交流伺服式机械压力机及其关键技术探讨

论述了制造业是中国的治国之本、兴国之器、强国之基,而先进的装备制造业是我国当前与未来重点的发展领域。分析了机器由机械本体系统与电气控制系统组成,而机械本体系统分别由动力源、传动部件和工作机构组成,明确指出直驱与近零传动是未来机器的发展方向。对比分析了交流异步电动机与交流永磁同步伺服电动机的优缺点,指出交流永磁同步伺服电动机是机械压力机的理想动力源。第三代锻压设备的交流伺服式机械压力机及其驱动与传动的三种典型方式分别为小型压机用丝杠-带轮式、中型压机用带轮-偏载丝杠-肘杆式、大中型压机则采用带轮-多级齿轮-曲柄滑块式。分析了国内外伺服压力机的产品现状,中大吨位的伺服压力机常采用多个交流伺服同步电动机共同驱动的方式。对交流伺服式机械压力机的关键技术进行了探讨,为我国伺服压力机追赶国际先进水平奠定坚实的基础。

机械自动化中运动控制新技术的应用研究

得益于高新技术的发展,我国许多传统产业都发生了较大变化。就工业机械自动化而言,一些运动控制新技术得到了越来越多的应用,如交流伺服驱动技术。这些新技术的出现,进一步推动了机械自动化的发展。文章重点介绍了一些运动控制新技术在机械自动化中的应用。

1100kN伺服曲柄压力机控制系统研究

用交流伺服电机取代普通异步感应电机,并取消飞轮、离合器、制动器等耗能部件,开发了智能化、柔性化新型曲柄压力机。介绍了该压力机控制系统的特点:开放式应用工艺程序库,具有远程监控功能,可实现滑块下死点精度、润滑、过载、操作安全等方面的自动控制;介绍了控制系统硬件和PLC软件流程。控制软件采用了模块化的程序设计,便于维护,可移植性好。

曲柄压力机能耗分析与节能途径

传统曲柄压力机的电机-飞轮的刚性驱动方式与锻压工况周期尖峰负荷极不匹配,导致效率低下,能耗高。本文分析了曲柄压力机的各个能耗环节,提出了多种节能途径。采用交流伺服电机驱动,既可大大提高曲柄压力机的性能,又是解决曲柄压力机能耗问题的最有效方法。以浅拉深工艺为例,分析比较了伺服压力机和普通压力机耗能情况,结果表明,相对普通压力机来说,伺服压力机节能达到46.3%。在1100 kN普通压力机和伺服压力机上进行了实际能耗对比试验,在试验条件下,连续行程和单次行程的节能效果分别达到60%和69%。

基于CANopen协议的伺服控制模式的实现

针对伺服电机远程控制接线复杂、控制单一、可靠性不高等问题,提出利用CANopen通信协议DS301、驱动子协议DSP402实现伺服电机控制的新方法。分析CANopen协议的对象字典和报文格式,详细介绍了CANopen伺服控制状态机各步骤的转换以及实现CANopen协议下PP、PV、HM3种伺服控制模式的报文设置。利用ZLGCANTest、ESTUN伺服驱动设备以及PC机构建了实验平台,在上位机界面中通过报文设置成功实现了基于CANopen协议的伺服电机的PP、PV、HM三种模式的控制。实验结果表明,利用CANopen协议的报文设置控制电机简单易操作,通信数据快速、可靠,用户通过上位机界面可以很好的实现对伺服电机的监控。

永磁交流伺服精密驱动系统机电耦合振动特性分析

为了研究永磁交流伺服精密驱动系统中存在的多物理过程、多参量复杂耦合关系,提出了对该系统进行机电耦合振动特性分析的观点。从全局机电耦合的角度,对永磁交流伺服精密驱动系统进行了机电耦合分析,将该系统归纳为三质量两轴系统,建立了三质量两轴系统的机电耦合振动数学模型和仿真模型,仿真分析了由于电流调节器参数、阻尼、谐波扰动、间隙以及负载扰动等因素引起的系统机电耦合振动动态过程,并通过实验验证了机电耦合振动仿真模型的正确性。该机电耦合振动特性分析对提高系统的动态性能具有重要的意义。

交流伺服驱动与成形装备节能

制造领域节能是降低单位GDP能耗的关键,成形装备是制造业能耗大户,应为节能的重点。分析了目前成形装备能耗高、效率低的根本原因是负荷特性和驱动方式的不匹配:周期尖峰短时大负荷和刚性不可控的驱动方式。提出了实现成形装备节能化的驱动控制基本原则:快慢可控、大小可调、该停则停、能量回收。基于大功率交流伺服电机的伺服驱动可以实现成形加工负载和动力的良好适配,不仅能实现成形装备的高自动化、智能化,而且还可以显著节能。以曲柄压力机、液压机和螺旋压力机为例进行理论分析和实验研究,运用伺服驱动技术可以实现25%～70%的节能效果。

伺服驱动器转速控制技术

为提高伺服驱动器速度环的响应速度和抗干扰性,提出一种带有转速观测器的速度环设计方法。通过建模分析把速度闭环分为前向控制和反馈控制,设计出带有Bang-Bang控制的前向抗积分饱和PI速度调节器,在满足状态方程能控能观性基础上,提出基于转速观测器方法设计的速度反馈控制器。实验结果表明该方法不但解决了伺服器速度环PI调节器易饱和问题,也减小了M/T测速法低速误差大对控制精度的影响,使伺服器速度环具有良好的动态响应和抗干扰性。

