大型伺服压力机的控制系统设计PPT课件
合集下载
伺服控制系统设计PPT课件
特征方程式未出现s的二次项，由Routh
稳定判据可知，系统不稳定。
.
22
3.3 双闭环伺服系统
将APR改用PID调节器，其传递函数
伺服W A 系P R(统s)的W 开P ID 环(s)传K 递p函(is 数 1 )i(s ds 1 )
W o p ( s ) K p (is 1 i （ ) sd s 1 )s C 2 ( T T / i( s j J 1 ) ) K (s is 3 ( T 1 i（ s ) 1 d ) s 1 )
WAPR(s)WPI(s)Kp(isi s1)
.
18
3.3 双闭环伺服系统
双闭环位置伺服系统结构图
.
19
3.3 双闭环伺服系统
系统的开环传递函数为
W o p(s)K p(iis s 1 )sC 2(T T /i(sj J1 ))K s3 ((T iis s 1 1 ))
系统的开环放大系数
K
复合控制位置伺服系统的结构原理图
.
36
3.5 复合控制的伺服系统
前馈控制器的传递函数选为
G(s) 1 W2 (s)
得到
m (s) 1
* m
(
s
)
.
37
3.5 复合控制的伺服系统
理想的复合控制随动系统的输出量能够完 全复现给定输入量，其稳态和动态的给定误 差都为零。 系统对给定输入实现了“完全不变性” 。 需要引入输入信号的各阶导数作为前馈控 制信号，但同时会引入高频干扰信号，严重 时将破坏系统的稳定性，这时不得不再加上 滤波环节。
如果合理设计则可以综合改善伺服系 统的动态和静态特性。
PID串联校正装置的传递函数为:
WPID(s)Kp(is1)i(sds1)
伺服系统设计PPT课件
一、执行元件类型及特点
1. 电气执行元件 电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC） 伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元 件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态 性能好，适合于频繁使用，便于维修等 2．液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、 液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况 下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点 3．气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液 压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动 力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩 性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。
第3章 伺服系统
3.1 概述 3.2 伺服系统的执行元件及控制 3.3 伺服系统设计
3.1 概述
一、伺服系统概念 二、伺服系统的类型 三、伺服系统的基本要求
一、伺服系统概念
伺服系统是自动控制系统的一类，它的输出变 量通常是机械或位置的运动，它的根本任务是实 现执行机构对给定指令的准确跟踪，即实现输出 变量的某种状态能够自动、连续、精确地复现输 入指令信号的变化规律。
位置检测： G4 (s) K fp
3)整流装置（惯性环节）G5 (s)
ks Ti1s 1
各种整流装置的时间常数见下表
二、伺服电机及其控制
二、伺服电机及其控制
5)直流电机 直流电机原理 见右图
二、伺服电机及其控制
设输入信号为Ud ,输出为电机转角 则其传
递函数：
Ld
Ed
did dt
Rd id
常用的是前面2种调速方式。
永磁直流电动机
N
b
i
n
-A a i c e
d
第4章伺服驱动系统PPT课件
上一页 下一页 返回
4.1伺服系统概述
(2)闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统(见图43)。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令 和机床工作台(或刀架)实际位置的差值。闭环伺服系统需要 有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执 行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控 装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所 以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差 都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目 前，闭环系统的分辨率多为1um，定位精度可达士0. 01一士0. O5 mm;高精度系统分辨率可达0. 1 um。系统精度只取决于测 量装置的制造精度和安装精度。
上一页 下一页 返回
4.1伺服系统概述
