基于DSP的沖壓材料成型控制規(guī)律的研究

摘 要：基于DSP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)沖壓材料成型控制規(guī)律進(jìn)行研究分析，即根據(jù)各類材料所具有的沖壓特性，利用系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，爭(zhēng)取不斷提高材料沖壓成型處理效果，提高控制系統(tǒng)運(yùn)行的精確性、運(yùn)行穩(wěn)定性以及相應(yīng)失效性。本文對(duì)基于DSP沖壓材料成型控制規(guī)律作了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵字：DSP，沖壓材料；控制系統(tǒng)

1 前言

為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，逐漸有更多新型設(shè)備被應(yīng)用于現(xiàn)代加工行業(yè)，其中伺服沖床已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用多種機(jī)械加工中。為更好的提高沖床加工結(jié)果高效性與多樣性，必須要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)伺服系統(tǒng)柔性特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。并且，材料狀態(tài)特性為應(yīng)力-應(yīng)變-應(yīng)變速率曲面上的點(diǎn)，通過(guò)對(duì)此特性的應(yīng)用，材料加工時(shí)形變會(huì)沿著最佳曲線進(jìn)行，對(duì)系統(tǒng)加工的可控能力提出了較高的要求。

2 哈弗結(jié)構(gòu)

一般情況下DSP芯片會(huì)采用數(shù)據(jù)總線或者程序總線分離的哈弗結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒊绦虼a與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同存儲(chǔ)空間，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，并且不同存儲(chǔ)空間均具有獨(dú)立的訪問(wèn)與編址。此種設(shè)計(jì)方式，對(duì)兩個(gè)不同的存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)置了程序與數(shù)據(jù)兩條總線，可以更有效提高數(shù)據(jù)吞吐率。

另外，也會(huì)應(yīng)用改進(jìn)哈弗結(jié)構(gòu)，在哈弗結(jié)構(gòu)原有特征基礎(chǔ)上，程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間之間還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交換，并且程序存儲(chǔ)空間能夠?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)空間進(jìn)行初始化處理，或者是直接將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間內(nèi)內(nèi)容轉(zhuǎn)移到程序存儲(chǔ)空間內(nèi)，與哈弗結(jié)構(gòu)相比，此種方式可以更好的降低成本，并提高存儲(chǔ)器使用效率。

3 沖壓成型材料

3.1 熱軋鋼板

常用的熱軋鋼板在熱軋?zhí)幚砗髸?huì)在成型的鋼板材料上形成一層10μm左右的黑色氧化層，在后期沖壓成型加工時(shí)，受氧化層脆且硬特點(diǎn)影響，在剝落時(shí)很容易對(duì)模具造成損壞[1]。基于此，在進(jìn)行沖壓成型加工時(shí)，可以利用酸對(duì)材料表面氧化層進(jìn)行沖洗，雖然鋼板結(jié)構(gòu)表面粗糙，但是易于潤(rùn)滑對(duì)成型加工影響較小。另外，與冷軋鋼板相比，熱軋鋼板缺少組織結(jié)構(gòu)，并且其厚度與性能具有較大波動(dòng)性，會(huì)在一定程度上影響沖壓成型效果，應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求來(lái)確定是否采用其加工。

3.2 冷軋鋼板

冷軋鋼板也是常用的沖壓成型加工材料，其具有優(yōu)良的表面質(zhì)量與沖壓性能，在加上其厚度與性能穩(wěn)定性高，應(yīng)用范圍比較廣泛，主要包括時(shí)效性與非時(shí)效性兩種。其中，退火后低碳冷軋鋼板在拉伸曲線上具有屈服點(diǎn)，受C與N原子影響，會(huì)使材料產(chǎn)生不連續(xù)屈服現(xiàn)象，這樣在沖壓成型加工時(shí)很容易出現(xiàn)破壞表面光滑的滑移線[2]。針對(duì)此種情況，退火后要對(duì)鋼板進(jìn)行一定縮減量的軋制。另外，還可以在鋼板內(nèi)添加Al與Ti原子來(lái)抑制C與N對(duì)斷層位置的影響。

4 控制系統(tǒng)

以提高伺服沖床沖壓成型加工材料成型控制規(guī)律效果為目的，需要做好對(duì)滑塊速度軌跡的控制，即從控制算法與建模角度著手，并基于材料最佳成型規(guī)律對(duì)沖壓速率要求的特點(diǎn)，確定速度環(huán)上系統(tǒng)采用半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，而位置環(huán)采用全閉環(huán)結(jié)構(gòu)的控制方式設(shè)計(jì)。

