机械变速压力机电液伺服自动控制系统设计

为了提高多 工 位 压 力 机 的 生 产 线 自 动 化 生 产 水 平， 王 延 年 ［７］等 人 提 出 了 利 用 运 动 控 制 器 对 送 料 机 械 手 的 控 制 系 统 设 计 策略。对送料机械手整体的结构、工作流程以及伺服系统进行 研究与分析，描述了控制系统硬件结构，介绍了运动控制器软 件功能，并根据电子凸轮 完 成 机 械 手 于 犡、犢、犣 三 个 方 向 和 ８个伺服轴联动。该方法下的自动控制系统较为简单，但是并 不完善。为了减少人力和物力，同时给设计以及对曲柄伺服压 力机进行优化的一系列系统组件，提供可行性参考，鲁文 其［８］ 等人利用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ研 发 了 曲 柄 伺 服 压 力 机 数 字 化 集 成 仿 真 系 统，该系统根据运动控制、电驱动、传动机构几部分组建。运 动控制模块设计了恒速以及变速驱动工作形式，电驱动模块引 入了电子飞轮中的永磁交流伺服以及电机组合，永磁交流伺服 利用了速度外环和电流内环两个控制结构矢量控制方案，加入 变参数积分分离中 的 ＰＩ调 节 器， 而 机 械 转 动 机 构 根 据 的 是 曲 柄连杆机构。该方法提高了压力机的工作效率，但不够稳定。 为实现压力机在特定条件下精确控制，洪瑞［９］等人提出利用 牛 顿迭代法实现压力机控制系统的设计。该方法根据几何法组建 曲柄转角滑块位移数学方程式，获得运动学的方程式，依据仿 真拟合出曲柄转角滑块位移数学 公 式， 通 过 ＭＡＴＬＡＢ 软 件 对 目标工艺曲线进行拟合，利用牛顿迭代算法完成了通过滑块位 移对转角多点一次性求解，通过计算结果以拟合曲柄转角时间
收稿日期：２０１７ ０７ １７； 修回日期：２０１７ ０８ １４。 作者简 介：潘 冬 （１９８０ ），男，陕 西 城 固 人，硕 士，副 教 授，主 要 从 事机械工程数控技术方向的研究。
复输入规律。随着电液伺服控制技术的不断发展，电液伺服阀 元件批量化生产，降低了电液伺服控制系统成本。综上所述， 利用电液伺服技术可对机械变速压力机的自动控制系统进行稳 定可靠地设计。
当前，我国液压工业的起步 比 较 晚，２０ 世 纪 的 ６０ 年 代 我 国引进了一产了低压和高压等多个液 压 系 列［４］。８０ 年 代 至 ９０ 年 代， 我 国 大刀阔斧实现了液压行业的改造，并扩大了与发达国家在技术 上的交流，引进了大量国外先进液压产品与技术。
机械变速压力机是根据曲柄连杆或者肘杆机构等构成的传 动锻压机械，其工作平稳、操作条件好、自动化，比较适用于 自动生产线［５］。为了提高机械变速压力机的工作效率，需要 对 其控制系统进行设计。当前机械变速压力机控制系统设计方法 无法对其进行稳定高效地设计。而电液伺服技术为基于液压传 动技术和自动控制技术的新兴技术，利用了其中的关键元件， 就是电液伺服阀，实现了电、液之间的转换，这使小功率电信 号可对大功率液压元件进行控制［６］。电液伺服系统尺寸小， 反 映速度比较快，而且抗负载刚度也比较大，能够快速精确地重
机械变速压力机电液伺服自动控制系统设计
潘 冬
（陕西国防工业职业技术学院 数控工程学院，西安 ７１０３００）
摘要：针对当前机械变速压力机运行效率偏低、抗干扰能力较差等问题，提出 一 种 基 于 ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ 的 机 械 变 速 压 力 机 电 液 伺 服自动控制系统设计方法；对于系统的硬件部分，ＰＬＣ 对压力信 号 进 行 采 集， 电 源 模 块 采 用 稳 压 器 完 成 １２～５ Ｖ 的 ＤＣ／ＤＣ 转 化； 利 用 晶振当作振荡源与闭合回路结合完成时钟模 块 的 设 计； 系 统 的 软 件 部 分 根 据 位 置 式 的 ＰＩＤ 控 制 算 法 对 机 械 变 速 压 力 机 执 行 元 件 进 行 控 制，完成软件的设计；实验证明，所设计的控制系统稳定性好，具有很好的抗干扰能力。
０ 引 言
随着时间的推移，液压技术应运而生，已经发展到了可成 熟运用的程度［１］。液压技术的迅速发展使其很快地应用至锻 压 设备、农用机械、航空航天等领域中［２］。近些年来，随着 计 算 机的不断发展，尤其是液压伺服自动控制技术，它已经成为了 现代控制技术中必不可少的手段，其连接起了微电子技术和大 型 控 制 对 象 ， 达 到 了 对 对 象 进 行 控 制 的 目 的 ［３］。
关键词：压力机；电液伺服；自动控制系统
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ＰａｎＤｏｎｇ
（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈａａｎＸｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ ７１０３００，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｌｏｗｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｐｏｏｒａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｅｓｓ，ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｅｌｅｃ ｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｂａｓｅｄｏｎＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｏｒｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ ｐａｒｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ＰＬＣｃｏｌｌｅｃｔｓｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｇｎａｌ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｍｏｄｕｌｅａｄｏｐｔｓｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ１２～５ Ｖ．Ｔｈｅｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅａｎｄｔｈｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｌｏｃｋ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅｐａｒｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｓｔｈｅａｃｔｕａｔｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖａｒｉａｂｌｅｓｐｅｅｄｐｒｅｓｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｙｐｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｌ ｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｈａｓｇｏｏｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄ ｇｏｏｄａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐｒｅｓｓ；ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏ；ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
控制技术
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文章编号：１６７１ ４５９８（２０１７）１０ ００７３ ０４ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１７．１０．０２０ 中图分类号：Ｕ４６３ 文献标识码：Ａ