4.按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类 (1)直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直
流伺服电动机和永磁直流伺服电动机(也称为大惯量宽调速直 流伺服电动机)。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电 动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控 机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一 般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过 中间机械传动(如齿轮副)才能与}}r杠相连接。 永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且 电动机的转子惯量较大，能直接与}}r杠相连而不需要中间传 动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1 r/min甚至0.1r/min下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统 在数控机床上获得厂广泛的应用，20世纪70年代至80年代中 期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多 数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电 动机的缺点是有电刷，限制r转速的提高(一般额定转速为1 000-1 500r/min )，而且结构复杂，价格较贵。
4.1伺服系统概述
(2)闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统(见图43)。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令 和机床工作台(或刀架)实际位置的差值。闭环伺服系统需要 有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执 行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控 装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所 以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差 都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目 前，闭环系统的分辨率多为1um，定位精度可达士0. 01一士0. O5 mm;高精度系统分辨率可达0. 1 um。系统精度只取决于测 量装置的制造精度和安装精度。
上一页 下一页 返回
4.1伺服系统概述
4.按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类 (1)直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直
流伺服电动机和永磁直流伺服电动机(也称为大惯量宽调速直 流伺服电动机)。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电 动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控 机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一 般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过 中间机械传动(如齿轮副)才能与}}r杠相连接。 永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且 电动机的转子惯量较大，能直接与}}r杠相连而不需要中间传 动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1 r/min甚至0.1r/min下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统 在数控机床上获得厂广泛的应用，20世纪70年代至80年代中 期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多 数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电 动机的缺点是有电刷，限制r转速的提高(一般额定转速为1 000-1 500r/min )，而且结构复杂，价格较贵。
液压伺服和比例控制系统ppt
差） 经放大器放大后，加于电液伺服
阀转换为液压信号（图中A、b)，以推
动液压缸活塞，驱动控制对象向消除偏
差方向运动。当偏差为零时，停止驱动，
因而使控制对象的位置总是按指令电位
图 7-9 统
电液伺服系
器给定的规律变化。
