伺服机械压力机控制系统设计毕业设计论文

伺服机械压力机控制系统设计毕业设计论文内容摘要：

atsu 公司采用交流伺服电机 — 滚珠丝杠驱动方式的折弯机，克服了液压系统速度切换时的短暂停顿现象，滑块运动更加敏捷，如图所示。 加之操作方便、调整容易等其它优点，据称其整体效率较液压式提高了 1倍以上。 综合目前各类伺服电机驱动压力机的工作特性，其主要优势有： （ 1）高柔性 .滑块运动曲线不 再仅仅是余弦曲线，可根据不同生产工艺和模具要求（如冲裁、拉深、板料挤压和级进模等）进行优化设置，通过程序编制实现滑块 “ 自由运动 ” ，大大提高了压力机智能化程度和适用范围。 （ 2）高生产率。 滑块行程可根据生产工艺需要调整。 例如：对于薄板冲裁，曲柄无需完成 3600 旋转，而仅进行一定角度的摆动来完成冲压工作。 （ 3）高精度。 由线性传感器组成的全闭环控制系统能实现高精度的位置控制。 如：由偏心载荷引起的在下死点中心处的位置波动及滑块各点处的平行度波动可控制在 177。 10μm 以内。 （ 4）低噪音。 无飞轮、离合器等零件，简化 了机械传动，从而可大大降低噪音。 除此之外，通过设定滑块的低噪音运动曲线同样有助于降低冲裁噪音。 （ 5）节能、易于维护。 由于简化了机械传动机构，可维护性强，润滑量减少。 此外，电气制动储能装置可使能耗大为减少 ,伺服驱动压力机能很好地满足一些新材料的成形。 黄超： 基于 LabviewJ2563 型伺服机械压力机控制系统设计 6 第二章 Labview 软件 Labview 软件的介绍 VI (Virtual Instrument)—— 虚拟仪器是指加在计算机上的一些软件和 /或硬件，它们具有和实际独立仪器类似的外观和性能，如：示波器、逻辑分析仪、控制开关等，其功能由用户设计和定义 ，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。 使用者操作这台计算机，就像是在操纵一台他自己专门设计的电子仪器。 虚拟仪器本质上是利用计算机强大的图形显示功能来模拟传统仪器的控制面板及其显示模块，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用 I/O 接口设备配合各种传感器完成测试对象信号的采集、测量与调理，控制对象的控制，从而实现各种测试与控制功能的一种计算机仪器系统 [102]。 它是现代测量技术和计算机技术深层次结合的产物，其系统组成原理如图 21 所示。 图 21虚拟仪器的组成原理框图 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)—— 实验室虚拟仪器工程平台是美国 NI 公司 (National Instrument Company)推出的一种基于 G 语言 (Graphics Language)的虚拟仪器软件开发工具。 它是一种面向科学家和工程师的编程语言，它提供的简单、直观的图形编程方式，把复杂、繁琐、费时的文本语言简化成工程师最熟悉的功能结构图的编程方式。 LabVIEW 的技术主要有如下特 点： (1) 具有丰富的图形元素控件，支持回调功能； (2) 具有设置断点 (Set Breakpoint) 和探针 (Probe Data) 等程序调试功能； (3) 提供多种总线通信控制函数，如 RS23 GPIB、 VXI 等； (4) 提供网络传输控制协议 (TCP) 接口库； (5) 内含有多种基于 WindowsNT/9x 风格的软件技术，如 ActiveX Automation 技术、DDE（动态数据交换技术交换）、 Multithread（多线程）技术等； (6) 嵌入了非常丰富的工程应用函数，具有很强 的数据处理、数据分析功能。 与传统的编程语言相比， LabVIEW 图形编程方式可以节省大量的程序开发时间，而其运行速度几乎不受影响。 Labview 软件的控制界 虚拟仪器的起源可以追溯到 20 世纪 70 年代，那时计算机测控系统在国防、航天 7 等领域已经有了相当的发展。 