CN102430683B - 精密伺服锻压机的误差实时在线补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密伺服锻压机控制技术领域，尤其是一种精密伺服锻压机的误差实时在线补偿方法。本发明在锻压机机身壁上安装高精度球栅尺和压力应变片传感器。控制器根据二者反馈信息制作实时补偿表，存放在内存中。自动测量生成压力与形变的动态关系曲线，并且将上述结果存贮在控制系统中。锻压机在工作过程中，能够实时地调取动态补偿量，补偿机身压力过程中的变形。本发明有效解决了锻压机受压变形影响锻压精度问题，可以广泛应用于半闭环控制的精密伺服锻压机上。
Description
技术领域
本发明涉及精密伺服锻压机控制技术领域，尤其是一种精密伺服锻压机的误差实时在线补偿方法。
背景技术
锻压机是在锻压加工中用于成形和分离的机械设备，它主要用于对金属施加压力使之成形。锻压机主要包括机械结构和电子元件以及控制算法部分，其中控制算法通过输出信号控制电机带动机械结构运动以及检测电子元件，是影响锻压效果的关键。
目前，对于伺服电机转角和工作滑块位移呈非线性关系的锻压机控制，采用全闭环的控制方案不易实现，且非线性关系会导致系统不稳定，因而在实践中通常采用半闭环的控制方案。但是半闭环控制受机械变形、噪声信号等干扰影响，会降低锻压精度，影响最终产品的成形精度。
发明内容
本发明解决的技术问题在于可以根据机身变形控制电机转角进行误差实时补偿、从而提供提高锻压精度的精密伺服锻压机的误差实时在线补偿方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：锻压机的控制系统设有在线测量模块、在线补偿表生成模块和误差补偿模块，
由在线测量模块实时测量锻压机工作滑块位置；并且测量锻压过程中机身所受压力，将压力信号转化为电压信号，传送给锻压机的控制器；
在线补偿表生成模块依照特定的运动曲线驱动压力机运动，从而一次性自动测量生成压力与形变的动态关系曲线，并且将上述结果存贮在控制系统中；
误差补偿模块在锻压机工作过程中，实时地调取在线补偿表生成模块的动态补偿量，补偿机身压力过程中的变形；
控制系统在线补偿表生成模块生成在线补偿表包括如下步骤：一、驱动锻压机按照一组特定的运动曲线运动，这组运动曲线的区别是速度不同，导致机身的形变不同；二、在运动过程中从球栅尺采集工作滑块位置，从设置在机身侧壁的压力传感器采集机身受到的压力；三、对于每一条运动曲线记录获得的结果，包括工作滑块最后的停止误差和运动过程中的最大压力值；四、将这组运动曲线运行完毕后，获得一组停止误差和压力值的关联数据，将数据存储在控制系统中，利用多项式内插法生成在线补偿表。
所述的多项式可以为ax^2+bx+c=y。
锻压机在锻压生产工作过程中，根据压力传感器采回的压力值，查询在线补偿表，获得误差值；然后控制器对电机实时地输出误差补偿量，补偿机身压力过程中的变形。
锻压机可运行在线补偿表生成模块，获得新的补偿量，并存贮在控制系统中。
本发明可以根据锻压机机身的变形量，控制电机转角，进行实时误差补偿；从而，有效提高锻压机锻压产品的成形精度。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1是本发明的实时在线补偿方法系统框图；
图2是在线补偿表生成方法流程图。
具体实施方式
本发明在线测量模块由球栅尺和压力应变片传感器构成，将球栅尺安装在机身壁内侧，与工作滑块运动方向平行。球栅尺用来测量工作滑块的实时位置，并将位置信息传送给控制器；在压力机机身壁内侧中段安装了2个压力应变片传感器。安装的高度和模具位置平齐。压力应变片将于机身受压产生的形变转换成电压值，并将测量值传送给控制器。
如图1所示，球栅尺和压力应变片传感器将工作滑块的状态实时发送给控制器，控制器根据内存中的在线补偿表实时地对伺服电机动态补偿。
测量采集数据是：
在伺服锻压机正式投入生产任务之前，需要对同一台压力机，用同一款模具、同一条工艺曲线，同一种原料进行试压测量实验，用以获取压力和误差数据。压力数据通过安装在机身侧壁上的压力应变片获得，误差数据由和锻压运动过程平行安装的球栅尺读数减去工艺曲线设定值获得。
如图2所示，控制系统在线补偿表生成模块生成在线补偿表，方法如下：一，驱动压力机按照一组特定的运动曲线运动，这组运动曲线的区别是速度不同，导致机身的形变不同；二、在运动过程中从球栅尺采集工作滑块位置，从压力传感器采集机身受到的压力；三、对于每一条运动曲线记录实验结果，包括工作滑块最后的停止误差（即目标停止位置减去实际停止位置）和运动过程中的最大压力值；四、将这组运动曲线运行完毕后，获得一组停止误差和压力值的关联数据，将数据存储在控制系统中，用来生成在线补偿表。
