[go: up one dir, main page]

CN110077028A - 伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统 - Google Patents

伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110077028A
CN110077028A CN201910362573.1A CN201910362573A CN110077028A CN 110077028 A CN110077028 A CN 110077028A CN 201910362573 A CN201910362573 A CN 201910362573A CN 110077028 A CN110077028 A CN 110077028A
Authority
CN
China
Prior art keywords
servo
motor
slider
control
servo motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910362573.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110077028B (zh
Inventor
李琦
高建波
贾中青
李海明
翟瑞占
刘嘉
张振振
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jining Keli Photoelectronic Industrial Co ltd
Laser Research Institute
Original Assignee
Jining Keli Photoelectronic Industrial Co ltd
Laser Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jining Keli Photoelectronic Industrial Co ltd, Laser Research Institute filed Critical Jining Keli Photoelectronic Industrial Co ltd
Priority to CN201910362573.1A priority Critical patent/CN110077028B/zh
Publication of CN110077028A publication Critical patent/CN110077028A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110077028B publication Critical patent/CN110077028B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/14—Control arrangements for mechanically-driven presses
    • B30B15/148—Electrical control arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/26—Programme control arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Presses (AREA)

Abstract

本发明涉及伺服压力机应用技术领域，特别公开了一种伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统。本发明以伺服压力机的滑块为直接控制对象，全闭环控制涵盖了电机的位置控制、滑块的位置控制，由于滑块上安装光栅尺位置传感器的精确度很高，可充分考虑到伺服压力机的传动系统误差、电机控制误差等因素，大大减少了标定过程中的工作量，可实现压力机的直接全闭环控制方法。本发明能够直接控制伺服压力机的滑块位置，并通过对伺服电机施加广义预测控制的算法策略进行控制，从而实时的在线调整滑块位置。

