伺服機械壓力機控制系統設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 atsu 公司采用交流伺服電機 — 滾珠絲杠驅動方式的折彎機，克服了液壓系統速度切換時的短暫停頓現象，滑塊運動更加敏捷，如圖所示。加之操作方便、調整容易等其它優點，據稱其整體效率較液壓式提高了 1倍以上。 綜合目前各類伺服電機驅動壓力機的工作特性，其主要優勢有： （ 1）高柔性 .滑塊運動曲線不 再僅僅是余弦曲線，可根據不同生產工藝和模具要求（如沖裁、拉深、板料擠壓和級進模等）進行優化設置，通過程序編制實現滑塊 “ 自由運動 ” ，大大提高了壓力機智能化程度和適用范圍。 （ 2）高生產率。滑塊行程可根據生產工藝需要調整。例如：對于薄板沖裁，曲柄無需完成 3600 旋轉，而僅進行一定角度的擺動來完成沖壓工作。 （ 3）高精度。由線性傳感器組成的全閉環控制系統能實現高精度的位置控制。如：由偏心載荷引起的在下死點中心處的位置波動及滑塊各點處的平行度波動可控制在 177。10μm 以內。 （ 4）低噪音。無飛輪、離合器等零件，簡化 了機械傳動，從而可大大降低噪音。除此之外，通過設定滑塊的低噪音運動曲線同樣有助于降低沖裁噪音。 （ 5）節能、易于維護。由于簡化了機械傳動機構，可維護性強，潤滑量減少。此外，電氣制動儲能裝置可使能耗大為減少 ,伺服驅動壓力機能很好地滿足一些新材料的成形。 黃超： 基于 LabviewJ2563 型伺服機械壓力機控制系統設計 6 第二章 Labview 軟件 Labview 軟件的介紹 VI (Virtual Instrument)—— 虛擬儀器是指加在計算機上的一些軟件和 /或硬件，它們具有和實際獨立儀器類似的外觀和性能，如：示波器、邏輯分析儀、控制開關等，其功能由用戶設計和定義 ，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現的一種計算機儀器系統。使用者操作這臺計算機，就像是在操縱一臺他自己專門設計的電子儀器。 虛擬儀器本質上是利用計算機強大的圖形顯示功能來模擬傳統儀器的控制面板及其顯示模塊，以多種形式表達輸出檢測結果；利用計算機強大的軟件功能實現信號數據的運算、分析和處理；利用 I/O 接口設備配合各種傳感器完成測試對象信號的采集、測量與調理，控制對象的控制，從而實現各種測試與控制功能的一種計算機儀器系統 [102]。它是現代測量技術和計算機技術深層次結合的產物，其系統組成原理如圖 21 所示。 圖 21虛擬儀器的組成原理框圖 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)—— 實驗室虛擬儀器工程平臺是美國 NI 公司 (National Instrument Company)推出的一種基于 G 語言 (Graphics Language)的虛擬儀器軟件開發工具。它是一種面向科學家和工程師的編程語言，它提供的簡單、直觀的圖形編程方式，把復雜、繁瑣、費時的文本語言簡化成工程師最熟悉的功能結構圖的編程方式。 LabVIEW 的技術主要有如下特 點： (1) 具有豐富的圖形元素控件，支持回調功能； (2) 具有設置斷點 (Set Breakpoint) 和探針 (Probe Data) 等程序調試功能； (3) 提供多種總線通信控制函數，如 RS23 GPIB、 VXI 等； (4) 提供網絡傳輸控制協議 (TCP) 接口庫； (5) 內含有多種基于 WindowsNT/9x 風格的軟件技術，如 ActiveX Automation 技術、DDE（動態數據交換技術交換）、 Multithread（多線程）技術等； (6) 嵌入了非常豐富的工程應用函數，具有很強 的數據處理、數據分析功能。 與傳統的編程語言相比， LabVIEW 圖形編程方式可以節省大量的程序開發時間，而其運行速度幾乎不受影響。 Labview 軟件的控制界 虛擬儀器的起源可以追溯到 20 世紀 70 年代，那時計算機測控系統在國防、航天 7 等領域已經有了相當的發展。 