柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

欒樹棟

0.引言

在進(jìn)行機(jī)械裝配時(shí)，零件之間需要采用某種方式進(jìn)行聯(lián)接，采用過盈連接的方式連接零件必須要使用準(zhǔn)確的裝配方法，因此，如何判定裝配件的合格性實(shí)現(xiàn)在線質(zhì)量控制是目前需要研究的問題，另外，連接件裝配質(zhì)量受很多因素的影響，過盈聯(lián)接零件不同、零件的大小與尺寸不同在進(jìn)行過盈連接裝配時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的特性，這樣就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力結(jié)構(gòu)的改變從而起到影響作用。因此，要求加裝機(jī)具備很高的柔性，從而滿足零件的裝配要求。

1.柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

在進(jìn)行柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心有三個(gè)方面，一方面是保證柔性化，一方面是確保質(zhì)量合格，一方面是增加抗干擾能力。柔性化，就是在壓裝力不同的情況下壓裝件依然能夠具備很好的適應(yīng)能力。確保質(zhì)量合格需要在壓力機(jī)工作的過程中，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，包括壓裝力、壓裝位移，然后和原先設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較從而保障質(zhì)量。

控制系統(tǒng)的組成部分包括控制計(jì)算機(jī)（PC）、運(yùn)動(dòng)控制卡、串口RS232、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、絲杠上下限位傳感器、壓力傳感器、編碼器、AC伺服電機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、打印機(jī)、顯示器。十一個(gè)部分組成，壓力傳感器和編碼器以及絲杠上下限位傳感器會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)采集卡上，串口RS232和數(shù)據(jù)采集卡相互傳遞，與控制計(jì)算機(jī)相互連接，具體控制方案如下所示：控制系統(tǒng)中極其重要的部分是操作站，在設(shè)計(jì)操作站時(shí)采用的是控制計(jì)算機(jī)即PC，然后充分運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制卡的數(shù)據(jù)采集能力，對(duì)壓裝力以及壓裝位移實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的收集，在數(shù)據(jù)收集完成之后會(huì)按照程序?qū)嵭刑幚砉ぷ鳎筮M(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)上傳至運(yùn)動(dòng)控制卡，路過串口RS232以及控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，在PC的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，處理軟件是LabVIEW。通過I/O口，PC能夠啟動(dòng)控制系統(tǒng)，也能夠終止控制系統(tǒng)。

2.柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

在設(shè)計(jì)方案完成之后，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)的控制是一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容，因?yàn)椴还苁呛畏N控制系統(tǒng)，其受控系統(tǒng)都不是絕對(duì)的，因此，提出對(duì)柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)的控制策略是非常具有必要性的。

在控制策略上，主要有五種控制方法，即PID控制、抗變換控制、模糊控制、自適應(yīng)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。PID控制目前在工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用較多，其抗變換性佳、可靠性高，并且極易進(jìn)行調(diào)節(jié)，在算法上也比較簡(jiǎn)單。抗變換控制也就是經(jīng)常說的魯棒控制，應(yīng)用這一控制方法要充分運(yùn)用到空間狀態(tài)模型，將其頻率設(shè)計(jì)方法當(dāng)作根本依據(jù)，能夠卻保障控制對(duì)象的穩(wěn)定，防止過多的被外界所干擾，抗變換性控制主要方法有兩種，一種是代數(shù)方法，主要研究的是狀態(tài)矩陣，還可以通過研究特征多項(xiàng)式的方式；一種是頻域的方法，主要研究的是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。模糊控制的出現(xiàn)比較早，主要解決的問題是控制系統(tǒng)的不確定性，近些年來，相關(guān)研究人員不斷的更新和改進(jìn)，在抗變換性以及穩(wěn)定性上有了很大的進(jìn)步。自適應(yīng)控制可以分為兩種方式，一種是模型參考的方式，一種是自校正的方式，這兩控制措施都比較適合在控制模型較慢、外界干擾較小的情況下使用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制目前是較為先進(jìn)的系統(tǒng)控制方法，主要利用的是人的大腦結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，這種方式具備較好的學(xué)習(xí)能力，在非線性系統(tǒng)以及很難進(jìn)行建模的系統(tǒng)當(dāng)中，是非常有必要進(jìn)行采用的。

實(shí)際上，柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)屬于一種十分典型的非線性控制系統(tǒng)，PID控制、抗變換控制、模糊控制、自適應(yīng)控制以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中，每一種控制策略單獨(dú)拿出來都無法做到完全適用于柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)，但是由于每種控制策略的優(yōu)勢(shì)不同，可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，因此，可以充分利用以上五種控制策略的優(yōu)勢(shì)建立新的控制策略，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升控制系統(tǒng)的工作性能。

3.結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入的探究，在本研究中，柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)一共有三個(gè)設(shè)計(jì)的核心，一方面是保證柔性化，一方面是確保質(zhì)量合格，一方面是增加抗干擾能力，針對(duì)這三個(gè)設(shè)計(jì)核心，本研究進(jìn)行了柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，需要選取合適的控制策略，在現(xiàn)有的PID控制、抗變換控制、模糊控制、自適應(yīng)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制五種控制方法上進(jìn)行結(jié)合與優(yōu)化。總體來說，本研究中的柔性伺服電子壓力機(jī)系統(tǒng)的柔性高、可靠性高，能夠提升加工質(zhì)量，促進(jìn)工業(yè)發(fā)展。endprint