Description

伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统
（一）技术领域
本发明涉及伺服压力机应用技术领域，特别涉及一种伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统。
（二）背景技术
伺服压力机的控制方法分为开环、半闭环、全闭环三种方式。传统的压力机开环控制系统主要是采用感应电机作为压力机的动力源，变频器作为控制变换单元和放大单元。电机输出轴带动飞轮及大齿轮进行旋转，在电机输出轴中心处安装角度传感器，可根据当前角度计算滑块的位置，从而进行生产和加工工艺。
随着加工工艺要求提高，滑块的位置控制精度也随之提高，半闭环控制方式也逐渐出现，与之前的控制方式相比，除了电机自带角度传感器作为伺服电机的转子位置检测，在曲柄的输出轴中心处，也添加了位置反馈传感器，此种控制方式的控制对象更加接近最终控制目标滑块，通过传动系统的非线性推导和计算，可间接得到滑块的位置。
采用此种开环和半闭环的控制方法时，在实际生产和工作时，必须提前进行滑块位置的标定，此项工作包括滑块与曲柄的角度关系标定、滑块与小滑块（连杆压力机中存在）的关系标定、滑块调整装置之间的关系标定，会占据一定的开发和调试时间。
采用上述方式控制时，由于忽略了现实中从电机到滑块之间的传动系统误差、滑块运行过程中的机床变形及齿轮间隙等，在根据电机角度或者曲柄角度推导过程中会有很大的系统误差，这些误差在高精度生产加工时会直接影响重复定位精度和位置控制精度。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种控制清晰准确、重复定位精度和绝对控制精度高的伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种伺服压力机全闭环非线性预测控制方法，以连接伺服电机的伺服压力机为操作对象，其特征在于：
（1）建立伺服压力机的传动系统动力学模型，根据传动系统动力学模型建立物理模型，并根据形式表达为数学矩阵形式；
（2）建立伺服电机的控制模型，根据电流采样部分对电机三相电流、直流母线的采样，计算伺服电机的当前位置和转矩，并对驱动伺服电机的电压进行控制；
（3）在伺服压力机的滑块位置处安装光栅尺位移传感器，建立位置预测控制算法，其中包括价值函数的选择、约束条件的限制和积分位置函数的处理，输出目标矢量电压，控制电机的实际运行。
本发明以伺服压力机的滑块为直接控制对象，全闭环控制涵盖了电机的位置控制、滑块的位置控制，由于滑块上安装光栅尺位置传感器的精确度很高，可充分考虑到伺服压力机的传动系统误差、电机控制误差等因素，大大减少了标定过程中的工作量，可实现压力机的直接全闭环控制方法，提高了伺服压力机的产品生产加工工艺，提高模具寿命。
本发明的更优技术方案为：
步骤（1）中，伺服压力机传动系统动力学模型的建立采用格朗日定理、哈密顿原理或雅克比矩阵中的一种或多种方式。结合几何限制和完整约束关系，充分选择合理自由度为1，可利用曲柄的角度直接将曲柄连杆的表达式简化为可表达方程。
步骤（2）中，伺服电机控制模型的建立包括永磁同步电机的电压方程、采集的三相电机电流和电机位置传感器信号共同构建clarke转换模型、park转换模块、矢量控制的矢量选择和构建，其中，电压方程为：；。
步骤（3）中，位置预测控制算法的建立方法为，根据伺服电机控制模型建立的方程，给定位置计算模块、转矩计算调整模块和电流计算模块，其中，位置计算模块的输入为目标滑块位置和实际滑块位置，输出为目标速度；转矩计算调整模块的为目标转矩模块和实际转矩，电流计算模块的输入为dq坐标电流；，通过电压方程和角度变换方式，结合预测控制算法的方法，输出目标矢量电压，控制电机的实际运行。
预测控制算法的建立采用受控自回归积分滑动平均过程模型，离散差分方程表达形式为，其中，u、y是系统的输入和输出，表示为均值为零，方差为σ2的白噪声；△=1－z-1，为差分算子。
所述伺服电机的纯延时d=1，若大于1，则多项式B(z-1)中前d-1项系数为零；此时，，，，设C(z-1)=1，作数学处理，差分算子△乘两边得到，式中，。