1-电位器；2-电液伺服阀；3-
液 压缸；4-负载；5-反 馈；
6-指令电位器；7-放大器
液压伺服和比例控制系统
第一节 液压伺服控制 第二节 电压比例控制
液压伺服阀
液压伺服阀是液压伺服系统中最重要、最基本的组成部分，它 起着信号转换、功率放大及反馈等控制作用。电液伺服阀是应用最广 泛的一种，它在接受电器信号模拟后，相应输出调制的流量和压力控 制信号，控制系统压力、流量、方向的变化。它既是电液转换元件， 也是功率放大元件，它能够将小功率的微弱电器输入信号转换为大功 率的液压能（流量和压力）输出。在电液伺服系统中，它将电气部分 和液压部分连接起来，实现电液信号的转换与液压放大。电液伺服阀 是电液伺服系统控制的核心。
量油增路加关，闭而，滑液阀压开缸x0口不量动逐，渐负减载少停。止当在x一0 增个加新到的
x0
位置
上
x时i ，则开口量为零，
，达到一个新的平
衡状态。
号继续如向果右继运续动给。控反制之滑,若阀给向控右制的滑输阀入输信入号一个x负i ，位液移压x缸i 就0会(向跟左随为这负个）信
液压伺服阀系统
反液之压缸,若就给会控跟制随滑这阀个输信入号一向个左负运位动移。xi 0 (向左为负）输入信号，则
液压伺服阀
3〕射流管式伺服阀
组成：如图7-3所示,采用衔铁式力矩马达8带动 射流管及其接收口2，两个接收口直接和滑陶阀 芯5两端面连接，控制滑阀阀芯运动。滑阀陶芯 5靠一个板簧定位,其位移与滑阀阅芯两端压力 差成比例。
大型伺服压力机的控制系统设计PPT课件
1 上梁 2 行星齿轮减速器 3 上肘杆 4 连接平衡块 5 盘式永磁同步伺服电机 6 联轴器 7 第一螺母 8 螺杆 9 上连杆 10 第二螺母 11 下连杆 12 下肘杆 13 滑块
图7
Page 23
方案七
该传动系统，采用行星齿轮减速器、上梁和肘杆之间的对称摆杆增力机构、双 肘杆增力机构等三级增力机构，能提供大的放大倍数，增力效果明显，有效增 力行程大；单根左右旋丝杠水平放置，减小了压力机的高度，整体结构尺寸较 小；滑块行程大，工作行程具有快速进给，慢速成型的特点，空行程具有“急 回特性”，工作效率高；采用对称结构，消除了偏载。
2008年11月，上海交大与齐二机床集团有限公司联合研制成功200吨 “H2S200型交流伺服压力机”，具有完全自主知识产权，将液压机的灵活性 与机械压力机的高效率优点有机结合起来，可以适应不同的冲压工艺要求。
Page 10
1.2 伺服压力机国内现状
陆永辉、卢宗武、张策等人分别采用了混合驱动机构，用伺服电机与常 规电机混合驱动压力机。在这种方案中，常规电机用来传递主要动力，而伺 服电机则通过调整五杆机构来控制滑块的位移，以此可以实现冲压工艺的调 节。
Page 5
1.1 伺服压力机国外现状
日本会田(AIDA)公司采用了自己开发的伺服马达和CNC控制系统推出了 NSl．D型的伺服压力机。其产品NSI．3000(D)的具体参数为：公称力3000kN， 公称力行程6mm，正常模式下滑块行程长度400mm和滑块行程次数30次／分。
日本天田(AMADA) 通过将伺服电动机与曲轴构造巧妙结合，实现灵活的行 程动作及在加工区域可以进行精确动作控制的数字伺服直接驱动装置。并于 2007年推出电动伺服压力机“SDEW2025”和“SDEW3025”。公称压力分别为 2000kN和3000kN。具备“振子”、“整形”、“重复”等7种运动模式。根据加 工对象选择运动模式，可进行高精度、稳定的加。此外，可增加用于在总公司 与工厂间交换程序及各种数据的网络功能，还准备了收集生产数据的“运转管 理软件”，可以管理运动方式、模具、工件、外围装置、图像之类的数据。
图7
Page 23
方案七
该传动系统，采用行星齿轮减速器、上梁和肘杆之间的对称摆杆增力机构、双 肘杆增力机构等三级增力机构，能提供大的放大倍数，增力效果明显，有效增 力行程大；单根左右旋丝杠水平放置，减小了压力机的高度，整体结构尺寸较 小；滑块行程大，工作行程具有快速进给，慢速成型的特点，空行程具有“急 回特性”，工作效率高；采用对称结构，消除了偏载。
2008年11月，上海交大与齐二机床集团有限公司联合研制成功200吨 “H2S200型交流伺服压力机”，具有完全自主知识产权，将液压机的灵活性 与机械压力机的高效率优点有机结合起来，可以适应不同的冲压工艺要求。
Page 10
1.2 伺服压力机国内现状
陆永辉、卢宗武、张策等人分别采用了混合驱动机构，用伺服电机与常 规电机混合驱动压力机。在这种方案中，常规电机用来传递主要动力，而伺 服电机则通过调整五杆机构来控制滑块的位移，以此可以实现冲压工艺的调 节。
Page 5
1.1 伺服压力机国外现状
日本会田(AIDA)公司采用了自己开发的伺服马达和CNC控制系统推出了 NSl．D型的伺服压力机。其产品NSI．3000(D)的具体参数为：公称力3000kN， 公称力行程6mm，正常模式下滑块行程长度400mm和滑块行程次数30次／分。
日本天田(AMADA) 通过将伺服电动机与曲轴构造巧妙结合，实现灵活的行 程动作及在加工区域可以进行精确动作控制的数字伺服直接驱动装置。并于 2007年推出电动伺服压力机“SDEW2025”和“SDEW3025”。公称压力分别为 2000kN和3000kN。具备“振子”、“整形”、“重复”等7种运动模式。根据加 工对象选择运动模式，可进行高精度、稳定的加。此外，可增加用于在总公司 与工厂间交换程序及各种数据的网络功能，还准备了收集生产数据的“运转管 理软件”，可以管理运动方式、模具、工件、外围装置、图像之类的数据。
