伺服双动力螺旋精压机控制系统研究
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摘要
基于交流伺服电机的数字化重载机械驱动技术是高新技术与传统机械技术的结合，将其作为机械压力机主传动，可以大大提高压力机的性能、可靠性和智能化水平。
本课题把数控重载机械驱动技术应用于成形设备，研究其关键技术问题，开发一种具有自己特色和自主知识产权的伺服螺旋精压机。本论文重点对伺服螺旋精压机的控制系统进行研究。
根据设备的性能要求进行了控制系统方案的设计，在分析各控制方案优缺点的基础上，针对该设备的性能特点选择“PC+运动控制器”的控制方案；控制系统的硬件包括GT-200-SV运动控制器，IMS-GF3交流伺服驱动器和自主设计的交流伺服电机；旋转编码器作为电机的转子位置和速度检测元件，光栅尺作为滑块的位置检测元件，构成全闭环的控制系统；采用模块化和面向对象的设计方法来进行控制系统软件的设计，把控制系统软件划分为：用户权限管理模块、系统主控模块、工艺参数设置模块、系统初始化与自检模块、工作状态监视模块、工艺参数管理模块和自适应控制模块等七大功能模块，并对各功能模块进行了详细的设计；实际运行表明，所开发的控制软件具有界面友好、操作容易等优点，可以获得任意工作特性曲线，完全实现了原定功能；实验结果表明控制系统能满足伺服螺旋精压机的功能要求，伺服螺旋精压机具有运动特性可变、速度可控等优越的加工性能。
伺服螺旋精压机的研究与开发，对加快数控重载机械驱动技术在我国的应用步伐，打破国外在这一技术上的垄断地位和提高我国成形设备制造技术水平，顺应成形设备发展的数字化、信息化和智能化的潮流具有十分重大的意义!
Based on AC servo motors, NC heavy duty mechanical driving technology is a combination of new and high technology and traditional mechanical technology. Used as main driving in forming equipment, it can greatly improve intelligent level, reliability and working performances of the equipment.
This project applies NC heavy duty mechanical driving technology to forming equipments. A servo screw coining press is developed with own knowledge property right. The key research in this paper is on control system ofservo screw coining press.
The control system schemes are designed basing on equipment's performance. Their advantage and disadvantage is pointed out. In allusion to equipment's performance characteristic, the scheme of PC and motion controller is chosen. The hardware is consisted of GT-200-SV motion controller, IMS-GF3 alternate servo driver and the especially designed servo motors. The rotary encoder is speed and position examination part of motor, the optical grating ruler is position examination part of slide. All of these make up of a closed loop control system. According to modularization and OOD thoughts, the control system software is consisted of seven function modules: user managing module, system main controlling module, process parameters setting module, initialization and self check module, working state monitoring module, process parameters managing module and self adapting control module. And the function modules are designed in detail. The practical running shows that the control software has advantage of amity interface and easy operation, the random working characteristic curves can be obtained, the target function is entirely achieved. The experimental results show that the control system can meet the function of servo screw coining press and the servo screw coining press has advantage of controllable movement and speed.
The research and development of servo screw coining press has an important significance on accelerating the application pace of NC heavy duty mechanical driving technology in our country, breaking oversea technical monopoly, improving the level of manufacturing engineering on forming equipment and humoring the forming equipments' current of numeral, information and intelligence.
本课题把数控重载机械驱动技术应用于成形设备，研究其关键技术问题，开发一种具有自己特色和自主知识产权的伺服螺旋精压机。本论文重点对伺服螺旋精压机的控制系统进行研究。
根据设备的性能要求进行了控制系统方案的设计，在分析各控制方案优缺点的基础上，针对该设备的性能特点选择“PC+运动控制器”的控制方案；控制系统的硬件包括GT-200-SV运动控制器，IMS-GF3交流伺服驱动器和自主设计的交流伺服电机；旋转编码器作为电机的转子位置和速度检测元件，光栅尺作为滑块的位置检测元件，构成全闭环的控制系统；采用模块化和面向对象的设计方法来进行控制系统软件的设计，把控制系统软件划分为：用户权限管理模块、系统主控模块、工艺参数设置模块、系统初始化与自检模块、工作状态监视模块、工艺参数管理模块和自适应控制模块等七大功能模块，并对各功能模块进行了详细的设计；实际运行表明，所开发的控制软件具有界面友好、操作容易等优点，可以获得任意工作特性曲线，完全实现了原定功能；实验结果表明控制系统能满足伺服螺旋精压机的功能要求，伺服螺旋精压机具有运动特性可变、速度可控等优越的加工性能。
伺服螺旋精压机的研究与开发，对加快数控重载机械驱动技术在我国的应用步伐，打破国外在这一技术上的垄断地位和提高我国成形设备制造技术水平，顺应成形设备发展的数字化、信息化和智能化的潮流具有十分重大的意义!
Based on AC servo motors, NC heavy duty mechanical driving technology is a combination of new and high technology and traditional mechanical technology. Used as main driving in forming equipment, it can greatly improve intelligent level, reliability and working performances of the equipment.