实现上述预测控制方法的系统，包括具有伺服电机的伺服压力机，所述伺服压力机上设置有整机控制器和位于工作平台上的滑块，控制器通过伺服电机算法控制连接伺服电机，伺服电机通过传动系统和连杆机构牵引滑块，滑块位置所在处的工作平台上安装有光栅尺位移传感器，光栅尺位移传感器反馈信号至控制器，且伺服电机通过传感器将采集信号反馈至控制器。
所述连接伺服电机的传感器上设置有位置检测单元、速度检测单元和转矩检测单元。
所述伺服电机为永磁同步电机。
本发明能够直接控制伺服压力机的滑块位置，并通过对伺服电机施加广义预测控制的算法策略进行控制，从而实时的在线调整滑块位置，保证滑块位置都是按照冲压工艺进行动作，明显提高了压力机对产品的质量提升；进一步地，本发明的控制过程采用了非线性控制的全闭环控制策略，实现了预测控制，可大大加快滑块运动速度。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明系统的连接结构示意图；
图2为本发明系统的控制原理图。
图中，1控制器，2伺服电机，3滑块，4工作平台，5光栅尺位移传感器，6传动系统，7电机传感器。
（五）具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例连接伺服电机2的伺服压力机，所述伺服压力机上设置有控制器1和位于工作平台4上的滑块3，控制器1通过伺服电机算法控制连接伺服电机2，伺服电机2通过传动系统6牵引滑块3，滑块3位置所在处的工作平台4上安装有光栅尺位移传感器5，光栅尺位移传感器5连接控制器1，且伺服电机2通过电机传感器7连接控制器1。所述连接伺服电机2的电机传感器7上设置有位置检测单元、速度检测单元和转矩检测单元；所述伺服电机2为永磁同步电机。
本发明提供一种可直接控制滑块位置的全闭环控制方法，包括传动系统动力学模型建立，根据伺服压力机的传动模型建立物理模型，并根据形式表达为数学矩阵形式；电机控制模型建立，根据电流采样部分对电机三相电流、直流母线的采样，计算伺服电机的当前位置和转矩，并对驱动伺服电机的电压进行控制；位置预测控制算法的建立，包括价值函数的选择、约束条件的限制和积分位置函数的处理等。所述的伺服压力机的数学建模进一步包括通过拉格朗日定理、哈密顿原理、雅可比矩阵等。如，
结合几何限制和完整约束关系，充分选择合理自由度为1，可利用曲柄的角度直接将曲柄连杆的表达式简化为可表达方程。
电机控制模型建立，则一进步包括了永磁同步电机的电压方程、采集的三相电机电流和电机位置传感器信号共同构建clarke转换模型、park转换模块、矢量控制的矢量选择和构建，其中电压方程如下所示：
；
。
位置预测控制算法的建立，则可进一步的根据模型建立的方程，给定位置计算模块，输入为目标滑块位置和实际滑块位置，输出为目标速度；转矩计算调整模块，输入为目标转矩模块和实际转矩；电流计算模块，输入为dq坐标电流，通过电压方程和角度变换等方式，结合预测控制算法的方法，可输出目标矢量电压，控制电机的实际运行。
测控制采用受控自回归积分滑动平均过程模型（CARIMA），具有可描述非平稳扰动、系统输出稳态误差为零，消除由阶跃扰动引起偏差的特点，离散差分方程表达形式为：
，
式中，u、y是系统的输入和输出，表示为均值为零，方差为σ2的白噪声；△=1－z-1，为差分算子。
被控对象伺服电机的纯延时d=1，如果大于1，则多项式B(z-1)中前d-1项系数为零。此时：
，
，
，
设C(z-1)=1，作数学处理，差分算子△乘两边得到：
，式中，。
上述具体实现过程中，首先需要在伺服压力机的滑块位置处安装高精度的光栅尺位移传感器，提供被控对象精确的位置控制反馈测量值，其次需要知晓完善的传动机构模型和电机参数；控制过程中可利用伺服驱动器的核心单元进行上述具体细节控制方案的编程。
本发明可解决伺服压力机直接控制滑块运动的目的，控制目标更加清晰和准确，而不再采取之前的控制方案中的运动学关系推导折算到电机侧；采用本发明方法实现过程中，可实现滑块控制过程无超调，并能施加其他约束条件，如压力机的吨位限制等；由于考虑非线性传动系统，较之前的控制方式，准确地掌握了滑块的位置，使得重复定位精度和绝对控制精度大大提高。

