[发明专利]基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统与方法

说明书

本发明属于控制技术和金属成形技术领域，具体涉及到一种基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统与方法。本发明将成形工艺曲线与滑块实际位置之差作为整机控制系统控制指令位置输入，建立动力学模型，进行转矩的计算，作为转矩预测控制算法的输入。本发明在伺服电机驱动器中设置了无传感控制算法模块和有限控制集的预测转矩算法模块，计算转速和电磁转矩预测值，最终得到价值函数，可将滑块位置信息加入到价值函数中控制滑块的位置不出现超调现象，动态性能明显提升，电机伺服驱动器的抗干扰性能提升并且可靠性也显著提高，伺服电机成本大幅降低。

技术领域

本发明属于控制技术和金属成形技术领域，具体涉及到一种基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统与方法。

背景技术

伺服压力机的滑块位置控制方式包括三种方式，分别为开环、半闭环和全闭环三种方式。开环是不采用任何伺服压力机的位置闭环控制方式；半闭环是采用除滑块以外其他位置闭环控制方式；全闭环是采用滑块反馈闭环的位置控制方式。伺服压力机的伺服电机取代了普通的感应电机，并采用直接驱动或一级或者二级减速机构带动曲柄或者连杆机构，取消了制动器和离合器，最终的执行机构依然是滑块。吕言教授攥写的参考文献《最新伺服压力机的开发以及今后的动向》明确写明了伺服压力机的主要构成和基本传动结构，但没有明确的说明伺服压力机滑块的控制过程和控制方法。根据现阶段行业内惯例，根据上位机人机交互界面的关键点设计，生成伺服压机的成形工艺曲线，通过传动系统的对应公式，近似计算出电机运动的曲线，利用伺服驱动器的快速性和调节功能对伺服压力机进行控制。压力机位移量参数是控制压力机动作的基本参数，曲柄/连杆式压力机滑块的位移量与曲柄/连杆转过的角度成非线性关系。一般通过在曲轴端安装位置编码器采集曲轴的运转角度信号，利用近似公式计算得到压力机控制所需要的滑块位移量信号。但是由于连杆和减速机构存在运动间隙及零件公差等情况因素，实际采集的信号只能大致反映了滑块的位移量，会引起较大误差。部分发明专利申请如CN102183911A的公开内容表述，采用了磁式光栅尺进行滑块的位置精度控制，可使得控制精度达到0.01mm，但仍存在以下三个方面的问题，一是依然采用通用的伺服驱动器实现电机控制算法；二、整个实现过程依然要进行非线性系统的数学折算到电机侧进行控制；三、电机控制器还需采集电机的位置以实现电机控制算法。上述三个方面的缺点会使得滑块不能以最短时间内或者合理时间内控制到给定的位置，动态性能差，并且有可能会在位置控制过程中出现超调现象(如果滑块位置出现超调，说明超过了用户设定的位置，有可能出现成形工件的破裂和褶皱)，而且由于电机位置传感器有时会出现信号受干扰或者传感器故障的影响，系统的可靠性和稳定性大大降低。

发明内容

本发明为解决现有技术的不足，提供一种基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统与方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统，包括伺服压力机，伺服压力机的整机电控系统与人机交互平台连接，人机交互平台输入工艺曲线关键点，并传递给整机电控系统，同时对关键状态信息进行显示；整机电控系统连接伺服电机驱动器，伺服电机驱动器接收来自整机电控系统的控制指令，伺服电机驱动器通过电缆与伺服电机相连，伺服电机刚性连接减速机构，减速机构连接连杆机构，连杆机构连接滑块；所述滑块的两侧安装平衡缸，滑块上安装有调模电机，调模电机用于完成伺服压力机的滑块微调，在滑块位置附近安装滑块位置传感器，滑块位置传感器与整机电控系统连接，滑块位置传感器将滑块实际位置的反馈信息传输到整机电控系统中；所述伺服电机驱动器里加入了基于有限控制集的无位置传感器控制算法模块，所述基于有限控制集的无位置传感器控制算法模块包括无传感器控制算法模块和有限控制集的转矩预测控制算法模块：

无传感器控制算法模块：进行电流采样和信号处理；对感应电机的状态方程进行离散化，进行转速估计，将最后估算的转速结果传输给有限控制集的转矩预测控制算法模块作为输入；