This project applies NC heavy duty mechanical driving technology to forming equipments. A servo screw coining press is developed with own knowledge property right. The key research in this paper is on control system ofservo screw coining press.
The control system schemes are designed basing on equipment's performance. Their advantage and disadvantage is pointed out. In allusion to equipment's performance characteristic, the scheme of PC and motion controller is chosen. The hardware is consisted of GT-200-SV motion controller, IMS-GF3 alternate servo driver and the especially designed servo motors. The rotary encoder is speed and position examination part of motor, the optical grating ruler is position examination part of slide. All of these make up of a closed loop control system. According to modularization and OOD thoughts, the control system software is consisted of seven function modules: user managing module, system main controlling module, process parameters setting module, initialization and self check module, working state monitoring module, process parameters managing module and self adapting control module. And the function modules are designed in detail. The practical running shows that the control software has advantage of amity interface and easy operation, the random working characteristic curves can be obtained, the target function is entirely achieved. The experimental results show that the control system can meet the function of servo screw coining press and the servo screw coining press has advantage of controllable movement and speed.
The research and development of servo screw coining press has an important significance on accelerating the application pace of NC heavy duty mechanical driving technology in our country, breaking oversea technical monopoly, improving the level of manufacturing engineering on forming equipment and humoring the forming equipments' current of numeral, information and intelligence.
引文
[1] 赵升吨，张志远，何予鹏，王军．交流伺服电动机在塑性加工设备中的应用现状[J]．机械工人．2005(4)：7-10．
[2] 孙友松，魏良模，黄丌胜，李明亮．数控重载机械驱动技术及其在成形装备中的应用[J]．锻压装备与制造技术．2005(1)：31-34．
[3] 赵升吨，邹军，王军．交流伺服电动机在塑性加工设备中的推广应用势在必行[J]．伺服控制．2006(3)：16—20．
[4] Tokuz L.C.,Hybrid machine modeling and control [J].Ph.D.Thesis,Department of Mech.Marine and Production Eng., Liverpool Polytechnic, UK, 1992.
[5] Tokuz L.C., JonesJ.R., Power Transmission and Flow in the Hybrid Machines [J]. The 6th International Machine Design and Production Con#, 1994,MENU, ANKARA, TURKEY: 209-218.
[6] Tokuz L.C., A Design Guide for Hybrid Machine Applications [J].Tr. J. of Engineering and Environment Sciences. 1997(21): 1-11.
[7] Tokuz L.C., Uyan S., Modeling, Simulation and Control of a Four-Bar Mechanism with a Brushless Servo Motor [J].
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[9] 李辉，张策，宋轶民．混合驱动精压机的优化设计和运动仿真[J]．计算机辅助设计与图形学学报．2004(2)：211-215．
[10] 李辉，混合驱动精压机的动力学分析与仿真[J]．计算机辅助设计与图形学学报．2004(5)：666—670．
[11] 郭为忠，杜如虚．基于混合机构的金属成型可控压力机研究[J]．机械设计与研究．2002(增刊)：201—202．
[12] Rong-Fong Fung, Ken-Wang Chen. Dynamic Analysis and Vibration Control of a Flexible Slider-Crank Mechanism Using a PM Synchronous Servo Motor Drive [J].Journal of Sound and Vibration, 1998, 214(4):605-637.
[13] 孙友松，周先辉，黄开胜，王鸿贵，魏良模，何鸿肃．交流伺服电机驱动—成形装备发展的新方向[J]．锻压技术．2005(增刊)：1-6．
[14] 孙友松，张宏超．金属板材加工设备发展新动向[J]．锻压技术．2004(4)：1-4．
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[17] S. Yossifon, R. Shivpuri. Optimization of a double knuckle linkage drive with constant mechanical advantage for mechanical press[J]. International Journal of Machinery Tool Manufacture, 1993(2): 193-208.
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[21] 陆永辉，孟彩芳，张策．一种新型混合输入式曲柄压力机的研究[J]．锻压机械．2000(6)：28-30．
[22] 孟彩芳，卢宗武，张策．可控机械压力机机构选型[J]．锻压机械．2002(6)：17-19．
[23] 李辉，张策，孟彩芳．基于正运动学分析的混合驱动压力机优化设计[J]．中国机械工程．2004(9)：771—774．
[24] 李优新．一种可调磁永磁无刷直流电机的研制[J]．中小型电机．2000(2)：16-19．
[25] 王鸿贵，李优新，何鸿肃，黎勉，梁秀玲．混合励磁无刷直流机的应用[J]．微电机．2001(3)：51-52．
[26] 赵升吨，张志远，何予鹏，王军，邹军，姚朝飞．机械压力机交流伺服电动机直接驱动方式合理性探讨[J]．首届锻压装备与制造技术论坛会议论文集．2004年11月：115-119．
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[44]于涛，李勇，马维士．Visual C++6.0教程[M]．北京：科学出版社．2003．
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