开关量控制板卡与速度控制板卡均通过光纤连接至工控计算机内部的PCI模块。
4.根据权利要求I所述的用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，其特征在于所述同步皮带传动机构包括第一带齿轮、同步皮带与第二带齿轮；第一带齿轮安装于永磁同步伺服电机的输出轴上，第二带齿轮安装于滚珠丝杠的螺母上，第二带齿轮通过同步皮带与第一带齿轮连接。
5.根据权利要求I所述的用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，其特征在于所述折弯机滑块的长度大于3000mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，其特征在于所述滑块驱动机构的数量为四组，分别为第一滑块驱动机构、第二滑块驱动机构、第三滑块驱动机构与第四滑块驱动机构；第一滑块驱动机构包括第一伺服驱动器、第一永磁同步伺服电机、第一同步皮带传动机构、第一滚珠丝杠与第一光栅尺；第二滑块驱动机构包括第二伺服驱动器、第二永磁同步伺服电机、第二同步皮带传动机构、第二滚珠丝杠与第二光栅尺；第三滑块驱动机构包括第三伺服驱动器、第三永磁同步伺服电机、第三同步皮带传动机构、第三滚珠丝杠与第三光栅尺；第四滑块驱动机构包括第四伺服驱动器、第四永磁同步伺服电机、第四同步皮带传动机构、第四滚珠丝杠与第四光栅尺。
7.—种如权利要求6所述的用于全电动折弯机的多轴同步控制方法其特征在于工控计算机包括运动控制模块、PID模块、模糊控制模块、速度与力矩输出控制模块、PCI通讯模块与力矩限幅控制模块；所述运动控制器模块包含使能端控制、轨迹规划处理与反馈位置处理；所述多轴同步控制方法包括高速同步驱动阶段与加压折弯驱动阶段； 1)通过嵌入式触摸屏对参数进行设置； 2)通过嵌入式触摸屏针对特定工件输入折弯数据，工控计算机将自动计算折弯行程、角度与挠度补偿量，生成折弯程序； 3)折弯时，将待折弯板料置于全电动折弯机的下工作台上，数控系统驱动全电动折弯机的后挡料装置定位；此时，多轴同步控制系统为高速同步驱动阶段；其中，第一伺服驱动器与第四伺服驱动器设置成速度控制模式；第二伺服驱动器与第三伺服驱动器设置成力矩控制模式，第二伺服驱动器驱动第二永磁同步伺服电机力矩跟随第一永磁同步伺服电机力矩，第三伺服驱动器驱动第三永磁同步伺服电机力矩跟随第四永磁同步伺服电机力矩；同时，力矩限幅控制模块将四台永磁同步伺服电机的输出力矩调整为给定值，且力矩变化曲线为线性变化； 4)全电动折弯机的滑块带动其上模以10 100mm/S的速度下行至速度转换点，再以I lOmm/s的速度下行至夹紧点；此时，多轴同步控制系统切换为加压折弯驱动阶段；所述四个伺服驱动器均设置成速度控制模式，力矩限幅控制模块将四台永磁同步伺服电机的输出力矩线性调整为给定的加压力矩，进而加压折弯至行程终点并进行保压； 5)保压时间到后，力矩限幅控制模块通过减少力矩输出值控制四台伺服驱动器同时自动进行卸压，多轴同步控制系统切换为高速同步驱动阶段并控制全电动折弯机的滑块高速向上回程，取走成形板料，加工完毕。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于所述高速同步驱动阶段包括如下步骤 (1)运动控制模块依据用户指令规划出各轴运动轨迹，并将其转换成位置指令下发至PID模块，PID模块根据自身比例、积分与微分参数对输入指令处理后第一输出速度指令值； (2)速度指令经PCI通讯模块直接发至速度控制板卡，速度控制板卡将其转换成模拟电压经电缆线传输至第一伺服驱动器与第四伺服驱动器，第一伺服驱动器驱动第一永磁同步伺服电机，第四伺服驱动器驱动第四永磁同步伺服电机按照给定速度运转，并分别通过第一滚珠丝杠与第四滚珠丝杠的带动滑块作上下直线运动； (3)第一光栅尺、第二光栅尺、第三光栅尺与第四光栅尺分别实时检测折弯机滑块机械位置，转换成电平信号传输至速度控制板卡，速度控制板卡将电信号转换成第一数字量后经PCI通讯模块反馈至PID模块；PID模块将第一数字量与第一输出速度指令值作比较得到位置偏差，该位置偏差经由比例、积分调节后产生新的速度指令，并通过步骤(2)控制第一永磁同步伺服电机与第四永磁同步伺服电机转速； (4)将速度与力矩输出控制模块设置为力矩输出模式，速度控制板卡采集第一永磁同步伺服电机与第四永磁同步伺服电机实时输出的力矩信号，经PCI通讯模块传输至速度与力矩输出控制模块45PCI通讯模块对力矩信号作平滑与