一种伺服压力机下死点偏差电机命令自动补偿方法与流程

本发明涉及伺服压力机控制技术领域，具体地说是一种伺服压力机下死点偏差电机命令自动补偿方法。

背景技术：

近年来，伺服压力机已广泛应用于冲压行业。伺服压力机由伺服电机通过机械机构带动滑块上下运行，通过对工件施加压力而完成材料成形加工。压力机总体结构如附图4所示。

用户通过用户界面输入所期望的滑块运行位置参数，然后中央控制器根据电机位置和滑块位置的对应关系计算电机位置的设定曲线，并在控制过程中根据设定曲线数值将控制命令逐个发送给伺服驱动器。伺服驱动器驱动电机旋转，通过传动机构带动滑块上下运动。冲压生产中滑块最重要的位置是下死点，即每次冲压的最低点。此位置必须准确，以保证工件成形精度。

由于伺服电机和滑块通过传动机构刚性连接，所以理论上，通过控制伺服电机的旋转角度(即电机位置)即可精确控制滑块位置。但是在实际系统中，由于传动机械弹性变形，很难保证下死点与期望值相等。此外，随着磨损的增加，也会导致下死点逐渐偏离期望值。现有专利技术提到了两种技术。

专利(申请号：cn2011102313308)公开了一种伺服压力机控制方法，特别是伺服压力机下死点控制方法。其控制方法包含有下死点读取判别模块、比较模块以及门槛阈值模块：下死点读取判别模块对滑块位移传感器所检测的每个工作循环周期中的连续信号进行判别，读取当前循环周期中下死点位置值；比较模块是将所读取的当前下死点位置值与系统设定值进行比较，计算下死点偏移量；门槛阈值模块负责将当前滑块下死点偏移量与所设定的门槛阈值比较，若下死点偏移量大于设定的门槛阈值，系统起动调模系统，将滑块调整到指令下死点。本发明提供了一种对滑块下死点进行自动调节的伺服压力机控制方法，满足压力机精密冲压的工作要求。

专利(申请号：2012100667228)公开了一种高速精密压力机下死点动态补偿机构，属于压力机械技术领域，包括通过两个圆柱滚子轴承和轴座安装在连杆上的轴，所述轴为中部偏心结构，在轴的一端安装有蜗杆和蜗轮机构，蜗轮与轴连接，蜗杆通过轴承座固定在连杆上并通过弹性软轴与伺服电机连接，所述伺服电机固定在压力机机身上。有益效果是通过独特的轴支撑机构，在动态补偿时克服的摩擦阻力小，冲压时承载能力大，且装配方便，补偿过程中滑块装模高度调整部分螺纹不需松开，消除了螺纹间隙造成的滑块下死点精度偏差，实现下死点的动态补偿，保证压力机的高冲压精度，提高冲压件的质量和模具寿命，同时将伺服电机直接固定在压力机机身上，不受振动冲击，提高伺服电机的可靠性。

现有专利方法必须通过额外的辅助电机调整与滑块相连的机械零部件，改变滑块高度，从而实现下死点补偿。因为辅助电机只能在滑块返回较高位置、在不受力的情况下才能带动机械零部件完成补偿操作，并且辅助电机的启动停止也需要时间，所以在连续冲压过程中，现有的技术没有足够时间完成下死点自动补偿操作。

此外，由于机械操作不方便，现有技术都尽量减少补偿调整次数，所以只在下死点偏差超过某个阈值的时间才进行补偿。这导致下死点偏差往往接近设定阈值，从而不能达到很高的精度。

技术实现要素：

本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种伺服压力机下死点偏差电机命令自动补偿方法，在每次冲压行程经过下死点之后，利用滑块位移传感器检测下死点实际值与期望值之间的差别，一般的滑块位移传感器采用光栅尺，然后控制器内部软件根据这个偏差的大小和方向对电机位置控制命令曲线即冲压曲线进行调整，从而在下一次冲压过程中减小下死点误差。随着这个补偿操作在每一次冲压周期的反复进行，经过几次冲压周期后可逐步消除滑块实际位置与期望值的差别，最终达到完全消除误差的目的。因为这个补偿过程是在控制器内部软件中自动完成的，不需要额外操作机械设备，所以可快速完成。此外，软件对控制命令的调整幅度可以做到非常精细，所以这种方法能够使得下死点偏差无限缩小，从而能够大幅度提高下死点精度。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种伺服压力机下死点偏差电机命令自动补偿方法，