Claims (9)

1.一种伺服压力机全闭环非线性预测控制方法，以连接伺服电机的伺服压力机为操作对象，其特征在于：（1）建立伺服压力机的传动系统动力学模型，根据传动系统动力学模型建立物理模型，并根据形式表达为数学矩阵形式；（2）建立伺服电机的控制模型，根据电流采样部分对电机三相电流、直流母线的采样，计算伺服电机的当前位置和转矩，并对驱动伺服电机的电压进行控制；（3）在伺服压力机的滑块位置处安装光栅尺位移传感器，建立位置预测控制算法，其中包括价值函数的选择、约束条件的限制和积分位置函数的处理，输出目标矢量电压，控制电机的实际运行。
2.根据权利要求1所述的伺服压力机全闭环非线性预测控制方法，其特征在于：步骤（1）中，伺服压力机传动系统动力学模型的建立采用格朗日定理、哈密顿原理或雅克比矩阵中的一种或多种方式。
3.根据权利要求1所述的伺服压力机全闭环非线性预测控制方法，其特征在于：步骤（2）中，伺服电机控制模型的建立包括永磁同步电机的电压方程、采集的三相电机电流和电机位置传感器信号共同构建clarke转换模型、park转换模块、矢量控制的矢量选择和构建，其中，电压方程为：；。
4.根据权利要求1或3所述的伺服压力机全闭环非线性预测控制方法，其特征在于：步骤（3）中，位置预测控制算法的建立方法为，根据伺服电机控制模型建立的方程，给定位置计算模块、转矩计算调整模块和电流计算模块，其中，位置计算模块的输入为目标滑块位置和实际滑块位置，输出为目标速度；转矩计算调整模块的为目标转矩模块和实际转矩，电流计算模块的输入为dq坐标电流；，通过电压方程和角度变换方式，结合预测控制算法的方法，输出目标矢量电压，控制电机的实际运行。
5.根据权利要求1或3所述的伺服压力机全闭环非线性预测控制方法，其特征在于：步骤（3）中，预测控制算法的建立采用受控自回归积分滑动平均过程模型，离散差分方程表达形式为，其中，u、y是系统的输入和输出，表示为均值为零，方差为σ2的白噪声；△=1－z-1，为差分算子。
6.根据权利要求5所述的伺服压力机全闭环非线性预测控制方法，其特征在于：所述伺服电机的纯延时d=1，若大于1，则多项式B(z-1)中前d-1项系数为零；此时，，，，设C(z-1)=1，作数学处理，差分算子△乘两边得到，式中，。
7.实现权利要求1所述预测控制方法的系统，包括连接伺服电机的伺服压力机，其特征在于：所述伺服压力机上设置有控制器和位于工作平台上的滑块，控制器通过伺服电机算法控制连接伺服电机，伺服电机通过传动系统牵引滑块，滑块位置所在处的工作平台上安装有光栅尺位移传感器，光栅尺位移传感器连接控制器，且伺服电机通过电机传感器连接控制器。
8.根据权利7所述的系统，其特征在于：所述连接伺服电机的电机传感器上设置有位置检测单元、速度检测单元和转矩检测单元。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述伺服电机为永磁同步电机。
CN201910362573.1A 2019-04-30 2019-04-30 伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统 Active CN110077028B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910362573.1A CN110077028B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910362573.1A CN110077028B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110077028A true CN110077028A (zh) 2019-08-02
CN110077028B CN110077028B (zh) 2023-10-20

Family

ID=67418138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910362573.1A Active CN110077028B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110077028B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110654057A (zh) * 2019-10-25 2020-01-07 济宁科力光电产业有限责任公司 一种伺服压力机位置自动标定的装置和方法
CN110682590A (zh) * 2019-10-31 2020-01-14 济宁科力光电产业有限责任公司 基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统与方法
CN112378558A (zh) * 2020-09-22 2021-02-19 河北汉光重工有限责任公司 一种测量伺服平台偏心力矩的方法
CN112476059A (zh) * 2020-12-03 2021-03-12 武汉重型机床集团有限公司 一种机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法
CN113858674A (zh) * 2021-12-06 2021-12-31 济宁科力光电产业有限责任公司 一种伺服压力机滑块位置控制及估算滑块压力的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1129639A (zh) * 1994-10-04 1996-08-28 村田机械株式会社 冲压驱动控制装置
CN101115613A (zh) * 2005-01-12 2008-01-30 会田工程技术有限公司 可动盘的驱动装置及压力机械的滑块驱动装置
CN102632637A (zh) * 2012-04-11 2012-08-15 济南二机床集团有限公司 一种伺服电机驱动的压力机
CN103611861A (zh) * 2013-11-29 2014-03-05 浙江理工大学 伺服压力机无压力传感器控制装置及方法
CN204505908U (zh) * 2014-02-20 2015-07-29 会田工程技术有限公司 压力机
US20160243780A1 (en) * 2015-02-24 2016-08-25 Janome Sewing Machine Co., Ltd. Servo press, control method, and program

