[发明专利]伺服压力机全闭环非线性预测控制方法与系统

说明书

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。

（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：；。