基于以太网的嵌入式交流伺服驱动系统实现

针对传统CAN总线、RS232、RS485的传输速度与信号易受干扰等问题,提出用现场可编程门阵列实现永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制方法,完成伺服驱动器和PC机之间的以太网通信。利用可编程片上系统技术搭建系统的硬件模型,在Nios II IDE软件开发环境中,实现以太网的驱动程序、电机的控制程序以及开发上位机监控界面。在高精度场合用FPGA控制PMSM,克服DSP受串行指令流限制等不足。实验结果表明,交流伺服驱动器采用以太网和PC机通信,数据传输速度更快,用户通过网络可方便地实现对电机的监控。

搬运机器人伺服系统的研究

为实现搬运机器人高精度位置伺服控制 ,采用了现代数字伺服技术 ,包括交流驱动、分级控制、数字信号处理 (DSP)、总线通讯及系统软硬件保护等新技术 ,使机器人运行可靠 ,达到了精度高、速度快及平稳性好的控制要求。该文重点介绍伺服系统设计方案及特点 ,并针对伺服系统位置环、速度环、电流环参数以及伺服周期的确定方法进行了较为全面的讨论 ,最后介绍了伺服系统软硬件保护措施。

基于空间矢量调制策略的永磁同步电动机数字式电流撞制

研究了一种采用空间矢量调制方式的永磁同步电动机数字式电流控制方案，并介绍了基于１６位单片机的全数字交流软件化伺服驱动系统。在本系统中，采用鲁棒电流控制提高了负载输出能力，应用电流预测控制技术，减小了电流控制的时滞作用，改善了电流控制响应，提高了电流控制精度。数字仿真和实验结果证明了新的数字电流控制方案的有效性。

交流伺服驱动功率回路参数选取方法

为了正确选取交流伺服驱动器及其参数指标,提出一种交流伺服系统驱动回路功率参数设计及计算方法。介绍了交流伺服系统的硬件系统,通过计算整流器的容量、IPM的容量和滤波电容及释放电阻的容量,得到交流伺服驱动器功率参数,并进行实例分析,该方法已经实现批量生产。实际生产结果表明:该方法计算简单,实用性强。

泵控伺服液压机节能分析

以交流伺服电机和定量泵的可控油源组成新型泵控伺服液压机,它不但具有高的工作性能,而且可以明显减少能耗。本文分析了泵控伺服液压机的主要节能环节:容积调速、待机停止。以板材拉深为例,进行了普通液压机和伺服液压机能耗对比分析,新型伺服液压机具有显著节能效果,较普通液压机节能26.54%。

模糊神经滑模控制在交流伺服系统中的应用

针对滑模控制器中要求估算不确定参数的变化范围以及系统抖动的问题，提出了一种模糊神经滑模控制器的方案，该系统仿真结果显示其具有较强的鲁棒性。

交流伺服系统速度高精度特性的研究

在分析交流永磁同步电机电流解耦控制方式的前提下，对交流伺服驱动系统的速度高精度特性进行了研究，着重研究了转速波动的成因以及抑制其影响的方法，提出了通过整定控制器参数抑制转速波动的方法，实验结果证明该方法具有转速不均匀度低的特点，从而改善了伺服驱动系统的性能．

基于模糊自学习的交流直线伺服系统滑模变结构控制

针对直接驱动直线式交流伺服系统，提出了一种基于模糊自学习的滑模变结构控制方案。在常规的滑模控制中引入模糊自学习方法，在不影响滑模控制系统完全鲁棒性的情况下，有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振。仿真结果表明该方案对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性，抖振得到了明显的抑制。系统具有良好的动、静态性能。

回转头压力机交流伺服直驱方式的研究

随着电机调速与伺服控制方式、电机技术等的飞速发展,交流伺服直驱控制技术得到广泛应用。本文分析了目前直线电机直接驱动式、伺服电机直接与曲柄相连式、伺服电机通过减速器与曲柄肘杆等机构相连式、双伺服电机驱动丝杠螺母机构4种不同的交流伺服直驱传动方式的工作原理、输出特性以及用于回转头压力机中的优缺点。获得了交流伺服电机的转速、最大扭矩、当量负载扭矩、连续过载时间等主要技术参数选取的合理方式,并建立了相应的计算公式。

特种工业缝纫机控制系统设计及实现

针对特种工业缝纫机逐渐向高精度、高速度的专业化发展需求,设计了一款以基于ARM+SOC+DSP特种工业缝纫机控制系统,该方案集成了系统电源、运动控制板、交流伺服驱动器、三轴合一步进驱动器、ARM主板等功能模块。该控制系统综合应用ARM、DSP、SOC等嵌入式技术,实现了对特种工业缝纫机缝纫机的高速、高精度运动控制,具有扩张功能快捷、操作方便、性价比高等优点,主要技术指标达到国际先进水平。

深孔镗专用机床的开发

针对当前深孔镗床的缺点,开发了新一代深孔镗专用机床。该机床采用配备低转速大扭矩同步交流伺服电机的主轴驱动系统,采用具有过载保护的液压进给系统,有效地克服了原机床结构复杂、能耗高、堵转时易损坏工件和刀具的缺点,具有自动化程度高、成本低、节能、可靠性好等优点。

两轴伺服控制的绕线机系统

介绍了一种基于交流伺服控制的绕线机系统,该系统主要由DSP TMS320LF2407、高性能运动控制芯片IRMCK201和步进驱动构成,详细描述了硬件实现和软件设计流程。研制的系统具有低速平稳、定位迅速准确,速度相对误差小等特点,通过交流伺服电机与步进电机的协调工作使绕线机绕线紧密、整齐,绕线质量得到提升。