PC 机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft 公司的 Windows 诞生之前， NI 公司已经在 Macintosh 计算机上推出了 以前的版本。 对虚拟仪器和 LabVIEW 长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公 认的权威。 目前 LabVIEW 的最新版本为 LabVIEW2020，LabVIEW 2020 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。 使用 LabVIEW 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、 LabVIEW RealTime 工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。 工作界面如图 22 图 22Labview 软件工作界面 黄超： 基于 LabviewJ2563 型伺服机械压力机控制系统设计 8 第 三 章 数据采集卡 数据采集卡的介绍 数据采集 (DAQ)，是指从 传感器 和其它待测设备等 模拟 和 数字 被测单元中自动采非电量或者电量信号 ,送到上位机中进行分析 ,处理。 数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 通常，必须在数据采集设备采集之前 调制 传感器信号 ,包括对其进行 增益 或 衰减 和隔离 ,放大 ,滤波等 .对待某些传感器，还需要提供激励信号． 在工业现场，我们会安装很多的各种类型的传感器 ，入压力的温度的流量的声音的电参数的等等，受现场环境的限制传感器信号如压力传感器输出的电压或者电流信号不能远传或者因为传感器太多布线复杂，我们就会选用分布式或者远程的 采集卡（模块）在现场把信号较高精度地转换成数字量 ，然后通过各种远传通信技术（如48 23以太网、各种无线网络）把数据传到计算机或者其他控制器中进行处理。 这种也算作数据采集卡的一种，只是它对环境的适应能力更强，可以应对各种恶劣的工业环境。 研华 PCI1712 数据采集卡，该采集卡具有 12 为的 A/D 转换器，采样速率可达 1MHZ，具有 16 路单端或 8 路差分的模拟量输入， 2 路 12 位的 D/A 模拟量输出通道， 16 路数字量输出通道。 采集卡进行数据的采集同时进行计算机和 SR 控制器之间的实时通讯。 计算机监控系统总体软件结构 由于 LabVIEW 软件可以很方便的 支持多线程编程，便于程序的并发执行，在本文开发程序的过程中就利用了这种并发执行机制，如图 31 所示为 机械压力机 控制系统的流程图。 图 31 机械压力机 控制系统流程框图 9 从 图 31 中 可以看出，计算机控制系统的软件结构和硬件结构是一致的，整体结构上可以分为并行的 二 大模块： 滑块位置部分、滑块速度部分。 这样可以方便地在变频振动下料过程中对 滑块位置、滑块速度 进行实时控制和监测。 下面将对这 二 大模块进行详细叙述。 由于研华公司生产的 PCL818L 多功能数据采集卡与 NI 公司生产的数据采集卡不同，因此不能直接调用 LabVIEW 的数据采集相关程序。 但是，研华公司提供了研华采集卡的LabVIEW 驱动程序 —— 扩展名为 vi。 在应用过程中我们只要调用相关的 vi 程序就可以实现需要的功能。 下面将本文所用到的对研华 PCL818L 多功能数据采集卡相关操作的 vi 程序及其功能列于表 31 中。 表 31 本文中所调用的 PCL818L 多功能数据采集卡的 vi程序说明 名 称 功 能 打开指定的设备，并返回相应的值。 设定设备的模拟量输入通道及采样增益。 以指定的触发方式，从指定的设备的某个通道进行采样，返回采到的电压值。 AOVoltageOut.vi 将设定的电压值输出到指定的设备的指定模拟量输出通道。 i 在指定的设备写入指定电平状态到指定端口的指定位。 关闭已开启的设备，以释放采集卡占用的系统资源，以便下次再次开启。 计算机监控系统的用户界面 机械压力机控制系统工作界面 如图 32 所示，该界面主要包括五个区域： 滑块位置部分 、 滑块速度部分、 信号采集及数据处理设定区、信号采集 及数据处理结果显示区、总停控制区。 黄超： 基于 LabviewJ2563 型伺服机械压力机控制系统设计 10 图 32 机械压力机控制系统工作 界面 信号预处理 部分进行良信号的转换、奇异点的剔除、滤波、消除趋势项以及零均值化处理；信号的领域分析环节对振动下料机工作过程中的频率特性进行分析，识别下料机的共振、自激振动等特性，从而估计工作过程中的最大功率所在频率，监测振动下料机是否按预 设频率控制曲线正常工作。 信号时域分析环节将采集到的信号经过预处理后得到的振动加速度信号进行一定的数学计算得到速度信号和位移信号，并对它们的振幅 进行计算，为研究振动下料机的工作特性提供依据。 数据采集卡的作用 视频中的采集卡作用主要是采集视频数据源，并且能起到转换格式和传输的作用，随着科学技术的不断发展，采集卡的功能和用途越来越广，在数据采集卡中，主要的作用也是采集视频数据等，下面我们就针对数据采集卡是什么进行详细介绍。 视频中的采集卡主要的作用是采集数据，并且起到转化和传输的作用，所以采集卡一般应用在需要对数据进行采集和传输上。 不同的数据采集卡作用和传输速度也是有所不同的。 数据采集卡已经发展有二十多年，数据采集英文是 DAQ，是指从 传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号 ,送到上位机中进行分析 ,处理。 数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用 户自定义的测量系统。 通常，必须在数据采集设备采集之前调制传感器信号 ,包括对其进行增益或衰减和隔离 ,放大 ,滤波等 .对待某些传感器，还需要提供激励信号 . 数据采集卡故名意思，即实现数据采集 (DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过 USB、 11 PXI、 PCI、 PCI Express、火线 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash 等总线接入个人计算机。 随着行业的不断前进，科学技术的日新月异，数据采集卡应用范围也越来越广， 采集卡广泛应用于安防监控、教育课件录制、大屏拼接、多媒体录播录像、会议录制、虚拟演播室、虚拟现实、安检 X 光机、雷达图像信号、 VDR 纪录仪、医疗 X 光机、CT 机、胃肠机、阴道镜、工业检测、智能交通、医学影像、工业监控、仪器仪表、机器视觉等领域。 数据采集卡是对视频数据进行采集的，可以使视频数据传化成数字化形式 . 黄超： 基于 LabviewJ2563 型伺服机械压力机控制系统设计 12 第 四 章 控制系统设计过程 位置伺服控制 方案 伺服系统亦称随动系统，属于自动控制系统中的一种，它用来控制被控对象的转角（或位移），使其能自动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律，它通常是具有负反馈的闭环控制系统。 对有的执行机械，位置伺服系统采用半闭环结构虽然容易整定，但很难补偿其机械传动部分引起的位置误差，使位置控制精度不能达到要求的指标；采用全闭环结构系统又很难整定，系统闭环后因环内多种非线性因素诱发的振荡很难消除，使系统的控制复杂程度大大增加，它们之间的配合、增益调整等都必须仔细整定。 于是，提出一种混合闭环结构的位置伺服系统方案， 如图 41 所示。 速 度 控 制速 度 估 计执 行电 机编 码 器控 制 对 象位 移 传 感 器误 差 补 偿给 定 位 置+++位 置 控 制 图 41混合闭环位置伺服系统 系统中同时存在半闭环和全闭环。 系统工作时，半闭环起主要作用。 由于半闭环中电气自动控制部分和执行机械相对独立，可以采用位置前馈控制器实现位置参数向速度参数控制的转换，这样可以使系统快速响应；而全闭环只用于稳态误差补偿，位置增益可选得较低以保证系统的稳定性，跟踪系统误差小。 两者相结合获得较高的位置控制精度和跟踪速度。 位置和速度控制器设计。