[发明专利]一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法

说明书

本发明实施例公开了一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法，包括。控制装置包括位置控制器、速度选择器、压力控制器、速度控制器和速度变换器。速度变换器分别连接压力控制器和速度选择器，速度变换器用于将压力控制器输出的滑块速度变换为电机速度。本发明针对伺服压力机传动机构中的非线性特点，采用速度变换器进行非线性变换，解决了现有方法线性控制器运行不稳定、精度低的缺陷。

技术领域

本发明涉及压力机技术领域,具体地说是一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法。

背景技术

近年来，伺服压力机已广泛应用于冲压行业。如图1所示，伺服控制器由伺服电机通过曲柄连杆结构带动滑块上下运行，通过滑块对工件施加压力而完成材料成形加工。一般的冲压工艺仅要求对滑块的位置按照目标位置曲线进行精确控制。某些工艺不仅要求精确的位置控制，也要求在冲压阶段对压力进行监控，例如高强度钢和碳素纤维板的热成型加工。

如图2所示，带有压力监控的伺服压力机的一个冲压过程。一个冲压过程通常是滑块从最高位置(x₀点)启动，首先快速下行，然后从某个位置(x₂)开始以较慢的速度对工件进行冲压，到达最低点x₃后保持一段时间，等待工件成形，最后从x₄点开始快速上行回到最高点(x₆点，与x₀点重合)。在快速下行和快速上行阶段，滑块不接触工件，工艺对压力不关心，而是要求位置控制相对准确。在对工件进行慢速压制的x₂至x₄过程中，压力逐步增大。有的冲压工艺要求对压力进行密切监控，防止超过允许值。此时需要对压力进行监控，即在滑块从x₂至x₄运行过程中，压力不能超过从p₂经p₃到p₄形成的曲线。若在此区间内压力触及限定曲线，则滑块减速运行，防止压力继续上升。在这个过程中，伺服控制器需要对位置和压力同时进行控制。

如图3所示，现有通用数控系统根据冲压工艺确定控制模式，并通过速度选择器，在不同冲压模式下选择位置命令或压力命令的选通，不能对滑块运动速度进行连续性控制。伺服压力机中，位置控制仅包含线性机构，由于伺服压力机中连杆系统的存在，使得从电机到滑块的传动系统表现出严重的非线性。面对这种非线性系统，现有数控系统的控制精度降低，甚至不能稳定工作。

发明内容

本发明实施例中提供了一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置及方法，以解决面对非线性系统时，现有控制方法的控制精度低，影响伺服机稳定工作的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种伺服压力机的非线性压力位置控制装置，包括位置控制器、速度选择器、压力控制器和速度控制器，所述装置还包括速度变换器，所述速度变换器分别连接压力控制器和速度选择器，所述速度变换器用于将压力控制器输出的滑块速度变换为电机速度。

进一步地，所述速度选择器在压力位置控制模式下，用于选通速度控制命令。

本发明第二方面提供了一种伺服压力机的非线性压力位置控制方法，基于所述的控制装置，所述方法包括以下步骤：

分别获取位置命令和压力命令，根据时间点确定当前的控制模式，所述控制模式包括位置控制模式和压力位置控制模式；

在位置控制模式下，通过位置命令，进行滑块运动状态的控制；

在压力位置控制模式下，判断实际压力是否超过当前时间下的设定压力；

若否，则通过位置命令，进行滑块运动状态的控制；

若是，则通过压力命令，将该压力值与滑块压力反馈值比较，通过压力控制器计算滑块速度，结合电机位置反馈值及滑块速度，利用速度变换器，将滑块速度转换为电机速度，从而控制滑块运动状态。