滤波处理后，再由PCI通讯模块下发至速度控制板卡，经电缆线分别送至第二伺服驱动器与第三伺服驱动器，第二伺服驱动器通过第二滚珠丝杠驱动第二永磁同步伺服电机力矩跟随第一永磁同步伺服电机力矩，第三伺服驱动器通过第三滚珠丝杠驱动第三永磁同步伺服电机力矩跟随第四永磁同步伺服电机力矩； (5)模糊控制模块将其中一台永磁同步伺服电机的速度反馈同另外三台永磁同步伺服电机的速度反馈分别作差，然后根据各永磁同步伺服电机转动惯量比值确定速度补偿量；并使用位置补偿量及其变化率作为参考，在线调整各轴PID控制器的参数； (6)运功控制模块通过其切换控制端口输出逻辑低电平对速度与力矩输出控制模块与模糊控制模块工作模式进行切换，实现高速同步驱动阶段切换至加压折弯驱动阶段。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于所述加压折弯驱动阶段包括如下步骤(1)运动控制模块依据用户指令规划出各轴运动轨迹，并将其转换成位置指令下发至PID模块，PID模块根据自身比例、积分与微分参数对输入指令处理后第二输出速度指令值； (2)速度指令经PCI通讯模块直接发至速度控制板卡，速度控制板卡将其转换成模拟电压经电缆线传输至第一伺服驱动器与第四伺服驱动器；第一伺服驱动器驱动第一永磁同步伺服电机、第四伺服驱动器驱动第四永磁同步伺服电机按照给定速度运转，并分别通过第一滚珠丝杠与第四滚珠丝杠的带动滑块作上下直线运动； (3)第一光栅尺、第二光栅尺、第三光栅尺与第四光栅尺分别实时检测全自动折弯机的滑块机械位置，转换成电平信号传输至速度控制板卡；速度控制板卡将电信号转换成第二数字量，再经PCI通讯模块反馈至PID模块，PID模块对第二数字量进行调节，PID模块将第二数字量与第二输出速度指令值作比较得到位置偏差，该位置偏差经由比例、积分调节后产生新的速度指令，并通过步骤(2)控制第一永磁同步伺服电机与第四永磁同步伺服电机转速； (4)将速度与力矩输出控制模块设置在速度输出模式，第二伺服驱动器与第三伺服驱动器的输出速度指令中转到速度与力矩输出控制模块，第二伺服驱动器驱动第二永磁同步伺服电机、第三伺服驱动器驱动第三永磁同步伺服电机按照给定速度运转，并分别通过第二滚珠丝杠与第三滚珠丝杠的带动滑块作上下直线运动； (5)模糊控制模块固定输出预置的PID模块的参数； (6)运功控制模块通过其切换控制端口输出逻辑高电平对速度与力矩输出控制模块与模糊控制模块工作模式进行切换，实现加压折弯驱动阶段切换至高速同步驱动阶段。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于所述嵌入式触摸屏采集用户输入的折弯相关参数信息，其采集的参数信息包括目标折弯角度、折弯速度、模具信息、工件材料参数、滑块挠度变形补偿及平行度；在用户设定参数后，滑块挠度变形补偿与平行度通过运动控制模块来实现对第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠、第三滚珠丝杠与第四滚珠丝杠位置的控制；所述伺服同步控制系统还可以由用户在嵌入式触摸屏上输入压力参数实现滑块折弯压力的动态设置； 所述多轴同步控制系统还包括正负行程限位开关，开关量控制板卡实时监测滑块正负两个行程限位开关状态；滑块触碰正负行程限位开关时，开关量控制板卡通过PCI通讯模块向运动控制模块发送触发信号，运动控制模块停止第一永磁同步伺服电机、第二永磁同步伺服电机、第三永磁同步伺服电机、第四永磁同步伺服电机的运动。
全文摘要
本发明公开了一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统及控制方法，包括运动控制板卡、数控系统与若干组滑块驱动机构；每组滑块驱动机构包括伺服驱动器、永磁同步伺服电机、同步皮带传动机构、滚珠丝杠与光栅尺；永磁同步伺服电机通过同步皮带传动机构与滚珠丝杠连接，且滚珠丝杠的底端安装于折弯机滑块的顶端；光栅尺安装在折弯机滑块的背面且与滚珠丝杠在同一竖直轴线上；永磁同步伺服电机还与伺服驱动器相连，伺服驱动器及光栅尺分别通过运动控制板卡与数控系统相连。采用该系统能够显著提高多台永磁同步伺服电机运行的同步性能以及折弯定位精度。
文档编号G05B19/19GK102866665SQ201210368869
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者史步海, 伍祁林, 苏炳恩, 方志雄, 戴敏 申请人:华南理工大学