PC 機出現以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在Microsoft 公司的 Windows 誕生之前， NI 公司已經在 Macintosh 計算機上推出了 以前的版本。對虛擬儀器和 LabVIEW 長期、系統、有效的研究開發使得該公司成為業界公 認的權威。目前 LabVIEW 的最新版本為 LabVIEW2020，LabVIEW 2020 為多線程功能添加了更多特性，這種特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環境，該環境由于其數據流編程特性、 LabVIEW RealTime 工具對嵌入式平臺開發的多核支持，以及自上而下的為多核而設計的軟件層次，是進行并行編程的首選。 工作界面如圖 22 圖 22Labview 軟件工作界面 黃超： 基于 LabviewJ2563 型伺服機械壓力機控制系統設計 8 第 三 章 數據采集卡 數據采集卡的介紹 數據采集 (DAQ)，是指從 傳感器 和其它待測設備等 模擬 和 數字 被測單元中自動采非電量或者電量信號 ,送到上位機中進行分析 ,處理。 數據采集系統是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產品來實現靈活的、用戶自定義的測量系統。通常，必須在數據采集設備采集之前 調制 傳感器信號 ,包括對其進行 增益 或 衰減 和隔離 ,放大 ,濾波等 .對待某些傳感器，還需要提供激勵信號． 在工業現場，我們會安裝很多的各種類型的傳感器 ，入壓力的溫度的流量的聲音的電參數的等等，受現場環境的限制傳感器信號如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號不能遠傳或者因為傳感器太多布線復雜，我們就會選用分布式或者遠程的 采集卡（模塊）在現場把信號較高精度地轉換成數字量 ，然后通過各種遠傳通信技術（如48 23以太網、各種無線網絡）把數據傳到計算機或者其他控制器中進行處理。這種也算作數據采集卡的一種，只是它對環境的適應能力更強，可以應對各種惡劣的工業環境。 研華 PCI1712 數據采集卡，該采集卡具有 12 為的 A/D 轉換器，采樣速率可達 1MHZ，具有 16 路單端或 8 路差分的模擬量輸入， 2 路 12 位的 D/A 模擬量輸出通道， 16 路數字量輸出通道。采集卡進行數據的采集同時進行計算機和 SR 控制器之間的實時通訊。 計算機監控系統總體軟件結構 由于 LabVIEW 軟件可以很方便的 支持多線程編程，便于程序的并發執行，在本文開發程序的過程中就利用了這種并發執行機制，如圖 31 所示為 機械壓力機 控制系統的流程圖。 圖 31 機械壓力機 控制系統流程框圖 9 從 圖 31 中 可以看出，計算機控制系統的軟件結構和硬件結構是一致的，整體結構上可以分為并行的 二 大模塊： 滑塊位置部分、滑塊速度部分 。這樣可以方便地在變頻振動下料過程中對 滑塊位置、滑塊速度 進行實時控制和監測。下面將對這 二 大模塊進行詳細敘述。 由于研華公司生產的 PCL818L 多功能數據采集卡與 NI 公司生產的數據采集卡不同，因此不能直接調用 LabVIEW 的數據采集相關程序。但是，研華公司提供了研華采集卡的LabVIEW 驅動程序 —— 擴展名為 vi。在應用過程中我們只要調用相關的 vi 程序就可以實現需要的功能。下面將本文所用到的對研華 PCL818L 多功能數據采集卡相關操作的 vi 程序及其功能列于表 31 中。 表 31 本文中所調用的 PCL818L 多功能數據采集卡的 vi程序說明 名 稱 功 能 打開指定的設備，并返回相應的值。 設定設備的模擬量輸入通道及采樣增益。 以指定的觸發方式，從指定的設備的某個通道進行采樣，返回采到的電壓值。 AOVoltageOut.vi 將設定的電壓值輸出到指定的設備的指定模擬量輸出通道。 i 在指定的設備寫入指定電平狀態到指定端口的指定位。 