定义电机位置即电机转子角度为θ，滑块位置为h，则二者之间的关系依赖于传动系统且唯一确定：h＝f(θ)，反函数为θ＝g(h)；

定义电机位置设定曲线为θa，即在理想情况下电机角度曲线；

定义电机位置补偿后的曲线为θb，即电机控制器实际发出的电机位置运行命令；

定义滑块位置的期望曲线为ha，即在理想情况下电机按照设定曲线运行时滑块位置理论上的运行轨迹；

定义滑块位置实际曲线为hb，即电机按照补偿后的曲线运行时滑块实际运行的轨迹；

定义点h12为期望下死点，点h14为滑块实际达到的下死点；

包括以下步骤：

步骤一、启动冲压过程，电机位置补偿后曲线θb的公式：

其中：

k为冲压过程的次数，k为自然数

θ1为电机位置曲线起始点

θ2为电机设定曲线位置最低点

θb(k)为第k次冲压时电机位置补偿后曲线；

θc(k)为第k次电机位置曲线补偿量，其中k＝1时，θc(1)＝0；

步骤二、第k次冲压过程，电机按照曲线θb(k)运行，在滑块经过下死点后，立即测量此次滑块下死点实际值h14(k)，利用电机位置与滑块位置关系反函数计算电机位置曲线补偿量修正值θd(k)，

θd(k)＝θ2-g(h14(k))

依据下述公式更新补偿量：

θc(k+1)＝θc(k)+θd(k)

步骤三、控制软件根据最新计算的补偿量计算电机位置补偿后曲线，用于下一个冲压过程，新的补偿后曲线计算方法具体为：

所述的伺服压力机为曲柄连杆压力机，其对应函数为：

其中h是滑块位置，θ是电机位置即旋转角度，r为曲柄长度，l为连杆长度，r为电机到曲轴之间的减速比。

所述的伺服压力机为螺旋伺服压力机，其对应函数f为：

其中h是滑块位置，θ是电机位置即旋转角度，r为电机到螺杆之间的减速比，x为螺杆导程。

所述的伺服压力机为曲柄多连杆伺服压力机。

所述的伺服压力机为螺旋多连杆伺服压力机。

本发明的有益效果是：

1、在每次冲压行程经过下死点之后，利用滑块位移传感器检测下死点实际值与期望值之间的差别，一般的滑块位移传感器采用光栅尺，然后控制器内部软件根据这个偏差的大小和方向对电机位置控制命令曲线即冲压曲线进行调整，从而在下一次冲压过程中减小下死点误差。随着这个补偿操作在每一次冲压周期的反复进行，经过几次冲压周期后可逐步消除滑块实际位置与期望值的差别，最终达到完全消除误差的目的。因为这个补偿过程是在控制器内部软件中自动完成的，不需要额外操作机械设备，所以可快速完成。此外，软件对控制命令的调整幅度可以做到非常精细，所以这种方法能够使得下死点偏差无限缩小，从而能够大幅度提高下死点精度。

附图说明

图1为本发明控制流程图视图；

图2为本发明某一次补偿的工作原理指示图；

图3为本发明伺服压力机系统结构图；

图4为现有伺服压力机系统结构图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如附图2所示，图中左下角是某压力机螺旋连杆传动机构示意图，当电机带动螺杆旋转时，小滑块沿螺杆上下滑动，从而通过连杆带动滑块沿导轨上下滑动。此图仅是一种压力机传动形式示例，用于对本发明方法原理进行说明，并不限定压力机的传统系统结构形式。本发明也适用于其它传动形式，如曲柄连杆，肘杆和多连杆等。图中右上角的曲线代表电机位置即电机旋转角度θ与滑块位置h之间的关系。二者之间的关系以函数表示为h＝f(θ)，反函数为θ＝g(h)。图中左上角曲线是冲压过程电机位置曲线示例，其中由点1-2-3形成的虚线表示电机位置设定曲线θa，即在压力机无变形干扰等理想情况下电机角度曲线。从点1到点2，电机正转；到达点2时电机转速为零；从点2到点3，电机反转。

