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近十几年来快速发展的伺服压力机,在传动方式、滑块的变速运动、低噪音和低运行成本等方面显示出了许多独特优势,被广泛用于汽车、航空、航天等行业的高强度、轻型难成形材料的塑性成形加工。为了充分发挥伺服驱动下压力机滑块变速工作的特点,以体现压力加工生产的高质量、高效性、高节能性,许多企业提出需要对压力机的传动系统进行更进一步的优化设计和驱动控制方式优化。 本文作者通过分析不同的传动机构形成的滑块运动曲线与伺服电机驱动轴转速特性的关系,建立数学模型分析不同传动机构的驱动特性,研究其解决方案,提出合理的控制策略。同时探索用一种双伺服电机的模拟实验平台,模拟不同传动机构的驱动特性,分析不同传动系统伺服压力机的工作特性,为伺服压力机产品的结构设计和控制系统设计提供可靠数据。还探索将电磁脉冲渐进拉深成形新工艺,应用到伺服压力机上的解决方案,为今后实现电磁脉冲成形的智能化提供一种技术路线。本研究工作对于伺服压力机传动系统的开发及其控制的优化,具有重要的理论与实际意义。 (1)对于实际生产广泛应用的单自由度伺服压力机的动力学以及运动学特性进行了分析研究,构建了通用的滑块负载位移工艺曲线,制定了负载扭矩输出曲线的优化策略。在此基础上,以二自由度驱动下九杆机构为例,对二自由度的同步及异步驱动进行研究。 构建了以正弦簇曲线为滑块变速运动曲线规划模型,该规划曲线满足C2变化平缓,以及在加工点处加速度为0的特点,适合深拉伸等对伺服控制要求高的工艺。基于向量法,用解析法求得滑块行程对应曲柄转角的对应关系;用傅里叶级数对行程曲线进行拟合得到滑块位移对应曲柄转角角位移的近似解析推导,进一步地得到了曲柄转角角速度以及角速度的解析推导表达式并给出相应算法。以曲柄连杆和三角肘杆机构作为伺服压力机传动机构的分析对象,根据机构学及机械动力学原理对平面连杆机构求解,得到了单自由度下不同机械参数下平面连杆机构各构件在不同工艺曲线下的动力学特性,以及需要满足的驱动源电机输出力矩曲线。 (2)从双自由度同步异步控制的角度,对于双自由度下伺服压力机的控制策略进行研究。以二自由度九杆机构为例,对两台伺服电机分别驱动两曲柄作为动力输入连杆机构下的控制策略进行研究。可将二自由度九杆机构看成由三角肘杆机构与平面五杆机构串联而成,三角肘杆机构可认为是力与位移的执行机构,平面五杆机构可认为是驱动机构。系统地研究了杆件结构参数大小对滑块运动曲线的影响。 (3)研究了负载模拟系统在伺服压力机控制的实验研究中的应用解决方案,构建了一种用双伺服电机输出扭矩模拟机械传动负载力矩的伺服压力机负载模拟系统,实现在实验室环境条件下对各种机械负载的模拟仿真,用于线性与非线性负载系统的控制策略研究,解决实验模拟的理论和方法问题,可对伺服压力机的传动及其控制系统进行优化设计。对新型伺服压力机的开发及其控制策略的验证也具有较大的理论与实际意义。 (4)研究伺服压力机在电磁脉冲渐进拉深成形控制中的应用。探索在电磁脉冲拉深、法兰缘电磁脉冲助推的作用下用伺服压力机逐步渐进拉深筒形件的方法;提出一种新的渐进拉深步骤的自动控制方案,为后续研究电磁脉冲渐进拉深成形工艺的数字控制和实现智能化提供技术基础。