關閉已開啟的設備，以釋放采集卡占用的系統資源，以便下次再次開啟。 計算機監控系統的用戶界面 機械壓力機控制系統工作界面 如圖 32 所示，該界面主要包括五個區域： 滑塊位置部分 、 滑塊速度部分、 信號采集及數據處理設定區、信號采集 及數據處理結果顯示區、總?？刂茀^。 黃超： 基于 LabviewJ2563 型伺服機械壓力機控制系統設計 10 圖 32 機械壓力機控制系統工作 界面 信號預處理 部分進行良信號的轉換、奇異點的剔除、濾波、消除趨勢項以及零均值化處理；信號的領域分析環節對振動下料機工作過程中的頻率特性進行分析，識別下料機的共振、自激振動等特性，從而估計工作過程中的最大功率所在頻率，監測振動下料機是否按預 設頻率控制曲線正常工作。信號時域分析環節將采集到的信號經過預處理后得到的振動加速度信號進行一定的數學計算得到速度信號和位移信號，并對它們的振幅 進行計算，為研究振動下料機的工作特性提供依據。 數據采集卡的作用 視頻中的采集卡作用主要是采集視頻數據源，并且能起到轉換格式和傳輸的作用，隨著科學技術的不斷發展，采集卡的功能和用途越來越廣，在數據采集卡中，主要的作用也是采集視頻數據等，下面我們就針對數據采集卡是什么進行詳細介紹。 視頻中的采集卡主要的作用是采集數據，并且起到轉化和傳輸的作用，所以采集卡一般應用在需要對數據進行采集和傳輸上。不同的數據采集卡作用和傳輸速度也是有所不同的。 數據采集卡已經發展有二十多年，數據采集英文是 DAQ，是指從 傳感器和其它待測設備等模擬和數字被測單元中自動采非電量或者電量信號 ,送到上位機中進行分析 ,處理。數據采集系統是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產品來實現靈活的、用 戶自定義的測量系統。通常，必須在數據采集設備采集之前調制傳感器信號 ,包括對其進行增益或衰減和隔離 ,放大 ,濾波等 .對待某些傳感器，還需要提供激勵信號 . 數據采集卡故名意思，即實現數據采集 (DAQ)功能的計算機擴展卡，可以通過 USB、 11 PXI、 PCI、 PCI Express、火線 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash 等總線接入個人計算機。 隨著行業的不斷前進，科學技術的日新月異，數據采集卡應用范圍也越來越廣， 采集卡廣泛應用于安防監控、教育課件錄制、大屏拼接、多媒體錄播錄像、會議錄制、虛擬演播室、虛擬現實、安檢 X 光機、雷達圖像信號、 VDR 紀錄儀、醫療 X 光機、CT 機、胃腸機、陰道鏡、工業檢測、智能交通、醫學影像、工業監控、儀器儀表、機器視覺等領域。 數據采集卡是對視頻數據進行采集的，可以使視頻數據傳化成數字化形式 . 黃超： 基于 LabviewJ2563 型伺服機械壓力機控制系統設計 12 第 四 章 控制系統設計過程 位置伺服控制 方案 伺服系統亦稱隨動系統，屬于自動控制系統中的一種，它用來控制被控對象的轉角（或位移），使其能自動地、連續地、精確地復現輸入指令的變化規律，它通常是具有負反饋的閉環控制系統。對有的執行機械，位置伺服系統采用半閉環結構雖然容易整定，但很難補償其機械傳動部分引起的位置誤差，使位置控制精度不能達到要求的指標；采用全閉環結構系統又很難整定，系統閉環后因環內多種非線性因素誘發的振蕩很難消除，使系統的控制復雜程度大大增加，它們之間的配合、增益調整等都必須仔細整定。于是，提出一種混合閉環結構的位置伺服系統方案， 如圖 41 所示 。 速 度 控 制速 度 估 計執 行電 機編 碼 器控 制 對 象位 移 傳 感 器誤 差 補 償給 定 位 置+++位 置 控 制 圖 41混合閉環位置伺服系統 系統中同時存在半閉環和全閉環。系統工作時，半閉環起主要作用。由于半閉環中電氣自動控制部分和執行機械相對獨立，可以采用位置前饋控制器實現位置參數向速度參數控制的轉換，這樣可以使系統快速響應；而全閉環只用于穩態誤差補償，位置增益可選得較低以保證系統的穩定性，跟蹤系統誤差小。兩者相結合獲得較高的位置控制精度和跟蹤速度。 位置和速度控制器設計