第五章 伺服驱动系统PPT课件
控制输入脉冲数量、频率及电动机各相绕组的接通次序，可得 到各种需要的运行特性。 （一） 步进电动机的分类
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
《液压伺服系统控制》PPT模板课件
微机液压伺服控制系统
液压伺服系统组成
• 输入元件 • 反馈测量元件 • 比较元件 • 放大转换元件 • 执行元件 • 控制对象
伺服控制应用实例
图1.15 液压伺服控制之车床靠模加工系统
图1.16 CNC数值控制机台X、Y轴轴向运动控制系统
1.17 射出成型机射出压力控制系统
图1.18 轧钢厚度控制
1.3 液压伺服与比例控制系统的优缺点
（一）、液压伺服控制的优点 (1)液压元件的功率—重量比与力矩-惯量比大 可以组 成结构紧凑、体积小、重量轻、加速性好的伺服系统。 (2)液压动力元件快速性好，系统响应快。 (3)液压伺服系统抗负载的刚度大，即输出位移受负载 变化的影响小，定位准确，控制精度高。 （二）、液压伺服控制的缺点 (1) 液压元件，特别是精密的液压控制元件(如电液伺服 阀)抗污染能力差，对工作油液的清洁度要求高。 (2) 油温变化时对系统的性能有很大的影响。 (3) 当液压元件的密封设计、制造相使用维护不当 时．容易引起外漏，造成环境污染。 (4) 液压元件制造精度要求高，成本高。 (5) 液压能源的获得与远距离传输都不如电气系统方便。
液压伺服系统控制
（Excellent handout training template）
第一章 绪论 Introduction of Hydraulic
Servo Control
1-1 液压伺服控制定义
伺服控制
控制物体的位置、方向、姿态，并能追踪任意 变化之目标的控制系統。（JIS）
液压伺服控制
传统点到点闭回路液压控制系统
闭回路液压伺服机构
图是泵控式电液速度控制系统的原理图。该
系统的液压动力元件由变量泵和液压马达组 成，变量泵既是液压能源又是液压控制元件。
大型伺服压力机的控制系统设计共42页文档PPT文档44页
大型伺服压力机的控制系统设计共42 页文档
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第2章伺服控制基础知识ppt课件
在伺服系统中测角度〔角位移〕的方法很多，常用的有电位计、差动变 压器、微动同步器、自整角机、旋转变压器等，这里引见部分丈量元件。 ---测小角位移
(一)差动变压器和微同步器
1.差动变压器
励磁
直线位移式
输出
转角式
差动变压器
2.微动同步器
微动同步器由四极定子和两极转子组成。在定子每个极上 绕有两个线圈〔初级在里侧，次级在外侧〕。用各极中的一 个线圈串联成初级激磁回路，各极中的另一线圈那么串联成 次级感应回路。
数字测速方法
在闭环伺服控制系统中，根据脉冲 计数来丈量转速的方法有M法测速﹑T 法测速和M/T法测速三种：
M法测速是指：在规定时间间隔Tg内， 丈量所产生的脉冲数来获得被测速度 值；
T法测速是指：丈量相邻两个脉冲的时 间间隔Ttach来确定被测速度值；
M/T法测速是指：同时丈量检测时间和
二、角度〔角位移〕检测
• 位量检测元件的分类和特点
经常用于数控机床的位置检测元件有旋转变压器、感 应同步器、编码盘、光栅和磁尺等。
分类：
☆ 安装的位置及耦合方式—直接丈量和间接丈量；
☆ 丈量方法
—增量型和绝对型;
☆ 检测信号的类型
—模拟式和数字式；
☆ 运动型式
—回转型和直线型；
☆ 信号转换的原理
—光电效应、光栅效应、电磁感应原理、
信号型的微动同步器实践上是一种高准确度的变磁阻型 旋转变压器。对于一定的励磁电压和频率来说，在一定的转 子转角范围(普通为10度或12度)内，它的输出电压正比于转 子转角。
激磁回路的衔接原那么是：当将等幅交流电压加于其上时，在激磁电流
的某半周期内，各极上的磁通方向如图中箭头所示；次级感应回路的衔接 原那么是：使总的输出电压是Ⅱ 、Ⅲ极和I 、Ⅳ极上感应电压之差。
大型伺服压力机的控制系统设计
图1
方案二
该方案（图2）中伺服电机经同步带轮、齿轮两级减速后,由曲柄连杆机构 变转动为移动，再经肘杆机构增力，传动较复杂，但由于有二级减速和肘杆增 力机构， 因而降低了伺服电动机的容量。 典型产品：等长肘杆型，广东锻压机床厂有限 公司开发的GDKS系列产品, 最大公称力6300kN； 三角肘杆型，日本小松开发的H1F系列产品,最 大公称力2000kN。
理软件”，可以管理运动方式、模具、工件、外围装置、图像之类的数据。
1.1
伺服压力机国外现状
日本AIDA和日本FANUC公司共同开发了一种高效率生产小型冲压件的伺服 电机的压力成型机，这种成型设备可用于生产多种引线的引线框、手表机芯 的精密齿轮、精密汽车零件等小型精密品。日本小松公司90年初试制了数字
1.2
伺服压力机国内现状
陆永辉、卢宗武、张策等人分别采用了混合驱动机构，用伺服电机与常 规电机混合驱动压力机。在这种方案中，常规电机用来传递主要动力，而伺 服电机则通过调整五杆机构来控制滑块的位移，以此可以实现冲压工艺的调
节。