控制器把实验测得的压力和误差数据做成表格存在控制器内存中。实验测试得到的只是若干个离散的数据对，还需要通过一个数学方程内插生成可行范围内的所有数据。方法如下：压力和误差数据之间应满足一个多项式关系式。多项式关系式是通过对压力数据和生产误差数据进行多项式回归分析得到的，是滑块运动位置误差关于压力值的多项式公式。利用控制器对实验数据进行多项式回归分析，计算出多项式的各项系数，得到关系式；举例如下：
为了生产某一种产品，符合它的加工精度要求，锻压机在每次加工行程内必须把工作滑块从原点向下位移60毫米，保证原料成形，然后回到原点。
由于采用半闭环控制，工作滑块实际运动的最低点位置（可能是59.5毫米）和设定位置60毫米必然存在误差。本发明在线补偿方法的关键就是找到这个误差和机身形变的关系——机身形变可以通过压力传感器测得；确定二者的关系之后，就可以在工作过程中实时地通过压力传感器的压力值计算出误差，并在电机端给予补偿输出。
为了确定误差和压力值的关系，在正式生产加工前必须实验加工几次，采集数据。
例如：第一次采用50%的速度试压，球栅尺测得实际最大位移59.5毫米，压力传感器测得最大电压3伏。因为设定最大位移是60毫米，所以本次误差是0.5毫米。
第二次采用70%的速度试压，球栅尺测得实际最大位移59.8毫米，压力传感器测得最大电压4伏。本次误差0.2毫米。
第三次采用100%的速度试压，球栅尺测得实际最大位移60.2毫米，压力传感器测得最大电压5伏。本次误差-0.2毫米。
经过三次实验，得到三组数据：（3, 0.5），（4,0.2），（5，-0.2）。
我们用二阶多项式ax^2+bx+c=y来拟合这个曲线。其中x代表电压值，y代表误差值。把测量得到的三组数据代入ax^2+bx+c=y，计算得到a= -0.05,b = 0.05, c = 0.8。
即y=-0.05*x^2+0.05*x+0.8。这个二阶多项式就是电压值和误差的关系式。在工作过程中，当压力传感器测得电压值为3.5伏时，控制器计算出误差为0.3625毫米，于是控制器对电机补偿输出这0.3625毫米误差对应的电机转角，以减小误差。
以上是对三组实验数据用二阶多项式拟合的情况。在实际工作中，可以进行更多次的实验，测得更多组数据。然后对相邻的三组实验数据都用以上的方法拟合出各自的一个二阶多项式。
这样对于实验没有测到的压力值，我们就根据二阶多项式内插计算出位置误差。这样就可以得到所有可能的压力值对应的位置误差，即补偿量。把这些补偿量记录成在线补偿表。
锻压机在正式生产工作过程中，根据压力传感器采回的压力值，查询在线补偿表，获得误差值（这部分误差是由机身形变导致的）。然后控制器对电机实时地输出误差补偿量，补偿机身压力过程中的变形。
在锻压机生产工作时，球栅尺和压力应变片传感器将工作滑块的动态特性实时地发送给控制器，控制器通过查表实时计算出锻压机机身的变形量及动态误差，并在输出端控制电机时给予相应的补偿。这样，锻压机在工作过程中，就能够实时地调取动态补偿量，补偿机身压力过程中的变形。
工作一段时间后，机体变形参数有可能发生变化。用户可以通过重新在线补偿表生成模块，获得新的补偿量，并存贮在控制系统中。这样，在下一次的生产工作中，就能应用新的补偿表数据，达到精确控制。
Claims (5)
1.一种精密伺服锻压机的误差实时在线补偿方法，其特征在于：锻压机的控制系统设有在线测量模块、在线补偿表生成模块和误差补偿模块，
由在线测量模块实时测量锻压机工作滑块位置；并且测量锻压过程中机身所受压力，将压力信号转化为电压信号，传送给锻压机的控制器；
在线补偿表生成模块依照特定的运动曲线驱动压力机运动，从而一次性自动测量生成压力与形变的动态关系曲线，并且将上述结果存贮在控制系统中；
误差补偿模块在锻压机工作过程中，实时地调取在线补偿表生成模块的动态补偿量，补偿机身压力过程中的变形；
控制系统在线补偿表生成模块生成在线补偿表包括如下步骤：一、驱动锻压机按照一组特定的运动曲线运动，这组运动曲线的区别是速度不同，导致机身的形变不同；二、在运动过程中从球栅尺采集工作滑块位置，从设置在机身侧壁的压力传感器采集机身受到的压力；三、对于每一条运动曲线记录获得的结果，包括工作滑块最后的停止误差和运动过程中的最大压力值；四、将这组运动曲线运行完毕后，获得一组停止误差和压力值的关联数据，将数据存储在控制系统中，利用多项式内插法生成在线补偿表。
2.根据权利要求1所述的误差实时在线补偿方法，其特征在于：所述的多项式可以为ax2+bx+c=y。
3.根据权利要求1或2所述的误差实时在线补偿方法，其特征在于：锻压机在锻压生产工作过程中，根据压力传感器采回的压力值，查询在线补偿表，获得误差值；然后控制器对电机实时地输出误差补偿量，补偿机身压力过程中 的变形。
4.根据权利要求1或2所述的误差实时在线补偿方法，其特征在于：锻压机可运行在线补偿表生成模块，获得新的补偿量，并存贮在控制系统中。
5.根据权利要求3所述的误差实时在线补偿方法，其特征在于：锻压机可运行在线补偿表生成模块，获得新的补偿量，并存贮在控制系统中。
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