控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，輸入信號(hào)為期望電機(jī)速度軌跡，輸出信號(hào)為滑塊實(shí)際速度軌跡，執(zhí)行元件為直驅(qū)式伺服電機(jī)，滑塊為系統(tǒng)控制對(duì)象，并且由光電編碼器以及光柵尺來(lái)組成檢測(cè)裝置。在材料沖壓成型加工時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)控制器需要對(duì)速度軌跡信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)果與速度信號(hào)比較計(jì)算所需值，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的PWM波闡述給伺服控制器，由控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)控制器利用PWM波頻率對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)及的運(yùn)轉(zhuǎn)下帶動(dòng)滑塊做往復(fù)沖壓運(yùn)動(dòng)。在沖壓過(guò)程中將滑塊位置信號(hào)反饋給控制器，由控制器根據(jù)反饋的信號(hào)做出相應(yīng)的控制調(diào)整，確保材料沖壓成型效果。

5 系統(tǒng)建模

5.1 伺服電機(jī)建模

伺服電機(jī)為機(jī)電控制元件，電動(dòng)機(jī)最終要將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，基于此在對(duì)其進(jìn)行建模時(shí)，就需要做好機(jī)械與電氣兩部分的研究。從實(shí)際情況來(lái)分析，基于永磁交流伺服系統(tǒng)頻帶寬度影響，其要遠(yuǎn)大于整個(gè)伺服控制系統(tǒng)洗好頻帶寬度，因此為保證系統(tǒng)運(yùn)行效果，可以將其簡(jiǎn)化為一階慣性環(huán)節(jié)。

5.2 機(jī)械機(jī)構(gòu)建模

在對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí)，可以利用pro-E軟件來(lái)完成實(shí)體建模，完成后將其導(dǎo)入Adams仿真軟件中通過(guò)Adams/Control以及模塊構(gòu)造系統(tǒng)樣機(jī)模型，對(duì)各種約束與作用力進(jìn)行分析確定。后對(duì)Adams/View或Adams/solver程序以及Matlal）控制軟件進(jìn)行結(jié)合處理，機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)共享Adams，完成樣機(jī)模型的建立，并要進(jìn)行聯(lián)合仿真分析[3]。其中，Adams_ sub模塊接收伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息，并輸出滑塊的速度信息。

5.3 控制器模型構(gòu)建

對(duì)控制器模型進(jìn)行分析時(shí)，可以利用Matlal）軟件中DSP編程的Target for TI C2000工具包，對(duì)控制器模型進(jìn)行構(gòu)件，主要包括F2812目標(biāo)參數(shù)設(shè)定功能模塊，確定并開(kāi)發(fā)DSP芯片類型。另外，還包括C2812QEP功能模塊，主要來(lái)讀取光電編碼器脈沖值；PID Controller功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；C2812PWM功能模塊，完成相應(yīng)PWM波的輸出。并由Signal Generator模塊輸出，輸入PID模塊基準(zhǔn)值為期望滑速度軌跡，對(duì)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速以及采集模塊得到的實(shí)際速度值進(jìn)行對(duì)比，利用PID調(diào)節(jié)計(jì)算加工所需轉(zhuǎn)速，利用Speed to Frequency模塊將速度值轉(zhuǎn)換為PWM波頻率值，最后由DSP自帶的PWM模塊產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波形輸出給伺服驅(qū)動(dòng)器[4]。

6 結(jié)束語(yǔ)

想要提高DSP控制系統(tǒng)對(duì)沖壓材料成型控制規(guī)律的掌握，就需要針對(duì)材料沖壓成型加工特點(diǎn)對(duì)整個(gè)開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行研究，重點(diǎn)進(jìn)行算法模型設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及結(jié)果驗(yàn)證。可以有效縮短控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，對(duì)降低開(kāi)發(fā)成本，提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效果具有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭偉，潘仲明.基于Matlab平臺(tái)的DSP控制系統(tǒng)仿真技術(shù)研究[J].測(cè)控技術(shù)，2011（25）：55-58.

[2]李偉.基于PID的恒壓供水系統(tǒng)壓力震蕩的消除方法阻電子技術(shù)，2010：43-45.

[3]華林.沖壓材料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì).機(jī)械工人，2011（12）：15.

[4]朱偉成，徐成林等.沖壓技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).汽車工藝與材料，2011（1）：16-20.

作者簡(jiǎn)介：童方超，專業(yè)：材料成型及控制工程。