目前国内在从事相关研究机构有，广东锻压集团、扬力集团、浙锻集团、 徐锻集团、扬锻集团、清华大学、香港中文大学、南京航空航天大学、河海 大学、华中科大、西安交大、南京理工大学、浙江大学、东南大学、广东工
图2
方案二
采用肘杆机构后使压力机具有更好的运动特性和动力特性，因为肘杆( 尤 其是三角肘杆) 机构具有以下特点: （1）在滑块的下死点附近具有更好的低速运动特性，可以更好满足金属材料 最大拉伸速度的限制要求。 （2） 滑块上下行速度曲线不对称，且具有一定的急回特性，可以更好适应 “ 快- 慢- 更快”的成形工艺运动要求，进而降低伺服驱动系统的加(减) 速 要求。 （3）具有更优的增力特性，可以降低伺服电机的容量和成本。因而，该方案 在单点压力机上具有良好的发展前景。
方案二
该方案（图2）中伺服电机经同步带轮、齿轮两级减速后,由曲柄连杆机构 变转动为移动，再经肘杆机构增力，传动较复杂，但由于有二级减速和肘杆增 力机构， 因而降低了伺服电动机的容量。 典型产品：等长肘杆型，广东锻压机床厂有限 公司开发的GDKS系列产品, 最大公称力6300kN； 三角肘杆型，日本小松开发的H1F系列产品,最 大公称力2000kN。
理软件”，可以管理运动方式、模具、工件、外围装置、图像之类的数据。
1.1
伺服压力机国外现状
日本AIDA和日本FANUC公司共同开发了一种高效率生产小型冲压件的伺服 电机的压力成型机，这种成型设备可用于生产多种引线的引线框、手表机芯 的精密齿轮、精密汽车零件等小型精密品。日本小松公司90年初试制了数字
1.2
伺服压力机国内现状
陆永辉、卢宗武、张策等人分别采用了混合驱动机构，用伺服电机与常 规电机混合驱动压力机。在这种方案中，常规电机用来传递主要动力，而伺 服电机则通过调整五杆机构来控制滑块的位移，以此可以实现冲压工艺的调
节。
目前国内在从事相关研究机构有，广东锻压集团、扬力集团、浙锻集团、 徐锻集团、扬锻集团、清华大学、香港中文大学、南京航空航天大学、河海 大学、华中科大、西安交大、南京理工大学、浙江大学、东南大学、广东工
图2
方案二
采用肘杆机构后使压力机具有更好的运动特性和动力特性，因为肘杆( 尤 其是三角肘杆) 机构具有以下特点: （1）在滑块的下死点附近具有更好的低速运动特性，可以更好满足金属材料 最大拉伸速度的限制要求。 （2） 滑块上下行速度曲线不对称，且具有一定的急回特性，可以更好适应 “ 快- 慢- 更快”的成形工艺运动要求，进而降低伺服驱动系统的加(减) 速 要求。 （3）具有更优的增力特性，可以降低伺服电机的容量和成本。因而，该方案 在单点压力机上具有良好的发展前景。
伺服控制系统PPT课件
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
6.1 概述 6.2 执行元件 6.3 电力电子变流技术 6.4 PWM 思考题
第6章 伺服控制系统
6.1
6.1.1 机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，
但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般 包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较 环节等五部分。图6-1给出了伺服系统组成原理框图。
如 果 把 角 速 度 ω 看 作 是 电 枢 电 压 Ua 的 函 数 ， 即
ω=f(Ua)，则可得到直流伺服电动机的调节特性表达式
Ua
Ce
kTm
(6-9)
式中,k是常数，k
Ra
CeCm
2
。
根据式(6-8)和式(6-9)，给定不同的Ua值和Tm值，可 分别绘出直流伺服电动机的机械特性曲线和调节特性曲线 如图6-5、图6-6所示。
第6章 伺服控制系统
4.
上述对直流伺服电动机特性的分析是在理想条件 下进行的，实际上电动机的驱动电路、电动机内部的 摩擦及负载的变动等因素都对直流伺服电动机的特性 有着不容忽略的影响。
1）驱动电路对机械特性的影响;
直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动
电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc，
第6章 伺服控制系统
3）
由式（6-5）知，在负载转矩TL不变的条件下，直流伺
服电动机角速度与电枢电压成线性关系。但在实际伺服系 统中，经常会遇到负载随转速变动的情况，如粘性摩擦阻 力是随转速增加而增加的，数控机床切削加工过程中的切 削力也是随进给速度变化而变化的。这时由于负载的变动 将导致调节特性的非线性，如图6-9所示。可见，由于负 载变动的影响，当电枢电压Ua增加时，直流伺服电动机角
第6章 伺服控制系统
6.1 概述 6.2 执行元件 6.3 电力电子变流技术 6.4 PWM 思考题
第6章 伺服控制系统
6.1
6.1.1 机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，
但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般 包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较 环节等五部分。图6-1给出了伺服系统组成原理框图。
如 果 把 角 速 度 ω 看 作 是 电 枢 电 压 Ua 的 函 数 ， 即