由点1-4-3表示电机位置补偿后的曲线θb，即电机控制器实际发出的电机位置运行命令。图中右下角曲线是冲压过程滑块位置曲线，其中由点11-12-13形成的虚线表示滑块位置的期望曲线ha，即在理想情况下电机按照设定曲线运行时滑块位置理论上的运行轨迹。由点11-14-13形成的实线表示滑块位置实际曲线hb，即电机按照补偿后的曲线运行时滑块实际运行的轨迹。经多次运行冲压过程补偿，实际运行曲线hb逐渐靠近期望曲线ha，直至与ha重合。点12为期望下死点，点14为滑块实际达到的下死点。

在一个冲压过程中，电机按照补偿后的曲线运行。第一个冲压过程的补偿量为零。每个冲压过程中滑块经过下死点后回程过程中，控制软件计算补偿量，并计算新的补偿后曲线。

一种伺服压力机下死点偏差电机命令自动补偿方法，

定义电机位置即电机转子角度为θ，滑块位置为h，则二者之间的关系依赖于传动系统且唯一确定：h＝f(θ)，反函数为θ＝g(h)；

定义电机位置设定曲线为θa，即在理想情况下电机角度曲线；

定义电机位置补偿后的曲线为θb，即电机控制器实际发出的电机位置运行命令；

定义滑块位置的期望曲线为ha，即在理想情况下电机按照设定曲线运行时滑块位置理论上的运行轨迹；

定义滑块位置实际曲线为hb，即电机按照补偿后的曲线运行时滑块实际运行的轨迹；

定义点h12为期望下死点，点h14为滑块实际达到的下死点；

包括以下步骤：

步骤一、启动冲压过程，电机位置补偿后曲线θb的公式：

其中：

k为冲压过程的次数，k为自然数

θ1为电机位置曲线起始点

θ2为电机设定曲线位置最低点

θb(k)为第k次冲压时电机位置补偿后曲线；

θc(k)为第k次电机位置曲线补偿量，其中k＝1时，θc(1)＝0；

步骤二、第k次冲压过程，电机按照曲线θb(k)运行，在滑块经过下死点后，立即测量此次滑块下死点实际值h14(k)，利用电机位置与滑块位置关系反函数计算电机位置曲线补偿量修正值θd(k)，

θd(k)＝θ2-g(h14(k))

依据下述公式更新补偿量：

θc(k+1)＝θc(k)+θd(k)

如图2所示，通过测量实际的下死点实际值h14通过公式得到补偿量θc进而通过控制系统控制伺服电机执行补偿后的曲线θb。因为电机转子角度为θ与滑块位置h之间是非线性关系。若电机匀速旋转，滑块越接近下死点位置变化越缓慢，所以根据上面的方法进行一次补偿并不能使得滑块完全达到理想位置h12。但是，如果将上面的补偿过程在每次冲压之后都处理一次，则补偿量会不断调整而在几次重复后即可使得滑块实际下死点位置等于希望位置。即多次执行步骤二和下述步骤三即可达到理想位置。

步骤三、控制软件根据最新计算的补偿量计算电机位置补偿后曲线，用于下一个冲压过程，新的补偿后曲线计算方法具体为：

在每次冲压行程经过下死点之后，利用滑块位移传感器检测下死点实际值与期望值之间的差别，一般的滑块位移传感器采用光栅尺，然后控制器内部软件根据这个偏差的大小和方向对电机位置控制命令曲线即冲压曲线进行调整，从而在下一次冲压过程中减小下死点误差。随着这个补偿操作在每一次冲压周期的反复进行，经过几次冲压周期后可逐步消除滑块实际位置与期望值的差别，最终达到完全消除误差的目的。因为这个补偿过程是在控制器内部软件中自动完成的，不需要额外操作机械设备，所以可快速完成。此外，软件对控制命令的调整幅度可以做到非常精细，所以这种方法能够使得下死点偏差无限缩小，从而能够大幅度提高下死点精度。

所述的伺服压力机为曲柄连杆压力机，其对应函数为：

其中h是滑块位置，θ是电机位置即旋转角度，r为曲柄长度，l为连杆长度，r为电机到曲轴之间的减速比。

所述的伺服压力机为螺旋伺服压力机，其对应函数f为：

其中h是滑块位置，θ是电机位置即旋转角度，r为电机到螺杆之间的减速比，x为螺杆导程。

所述的伺服压力机为曲柄多连杆伺服压力机。

所述的伺服压力机为螺旋多连杆伺服压力机。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。