[发明专利]一种大型伺服压力机主传动系统参数标定优化方法

摘要

本发明公开了一种大型伺服压力机主传动系统参数标定优化方法，包括以下步骤：确定主传动系统待标定参数；建立伺服电机运行转矩理论计算模型；建立主传动系统参数标定模型。本发明通过将伺服压力机主传动系统中固有的机械特性参数进行模块化分类，确定影响伺服电机转矩的待标定参数，并建立伺服电机运行转矩理论计算模型，进而采用优化技术求解主传动系统参数标定模型，获得精确的主传动系统参数值，操作简单、方便，效率高，精度高，解决了现有技术中仅靠工程师现场调试经验难以获得精确的主传动系统参数的问题，提高了伺服电机安全校核的准确性，为伺服压力机能够长期稳定运行提供了可靠保障。

主权项

一种大型伺服压力机主传动系统参数标定优化方法，其特征在于：包括以下步骤：A、确定主传动系统待标定参数大型伺服压力机主传动系统包括伺服电机、联轴器、减速系统、偏心轮、执行机构、滑块、平衡缸以及其他辅助部件，伺服电机通过联轴器和减速系统驱动偏心轮做旋转运动，然后通过执行机构将偏心轮的旋转运动转化为执行机构末端的直线运动，进而带动滑块做往复直线运动，其中执行机构采用曲柄连杆机构、六连杆机构、肘杆机构或八连杆机构；在伺服压力机运行过程中，伺服电机提供的转矩主要消耗在以下几个方面：A1、驱动伺服电机转子、联轴器加减速所需的转矩，其值与转子、联轴器转动惯量和伺服电机旋转加速度相关；A2、驱动减速系统、偏心轮旋转部件加减速所需的转矩，其值与减速系统、偏心轮的转动惯量和偏心轮旋转加速度相关；A3、在平衡缸力的作用下，驱动滑块直线加减速所需的转矩，其值与平衡缸力、滑块和其他辅助部件质量、滑块速度、滑块加速度以及偏心轮转速相关；所述的其他辅助部件包括上模具、装模高度调整装置和执行机构的部分连杆；A4、克服零件冲压成形力所需的转矩，其值与零件冲压成形力、偏心轮转速和滑块速度相关；A5、克服主传动系统中摩擦力所需的转矩，其值与主传动系统的机械效率相关；伺服电机旋转加速度、偏心轮转速和旋转加速度、滑块速度和加速度均属于运动学参数，是根据冲压工艺要求设定的，由人为输入和通过相关计算推导出；除冲压成形力参数以外的伺服电机转子和联轴器的转动惯量、减速系统和偏心轮的转动惯量、平衡缸力、滑块和其他辅助部件的质量、主传动系统的机械效率均属于主传动系统的固有参数，当伺服压力机的机械结构确定后，这些参数即为定值；根据主传动系统中运动部件的联接方式和运动方式，将主传动系统中固有的机械特性参数进行模块化分类，分别为伺服电机转子和联轴器总转动惯量J_m，减速系统和偏心轮旋转部件折算到偏心轮轴上的总转动惯量J_e，滑块及其他辅助部件的总质量m_s，平衡缸力与滑块重力的比值即平衡系数ψ以及主传动系统的机械效率η，上述5个参数即为需要标定的主传动系统参数；B、建立伺服电机运行转矩理论计算模型分别计算主传动系统中各运动部件在工作状态时所需的伺服电机转矩，计算步骤如下：B1、伺服电机驱动自身转子及其联轴器加减速所需的转矩，计算表达式为$T_{\mathrm{mi}}=\frac{4g{J}_m{a}_{\mathrm{ci}}}{375}---\left(1\right)$式中，T_mi为单台伺服电机驱动自身转子和联轴器加减速在偏心轮转角θ_i下所需的转矩；g为重力加速度；J_m为伺服电机转子和联轴器总转动惯量；a_ci为转角θ_i下偏心轮的旋转加速度；B2、伺服电机驱动减速系统、偏心轮旋转部件加减速所需的转矩，计算表达式为$T_{\mathrm{ei}}=\frac{4g{J}_e{a}_{\mathrm{ci}}}{375\mathrm{u\ηK}}---\left(2\right)$式中，T_ei为单台伺服电机驱动减速系统、偏心轮旋转部件加减速在偏心轮转角θ_i下所需的转矩；J_e为减速系统和偏心轮等旋转部件折算到偏心轮轴上的总转动惯量；u为减速系统的传动比；η为主传动系统的机械效率；K为使用的伺服电机台数；B3、伺服电机驱动滑块及其他辅助部件加减速所需的转矩，计算表达式为$T_{\mathrm{si}}=\frac{m_s{v}_{\mathrm{si}}[0.001a_{\mathrm{si}}+g(1-\mathrm{\ψ})]}{105N_i\mathrm{u\ηK}}---\left(3\right)$式中，T_si为单台伺服电机驱动滑块及其他辅助部件加减速在偏心轮转角θ_i下所需的转矩；m_s为滑块及其他辅助部件的总质量；v_si为滑块在偏心轮转角θ_i下的速度；a_si为滑块在偏心轮转角θ_i下的加速度；ψ为平衡系数；N_i为偏心轮在转角θ_i下的旋转速度；B4、伺服电机克服零件冲压成形力所需的转矩，计算表达式为$T_{\mathrm{wi}}=\frac{300g{P}_{\mathrm{Fi}}{v}_{\mathrm{si}}}{\mathrm{\π}{N}_i\mathrm{u\ηK}}---\left(4\right)$式中，T_wi为单台伺服电机克服零件冲压成形力在偏心轮转角θ_i下所需的转矩；P_Fi为零件在偏心轮转角θ_i下的冲压成形力；伺服压力机在冲压作业时，根据式(1)～(4)，单台伺服电机在偏心轮转角θ_i下所需的总转矩为T_ci＝T_mi+T_ei+T_si+T_wi  (5)C、建立主传动系统参数标定模型参数标定问题实际上是求取使理论计算值与实际值误差最小的参数值，是以二者误差最小化为目标的优化设计问题，对于大型伺服压力机主传动系统参数标定问题，就是求取使伺服电机转矩理论计算值与实际运行值误差最小的J_m、J_e、m_s、ψ和η参数；具体实现步骤如下：C1、由于式(4)中零件冲压成形力是未知值，故采用滑块打击液压拉伸垫的方式来模拟零件冲压成形过程；在伺服压力机上，拉伸垫设定恒定顶出力和顶出位移；C2、根据拉伸垫顶出位移规划偏心轮转速曲线，所述的滑块运动曲线根据偏心轮转速曲线和执行机构数学模型计算得出，伺服压力机采用该曲线运行并连续打击拉伸垫；C3、在滑块打击拉伸垫过程中，采集一个周期内单台伺服电机的实际运行转矩，记为T′_ci，i＝1,2,……,M，M为转矩测量点数；C4、根据伺服压力机机械结构设计时给出的参考值，给定参数J_m、J_e、m_s、ψ和η的边界范围；C5、根据式(1)～(5)和偏心轮转速曲线得到伺服电机理论转矩，建立优化目标函数为$Q=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(T_{\mathrm{ci}}-T_{\mathrm{ci}}^{\′})}^2}{M}}---\left(6\right)$C6、采用复合形优化算法求解，使式(6)达到最小值，输出使得伺服电机转矩理论计算值与实际运行值偏差最小的主传动系统参数。