ω=f(Ua)，则可得到直流伺服电动机的调节特性表达式
Ua
Ce
kTm
(6-9)
式中,k是常数，k
Ra
CeCm
2
。
根据式(6-8)和式(6-9)，给定不同的Ua值和Tm值，可 分别绘出直流伺服电动机的机械特性曲线和调节特性曲线 如图6-5、图6-6所示。
第6章 伺服控制系统
4.
上述对直流伺服电动机特性的分析是在理想条件 下进行的，实际上电动机的驱动电路、电动机内部的 摩擦及负载的变动等因素都对直流伺服电动机的特性 有着不容忽略的影响。
1）驱动电路对机械特性的影响;
直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动
电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc，
第6章 伺服控制系统
3）
由式（6-5）知，在负载转矩TL不变的条件下，直流伺
服电动机角速度与电枢电压成线性关系。但在实际伺服系 统中，经常会遇到负载随转速变动的情况，如粘性摩擦阻 力是随转速增加而增加的，数控机床切削加工过程中的切 削力也是随进给速度变化而变化的。这时由于负载的变动 将导致调节特性的非线性，如图6-9所示。可见，由于负 载变动的影响，当电枢电压Ua增加时，直流伺服电动机角
第五章 伺服驱动系统PPT课件
CP 13 出错报警输出
18，17，15 A，B，C相输出
16 电源
PA0 PA1
8155
PA2 PA5 PA6 PA7
PA3 PA4 TMOUT
+5V YB015
A0
Vcc A
A1
B
E0
C
E1
D
E2
E
R
+
GGNNDD
CP
YB013
A0 Vcc
A1
A
E0
B
E1
C
E2
+
R
-
GND CP
+5V
光电 隔离
41
1
0
2A03H 06H
正
4
1
1
0
2A13H 30H 正
5 1 0 0 2A04H 04H 转 5 1 0 0 2A14H 20H 转
6 1 0 1 2A05H 05H
6 1 0 1 2A15H 28H
2、功率放大器
作用：将环形分配器或I/O口输出的弱电信号放大，给步 进电机每相绕组提供脉冲励磁电流
调速系统：线路简单、效率高、调速范围宽、快速响应好、
抗干扰强；
2）直流PWM调速的基本原理：通过控制电枢电压的占空比，从
而改变其平均电压，完成转速控制。
S
平均电压U d
UmS T
忽略电枢内阻上压降，则电枢回路静态
Um
方程式为：
Ud
E
UmS T
Cen
T
n Um S n S
TCe
7、速度控制单元
分类： 按驱动方式：单压驱动、双压（高低压）驱动 按功率开关元件：功率晶体管驱动、晶闸管驱动 按控制方式：高低压定时控制、恒流斩波控制、脉宽 控制单电压与高低压驱动电路
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.1 伺服压力机国外现状 1.2 伺服压力机国内现状
Page 4
1.1 伺服压力机国外现状
近年来，由于大功率伺服电机的研究开发成功，由大功率伺服电 机驱动的新型机械设备也相应出现，如世界著名的KOMATSU、AIDA、 AMADA、AMINO、TOYO等公司，先后推出了采用该技术的伺服压力机、 伺服折弯机、伺服注塑机等设备。在此期间，机械压力机的传动结构 发生了很大变化，最大的创新点在于伺服电机取代了传统的主驱动电 机、飞轮、离合器和制动器，国内外的研究学者和压力机制造公司在 直接驱动方式上做了不少的探索。lO多年前，在美、日、欧等工业发 达国家就已经兴起了交流伺服电动机直接驱动压力机的研究与开发。
大型伺服压力机 控制系统设计
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
前言
点击此处输入 相关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
Page 2
点击此处输入 相关文本内容
1 伺服压力机国内外现状 2 伺服压力机机械本体研究 3 伺服压力机控制系统研究 4 实验样机的构成
Page 3
1 伺服压力机国内外现状
目前国内在从事相关研究机构有，广东锻压集团、扬力集团、浙锻集团、 徐锻集团、扬锻集团、清华大学、香港中文大学、南京航空航天大学、河海 大学、华中科大、西安交大、南京理工大学、浙江大学、东南大学、广东工 业大学等, 部分单位已经开发出初步样机。
Page 11
2 大型伺服压力机机械本体
2.1 伺服机械压力机传动方案分析 2.2 杆系构型反演设计理论
Page 12
2.1 伺服机械压力机传动方案分析
为了提高伺服机械压力机的吨位与电机容量的比值，开发出低成本大吨 位的伺服机械压力机，国内外不少高校和企业正在以下3个方向进行研究:一 是以增力功能为目标，对各种传动机构进行串联式或并联式组合设计，以降 低伺服电机所需的扭矩和容量，进而降低设备的成本，常用的传动机构有带 轮副、齿轮副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副、差动轮系、曲柄连杆、肘杆、多 连杆等; 二是利用交流异步电机的低成本和大容量, 通过多自由度合成机构, 实现异步电机与伺服电机混合驱动, 以降低伺服电机的容量; 三是采用新型 电力拖动系统, 如利用直线电机、开关磁阻电机驱动伺服机械压力机，以降 低设备的成本。