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1129639A (zh) * 1994-10-04 1996-08-28 村田机械株式会社 冲压驱动控制装置
CN101115613A (zh) * 2005-01-12 2008-01-30 会田工程技术有限公司 可动盘的驱动装置及压力机械的滑块驱动装置
US20080134909A1 (en) * 2005-01-12 2008-06-12 Aida Engineering, Ltd. Movable Plate Drive Device And Press Slide Drive Device
CN102632637A (zh) * 2012-04-11 2012-08-15 济南二机床集团有限公司 一种伺服电机驱动的压力机
CN103611861A (zh) * 2013-11-29 2014-03-05 浙江理工大学 伺服压力机无压力传感器控制装置及方法
CN204505908U (zh) * 2014-02-20 2015-07-29 会田工程技术有限公司 压力机
US20160243780A1 (en) * 2015-02-24 2016-08-25 Janome Sewing Machine Co., Ltd. Servo press, control method, and program

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
洪瑞: "基于牛顿迭代法伺服压力机控制系统的研究", pages 8 - 51 *
贺浩博: "预测控制算法及其在混沌同步控制中的应用研究", pages 1 - 56 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110654057A (zh) * 2019-10-25 2020-01-07 济宁科力光电产业有限责任公司 一种伺服压力机位置自动标定的装置和方法
CN110682590A (zh) * 2019-10-31 2020-01-14 济宁科力光电产业有限责任公司 基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统与方法
CN112378558A (zh) * 2020-09-22 2021-02-19 河北汉光重工有限责任公司 一种测量伺服平台偏心力矩的方法
CN112378558B (zh) * 2020-09-22 2022-01-21 河北汉光重工有限责任公司 一种测量伺服平台偏心力矩的方法
CN112476059A (zh) * 2020-12-03 2021-03-12 武汉重型机床集团有限公司 一种机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法
CN112476059B (zh) * 2020-12-03 2022-11-04 武汉重型机床集团有限公司 一种机内测量轴运行间隙误差及螺距误差的方法
CN113858674A (zh) * 2021-12-06 2021-12-31 济宁科力光电产业有限责任公司 一种伺服压力机滑块位置控制及估算滑块压力的方法
CN113858674B (zh) * 2021-12-06 2022-04-01 济宁科力光电产业有限责任公司 一种伺服压力机滑块位置控制及估算滑块压力的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110077028B (zh) 2023-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110077028B (zh) 伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统
CN102385342A (zh) 虚拟轴机床并联机构运动控制的自适应动态滑模控制方法
US8860355B2 (en) Motor control device
CN110757882B (zh) 一种基于无传感器伺服压力机全闭环控制系统及方法
CN108227756A (zh) 一种高精度阀门控制方法
CN103112139B (zh) 一种开模定位控制方法及系统
CN107179682A (zh) 一种被动式负载模拟器及多余力矩抑制方法
CN101510072A (zh) 带有自适应模糊摩擦补偿的伺服系统控制器
CN110682590A (zh) 基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统与方法
CN104166347B (zh) 一种欠驱动机械臂系统的pd平衡控制方法
CN101323033A (zh) 一种中厚板液压滚切剪的控制方法
CN201467068U (zh) 交流直线感应电机的智能控制装置
CN112713819A (zh) 一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法
CN110143009B (zh) 一种压力机多点非线性预测控制系统
CN112776413B (zh) 一种伺服压力机的位置压力混合优化控制方法
CN113377029B (zh) 一种飞机舵机电动伺服系统多余力矩抑制方法
CN210190730U (zh) 伺服压力机全闭环非线性预测控制系统
CN103499985B (zh) 一种快速平滑驱动伺服电动机的闭环控制系统及方法
CN110561823B (zh) 一种伺服压力机滑块位置偏差在线自动修正方法
CN215512434U (zh) 基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统
CN106774166A (zh) 一种数控机床摩擦误差形态预测及形态特征参数确定方法
JP7135483B2 (ja) 電動機の制御装置
CN103611767B (zh) 一种电液双缸折弯机滑块位置控制方法
CN109213002B (zh) 一种非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真模型及方法
CN102360177B (zh) 电液线速度伺服系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant