庞兴玮

（广东锻压机床厂有限公司）

摘要：对机械压力进行检测和控制主要是为了提升机械运行效率，保持机械的高效化运作。机械在实际的运行过程中，通常采用人工控制方式，人工控制下，机械运作压力难免会出现误差，这就会产品的生产造成影响。实现对机械压力的检测和智能化控制，可以有效减低人工控制的误差，保障机械运行的稳定性。

关键词：机械运作；压力检测；智能化控制；系统设计

现代化工业生产与制造逐渐多样化发展，只有实现对机械压力的检测和智能化控制才能够满足生产要求。在本文当中，笔者将对机械原理检测和智能化控制的实现进行分析，提出检测与控制系统设计方法，促进机械压力智能化控制的实现。

一、 压力检测系统

（一）系统组成

监控系统主要包括滑块位移监测、驱动轴和从动轴转速监测、模具变形力监测、气动摩擦离合器和位移压力监测。本次设计将监控系统分为四个模块，即数据采集处理模块、操作规范实现模块、控制算法模块和执行模块。在四个模块的基础上，建立了机械压力机智能监控系统。系统采用微机控制操作系统为平台，实施数据输入、数据采集与处理，反馈控制算法模块为核心，在操作标准执行模块的框架下，执行模块的输出和机械压力机的控制以及工况监测。信号检测和控制系统都是在PCL- 818L的数据采集和处理平台上实现的，采集卡提供了五种常用的测量和控制功能，分别是12位A/D转换、D/A转换、数字输入、数字输出、定时器/计数器。还提供了16个单端模拟输入通道、8个差分模拟输入通道，接入开关选择。采样时，最高采样频率的DMA模式可以达到40赫兹。每个采样通道可以设置自己的增益值，并且相互之间不产生影响，增益值可以由程序设置。当多通道采样程序按频率扫描的顺序依次进行相邻信道采样时，每个通道的输入值依次存储在SRAM寄存器中。

（二）主从动轴转速监测

机械式压力机主传动轴转速是一个关键参数，基于它的传动系统可以在一个点上计算能量，其变化规律也反映了传动系统的能量转换和传递规律。本文采用双光电耦合传感器主从轴角速度。用齿板的圆周速度测量矩形齿形，与齿宽和齿距相等。光耦合器在测速板边缘安装。测量时，轴驱动转速盘与转速、转速的矩形齿依次扫描光耦传感器，每刷一个齿，传感器输出就会产生一个周期，并由数据采集系统进行记录。只要记录传感器输出信号每秒的循环次数，就可以计算出每秒磁盘转动的速度。实际计算根据采样频率和采样点确定每个循环转速的转速，转速n计算公式为：n=60f/cz（ r/min）

f为采样频率，z为速度盘的总齿数，c为每个采样点上的齿数。机械压力机离合器在组合过程中，驱动轴（COG）的转速变化规律。离合器刚开始进行结合时，从动轴上的飞轮的转速开始急剧下降。当飞轮和从动轴达到完全结合以后，它们的角速度最小，完成结合之后两者的角速度缓慢上升到飞轮组合前。图中的直线是电比例阀的计算机电信号。

二、 机械压力智能控制系统

（一）硬件设计

根据伺服螺旋精压机控制系统的性能要求，上控制单元使用GT200-SV运动控制器；执行机构可以采用交流伺服驱动器和伺服电机的特殊设计，自动混合输入切换机构和减速器，电机的直线运动转变为滑块的直线运动，电机转子的位置和速度检测元件可以使用旋转编码器，使用光栅尺作为元件对滑块位置进行检测，构成全闭环控制系统。

（二）软件设计

根据伺服压力机的工作特点，对控制系统的性能要求对设计工作过程的控制系统的软件如下：系统自动初始化，首先检查用户登录到系统中，正常情况下进行下一步运行，反之有任何异常会自动停止一切操作、显示异常信息，当系统正常时，可进行工艺参数设置，设置算法将工艺参数转化成控制器运动参数，运动控制器接收运动参数，内置的运动计划发出运动控制指令，下位机交流伺服驱动系统执行控制器发出的命令：在同一时间，和控制系统的实时监控、反馈机制达成联通，反馈给运动控制装置实时的机械压力运行情况，包括伺服驱动和用户界面的运行情况，根据运动控制器的运动参数反馈的技术要求，调整和更新交流伺服系统的运动参数，根据运动学特性进行运动处理技术来满足系统的要求，循环以上步骤，直到最后发送的指令处理结束。

（三）功能设计

伺服驱动螺旋压力机，主要是为了解决成型设备的机械效率、生产效率、加工精度、智能性与灵活性水平不高的缺陷，以形成数字化、信息化、智能化的设备提供技术支持，优化成形工艺。数字化、信息化提高了成型设备的灵活度和智能化水平。根据成型设备的发展趋势，控制系统需要进行以下功能的设计：（1）为了更好的提高设备的智能化和柔性化；（2）工作周期的存储和默认；（3）增加、调用和建立工作循环数据库。（4）实时监督展示工况和关键参数；（5）根据工艺要求的不同优化成形工艺曲线：（6）友好的人机交流技术；（7）满足安全性要求。

（四）系统方案

伺服螺杆电机由两台交流伺服电机驱动确定中间环节，改造后机构的两台交流伺服电机决定运动规律，经过交流伺服电机的运动控制，可以控制伺服螺旋压力机的运动。因此，控制系统本质上是一个典型的运动控制系统，通过控制两个交流伺服电机的运动来达到基本的控制目标。位置控制系统可以控制运动，也就是說，有或没有位置反馈和位置检测传感器检测组件都可以控制系统。控制系统主要有三种类型的控制方式，分别是开环控制、闭环控制以及半闭环控制。开环控制系统主要由PC机、执行器等组成，没有位置检测和反馈装置。在执行器中，步进电机主要用于驱动电机。这种控制方法最重要的特点是易于控制，操作简单，而且价格低廉。由控制系统信号表示的单向、位移指令，可以不必考虑稳定性问题，其缺陷是定位精度不高，这是因为机械传动误差没有反馈。

半闭环控制系统，将位置检测传感器安装在伺服电机轴上，以便对运动机构的实时位置进行测试，并根据实间接测量电机的角位移确定其位置。因为位置反馈控制要更精确，所以系统不包含在回路控制系统中更稳定的控制大部分的机械旋转。在提高位置精度的方法中可以使用补偿法，主要是因为反馈并不能够纠正机械传动误差。

闭环控制系统由五部分组成：主机控制单元，执行机构，检查机构和对象的比较。在闭环控制系统中，系统会直接影响控制系统的输出信号，实现对目标位置需要一个给定的位置伺服电机驱动，位置传感器可以检测到的实际值，同时将其反馈到输入端口，根据反馈，将实际值与位置指令进行比较，查看二者之间的差异，通过扩大其差数实现对伺服电机运动的有效控制，使传动机构运动到目标位置。

通过对运动控制系统三种控制方案的全面比较，根据伺服螺旋压力机的特点建议采用闭环控制系统为佳，由于伺服螺旋压力机的性能要求，可以减少机械传动误差，提高加工精度。

结束语：

在传统管理方式下，机械运作过程中会有大量的能量损失，使得机械无法得到预定的运行效果，造成这一问题的一个重要因素就是因为人工控制下，无法对机械压力实施有效的检测，机械压力控制就会出现错误，使之无法满足生产要求。实现对机械压力的检测和智能控制可以有效提升机械效率，减少机械运动误差，全面满足生产需求。

参考文献：

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[2]张伟.基于嵌入式控制的双点伺服曲柄压力机关键技术研究[D].南京航空航天大学.，2014-03-01.

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