Page 7
1.1 伺服压力机国外现状
德国舒勒(Schuler)股份公司最新研制开发了新一代压力机，该机采用了 适合于大批量或多品种生产的伺服驱动系统，大大提高了冲压设备的生产效 率和灵活性。推出了2500kN、3150kN、4000kN、5000kN和6300kN公称力的新 一代系列冲压设备，都配备了被称之为“PSE”的部件，而且所有的冲压设备 都采用了集成化的模块，按照模块化结构制造，因此，Schuler股份公司可以 为用户提供性能更强大的板材冲压设备。产品TSD2．250的具体参数为：公称 力2500kN，滑块行程长度60～250mm和滑块行程次数3—70次／分。
2008年11月，上海交大与齐二机床集团有限公司联合研制成功200吨 “H2S200型交流伺服压力机”，具有完全自主知识产权，将液压机的灵活性 与机械压力机的高效率优点有机结合起来，可以适应不同的冲压工艺要求。
Page 10
1.2 伺服压力机国内现状
陆永辉、卢宗武、张策等人分别采用了混合驱动机构，用伺服电机与常 规电机混合驱动压力机。在这种方案中，常规电机用来传递主要动力，而伺 服电机则通过调整五杆机构来控制滑块的位移，以此可以实现冲压工艺的调 节。
在现有伺服压力机产品方面，还有山田公司的Svo．5型与Mga-24型伺 服压力机，纲野公司的ServoLink型伺服压力机，以及台湾金丰公司的CMI 型伺服压力机。
Page 9
1.2 伺服压力机国内现状
由于国外技术商业保密的原因，国外产品资料中对交流伺服压力机的机构 特性及控制方式介绍很少，特别是不转让大功率交流伺服电动机的技术，国 内伺服压力机的研究工作落后国外十多年。但最近几年，国内伺服压力机的 研究工作有了较快的进展，有多家单位进行了伺服压力机的研究开发工作。
Page 6
1.1 伺服压力机国外现状
日本AIDA和日本FANUC公司共同开发了一种高效率生产小型冲压件的伺服 电机的压力成型机，这种成型设备可用于生产多种引线的引线框、手表机芯 的精密齿轮、精密汽车零件等小型精密品。日本小松公司90年初试制了数字 化机械驱动的数控回转头压力机，其传动原理为伺服电机加精密螺旋。2003 年，小松公司又开发出新型伺服压力机，利用2台伺服电机通过皮带减速，带 动滚珠丝杆运动，再通过肘杆机构带动滑块上下运动。该公司先后推出了H1F、 H2F、H2W和HCP系列复合型伺服压力机。其产品H2W200H的具体参数为：公称 力2000kN，滑块行程长度150mm，滑块行程次数85次／分，滑块调节量120驱动的锻压设备，成 功地完成了直线电机驱动小型压力机的研制。现在己能小批生产5KN、10KN 31．5KN、60KN冲压机，更大吨位的压力机还在试制。
2007年，我国首台“混合驱动”伺服压力机由济南二机床集团研制成功， 主驱动可以任意编程控制，压力机吨位达到1000吨。
Page 5
1.1 伺服压力机国外现状
日本会田(AIDA)公司采用了自己开发的伺服马达和CNC控制系统推出了 NSl．D型的伺服压力机。其产品NSI．3000(D)的具体参数为：公称力3000kN， 公称力行程6mm，正常模式下滑块行程长度400mm和滑块行程次数30次／分。
日本天田(AMADA) 通过将伺服电动机与曲轴构造巧妙结合，实现灵活的行 程动作及在加工区域可以进行精确动作控制的数字伺服直接驱动装置。并于 2007年推出电动伺服压力机“SDEW2025”和“SDEW3025”。公称压力分别为 2000kN和3000kN。具备“振子”、“整形”、“重复”等7种运动模式。根据加 工对象选择运动模式，可进行高精度、稳定的加。此外，可增加用于在总公司 与工厂间交换程序及各种数据的网络功能，还准备了收集生产数据的“运转管 理软件”，可以管理运动方式、模具、工件、外围装置、图像之类的数据。
Page 8
1.1 伺服压力机国外现状
美国协易(SEYI)公司推出了门型单轴(SDl系列)和门型双轴(SD2系列) 伺服压力机，该系列产品具有高扭矩能力，系统中内建100组模具记忆。其 产品SD2-400H的具体参数为：公称力4000kN，公称力行程7mm，滑块行程长 度200mm，滑块行程次数40次／分。
Page 4
1.1 伺服压力机国外现状
近年来，由于大功率伺服电机的研究开发成功，由大功率伺服电 机驱动的新型机械设备也相应出现，如世界著名的KOMATSU、AIDA、 AMADA、AMINO、TOYO等公司，先后推出了采用该技术的伺服压力机、 伺服折弯机、伺服注塑机等设备。在此期间，机械压力机的传动结构 发生了很大变化，最大的创新点在于伺服电机取代了传统的主驱动电 机、飞轮、离合器和制动器，国内外的研究学者和压力机制造公司在 直接驱动方式上做了不少的探索。lO多年前，在美、日、欧等工业发 达国家就已经兴起了交流伺服电动机直接驱动压力机的研究与开发。
大型伺服压力机 控制系统设计
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
前言
点击此处输入 相关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
Page 2
点击此处输入 相关文本内容
1 伺服压力机国内外现状 2 伺服压力机机械本体研究 3 伺服压力机控制系统研究 4 实验样机的构成
Page 3
1 伺服压力机国内外现状
