伺服压力机主传动及其控制技术研究

摘 要：伺服压力机有着灵活的速度调节优势，因而被广泛应用于冲压成型领域。本文从压力机主传动结构出发，详细分析了不同结构压力机的结构形式和性能，然后对主轴电机的控制进行详细探讨，介绍了主轴运动的控制策略。并指出此领域今后面临的问题和研究的方向，为以后研究提供参考。

关键词：伺服压力机；主传动控制；冲压成型

伺服电机驱动已经广泛应用于工业成型领域，大大提高了成型效率和成型的质量。伺服电机在冲压成型领域应用更是广泛，冲压成型以伺服电机作为冲压的动力源，主传动的质量直接关系着冲压的生产效率和产品的质量，一直是制造商们关心的主要方面。

1 伺服压力机主传动的结构分析

近年来，伺服压力机发展速度迅猛，目前国内外主要的压力机主传动形式有伺服电机直接驱动、伺服电机间接驱动、混合式驱动三种形式。直接驱动是伺服电机直接安装在曲轴的端部，主要应用于小零件和精密零件的加工，这种驱动方式具有加工精度高、生产中噪声低、节约设计空间、能耗低等优点；间接驱动是伺服电机不直接和执行元件相联接，中间通过加速机构来传动扭矩进行动力的输出。这种方式应用灵活多变，满足各种不同的执行方式设计；混合式驱动是将传统的压力机和传动系统结合而来，把飞轮融入到伺服驱动，结合了两者的特点能够使压力机在低电压峰值下仍然保持冲压能力。

2 伺服电机控制驱动技术研究

近年来，随着冲压行业的发展，冲压的精度和效率是每一个制造厂商不断追求的，伺服电机的效率直接制约着冲压技术的发展。伺服电机驱动的研究成为重中之重。为此建立一个精确的控制模型，选择优秀合理的驱动方案是保证冲压精度和效率的关键。随着科技的进步和发展，控制技术也在发生着巨大的变化。1971年学者布莱斯切克（Blaschke）提出矢量控制理论，到1985年德布鲁克（ Depeubrock M）进一步研究出直接转矩控制理论，目前控制策略正在向数字化的方向快速发展。数字化的控制更能满足高精度的机械加工需要，以下为常见的控制策略：

微分几何控制方法。这种控制方法通过把非线性的系统进行精确的线性化来实现对驱动的控制。这种控制的方法理论上精度极高，没有误差。但是，这种控制方法需要满足一定的线性化条件，而且计算非常繁琐。

变结构控制方法是控制系统依据系统的变化来调整控制模型，以实现对驱动的控制。这种方法控制规律异常简单，对模型的精确度要求也不高，但是所控制的驱动部件会产生振动。

自适应控制法是系统通过实时修整自身的特性来适应控制对象的动态变化，这样的控制法可以解决参数随时变化的问题，但是需要参数的变化满足线性参数变化的条件。

鲁棒性控制法运用测量技术来测量系统的误差，然后通过误差纠正来调节控制系统的响应。这种控制法专注于状态，不进行变量的调整，算法也不需要精确的模型，但是控制器需要在有界的建模误差下使系统稳定。

智能控制是一种智能化的控制策略，也就是说，它是通过神经网络传输的方式，但从理论上来说，它并不像一些末梢神经系统那样敏感和精确，实际上，它是一种模糊控制，而从更深入的角度来看，采用的是遗传算法理论，从数字化控制的控制策略来看，它再其发展运算的过程中，并不一来于对象的数学模型，这就在很大程度上减少了控制策略计算的工作量与复杂程度，不仅如此，智能控制的鲁棒性比较强，这也是智能控制法其中的一个优点，但进一步来看，虽然智能控制不依赖于数学模型，但它的控制也是较为复杂的，而在实际中，智能控制法的实现难度较大。

3 主轴运动控制策略

在伺服压力机传动运转的过程中，无论从哪个方面来看，主轴运动控制都是十分重要的内容，这是因为主轴运动决定这伺服压力机的运动机构，通过主轴运动，从而达到对相关部件的合理控制，可见主轴运动在伺服压力机传动中是至关重要的，存在主轴运动，必然就会存在其相应的控制策略，也只有合理有效的控制策略，才能从很大程度上对主轴运动得到有效控制，进而让伺服压力机传动得到控制。

从主轴运动的控制策略来看，它不是凭空存在的，也不是凭借一时的灵感改造成功的，可以说，它是在其相应理论模型的建立以及实践的尝试完善中实现的。我国研究学者通过对伺服压力机主传动结构运动力学的深层次分析，并依据不同的冲压工艺，在大量理论与研究的基础上建立了曲柄滑块机构模拟仿真模型，这种仿真模型主要是通过Solidwork、ANSYS 和 ADAMS 联合仿真模型的建立，通过数据模拟与计算，得到曲柄滑块机构的动态运动特征，从而为设计以及主轴运动控制提供有力的策略。

但在理论模拟与实际尝试的过程中，它们还是存在了一定的差异性。像伺服压力机主轴运动滑块往往需要高精度的定位与控制，而从实际上来看，曲柄滑块机构会受到伺服压力机运作中各种工况的干扰与影响，而在理论中，Matlab 软件中的 Simulink 仿真工具具有很强的运算能力，它能够及时而有效地在模型建立中将实际的多种因素考虑进去，具体来说，它能够较为便捷地观察并收集到曲柄滑块机构运动中的各种参数变化，而且它的仿真与模拟建模更具直观性，并且在模拟操作的过程中，能够实现设计参数的柔性变更。同时，在理论研究与实际结合上，我国周莉学者对曲柄滑块结构进行了数学模型的捡垃圾，从一定程度上仿真了单位时间内连杆与滑块运动曲线。

从以上理论建模到实际应用表明，主轴运动控制可以通过曲柄滑块机构的设计与优化实现，而具体实现策略是经过模型建立、模拟以及相关计算及试验而得出的。

4 结语

伺服压力机在我国工程机械发展过程中起到了十分重要的作用，它通过速度、传动调节以及主轴运动控制策略，从而实现工程机械运作的高精度、定额速度的精确控制。