目前国内在从事相关研究机构有，广东锻压集团、扬力集团、浙锻集团、 徐锻集团、扬锻集团、清华大学、香港中文大学、南京航空航天大学、河海 大学、华中科大、西安交大、南京理工大学、浙江大学、东南大学、广东工 业大学等, 部分单位已经开发出初步样机。
Page 11
2 大型伺服压力机机械本体
2.1 伺服机械压力机传动方案分析 2.2 杆系构型反演设计理论
Page 12
2.1 伺服机械压力机传动方案分析
为了提高伺服机械压力机的吨位与电机容量的比值，开发出低成本大吨 位的伺服机械压力机，国内外不少高校和企业正在以下3个方向进行研究:一 是以增力功能为目标，对各种传动机构进行串联式或并联式组合设计，以降 低伺服电机所需的扭矩和容量，进而降低设备的成本，常用的传动机构有带 轮副、齿轮副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副、差动轮系、曲柄连杆、肘杆、多 连杆等; 二是利用交流异步电机的低成本和大容量, 通过多自由度合成机构, 实现异步电机与伺服电机混合驱动, 以降低伺服电机的容量; 三是采用新型 电力拖动系统, 如利用直线电机、开关磁阻电机驱动伺服机械压力机，以降 低设备的成本。
Page 7
1.1 伺服压力机国外现状
德国舒勒(Schuler)股份公司最新研制开发了新一代压力机，该机采用了 适合于大批量或多品种生产的伺服驱动系统，大大提高了冲压设备的生产效 率和灵活性。推出了2500kN、3150kN、4000kN、5000kN和6300kN公称力的新 一代系列冲压设备，都配备了被称之为“PSE”的部件，而且所有的冲压设备 都采用了集成化的模块，按照模块化结构制造，因此，Schuler股份公司可以 为用户提供性能更强大的板材冲压设备。产品TSD2．250的具体参数为：公称 力2500kN，滑块行程长度60～250mm和滑块行程次数3—70次／分。
2008年11月，上海交大与齐二机床集团有限公司联合研制成功200吨 “H2S200型交流伺服压力机”，具有完全自主知识产权，将液压机的灵活性 与机械压力机的高效率优点有机结合起来，可以适应不同的冲压工艺要求。
Page 10
1.2 伺服压力机国内现状
陆永辉、卢宗武、张策等人分别采用了混合驱动机构，用伺服电机与常 规电机混合驱动压力机。在这种方案中，常规电机用来传递主要动力，而伺 服电机则通过调整五杆机构来控制滑块的位移，以此可以实现冲压工艺的调 节。
在现有伺服压力机产品方面，还有山田公司的Svo．5型与Mga-24型伺 服压力机，纲野公司的ServoLink型伺服压力机，以及台湾金丰公司的CMI 型伺服压力机。
Page 9
1.2 伺服压力机国内现状
由于国外技术商业保密的原因，国外产品资料中对交流伺服压力机的机构 特性及控制方式介绍很少，特别是不转让大功率交流伺服电动机的技术，国 内伺服压力机的研究工作落后国外十多年。但最近几年，国内伺服压力机的 研究工作有了较快的进展，有多家单位进行了伺服压力机的研究开发工作。
Page 6
1.1 伺服压力机国外现状
日本AIDA和日本FANUC公司共同开发了一种高效率生产小型冲压件的伺服 电机的压力成型机，这种成型设备可用于生产多种引线的引线框、手表机芯 的精密齿轮、精密汽车零件等小型精密品。日本小松公司90年初试制了数字 化机械驱动的数控回转头压力机，其传动原理为伺服电机加精密螺旋。2003 年，小松公司又开发出新型伺服压力机，利用2台伺服电机通过皮带减速，带 动滚珠丝杆运动，再通过肘杆机构带动滑块上下运动。该公司先后推出了H1F、 H2F、H2W和HCP系列复合型伺服压力机。其产品H2W200H的具体参数为：公称 力2000kN，滑块行程长度150mm，滑块行程次数85次／分，滑块调节量120驱动的锻压设备，成 功地完成了直线电机驱动小型压力机的研制。现在己能小批生产5KN、10KN 31．5KN、60KN冲压机，更大吨位的压力机还在试制。
2007年，我国首台“混合驱动”伺服压力机由济南二机床集团研制成功， 主驱动可以任意编程控制，压力机吨位达到1000吨。
Page 5
1.1 伺服压力机国外现状
日本会田(AIDA)公司采用了自己开发的伺服马达和CNC控制系统推出了 NSl．D型的伺服压力机。其产品NSI．3000(D)的具体参数为：公称力3000kN， 公称力行程6mm，正常模式下滑块行程长度400mm和滑块行程次数30次／分。
日本天田(AMADA) 通过将伺服电动机与曲轴构造巧妙结合，实现灵活的行 程动作及在加工区域可以进行精确动作控制的数字伺服直接驱动装置。并于 2007年推出电动伺服压力机“SDEW2025”和“SDEW3025”。公称压力分别为 2000kN和3000kN。具备“振子”、“整形”、“重复”等7种运动模式。根据加 工对象选择运动模式，可进行高精度、稳定的加。此外，可增加用于在总公司 与工厂间交换程序及各种数据的网络功能，还准备了收集生产数据的“运转管 理软件”，可以管理运动方式、模具、工件、外围装置、图像之类的数据。
Page 8
1.1 伺服压力机国外现状
美国协易(SEYI)公司推出了门型单轴(SDl系列)和门型双轴(SD2系列) 伺服压力机，该系列产品具有高扭矩能力，系统中内建100组模具记忆。其 产品SD2-400H的具体参数为：公称力4000kN，公称力行程7mm，滑块行程长 度200mm，滑块行程次数40次／分。