專利名稱：用于全電動折彎機的多軸同步控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及涉及工業自動化控制與折彎機數控技術領域，特別涉及一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統及控制方法。
背景技術：
板料折彎是鈑金加工工藝中重要的一種。該工藝采用成套上下模具，在冷態下通過擠壓使金屬板材產生塑性變形折制成預定角度的鈑金件。該工藝的通用性好、工藝簡單、成形質量高等優點，已廣泛應用于電器、造船、航空、重型機械制造等行業領域。為實現折彎機數控化，提高定位精度與同步精度，克服傳統液壓式折彎機的固有缺點，采用伺服電機直接驅動的全電動折彎機成為主流。小功率全電動折彎機上模滑塊僅需二臺伺服電機同步驅動控制，而大功率要實現1000KN及以上的折彎壓力，則需要使用多 臺伺服電機在一個滑塊(剛體)上進行同步驅動。但，在大功率全電動折彎機實際使用中，存在各電機受力不平衡引發的位置不同步現象，從而導致機械上的強耦合，而機械上的強耦合將導致滑塊等移動部件扭斜，加劇絲杠等傳動器件磨損，降低加工精度與機床壽命，嚴重時損壞驅動元件與行走機構。為防止上述情況發生，驅動滑塊需要多軸同步速度位置聯動。因此，研究多軸電機位置同步控制系統是大功率全電動折彎機研制中必不可少的環節。

發明內容
本發明的發明目的是針對現有工業自動化控制與折彎機數控的技術不足，提供一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統。進一步地，本發明提供一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統的控制方法。為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為
提供一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，包括運動控制板卡、數控系統與若干組滑塊驅動機構；每組滑塊驅動機構包括伺服驅動器、永磁同步伺服電機、同步皮帶傳動機構、滾珠絲杠與光柵尺；所述永磁同步伺服電機通過同步皮帶傳動機構與滾珠絲杠連接，且滾珠絲杠的底端安裝于折彎機滑塊的頂端；所述光柵尺安裝在折彎機滑塊的背面且與滾珠絲杠在同一豎直軸線上；所述永磁同步伺服電機還與伺服驅動器相連，伺服驅動器及光柵尺分別通過運動控制板卡與數控系統相連。優選地，所述伺服驅動器的三相輸出與所述伺服電機動力電源側連接；所述伺服驅動器的X2功能端口通過電纜線與運動控制板卡連接，所述伺服驅動器的編碼器輸入端口通過電纜線與永磁同步伺服電機的旋轉編碼器輸出端連接。優選地，所述數控系統包括工控計算機與嵌入式觸摸屏；所述嵌入式觸摸屏與工控計算機連接；所述運動控制板卡包括開關量控制板卡與速度控制板卡；所述伺服驅動器及光柵尺與速度控制板卡連接，所述開關量控制板卡通過電纜線連接折彎機滑塊的上下行程限位開關；所述開關量控制板卡與速度控制板卡均通過光纖連接至工控計算機內部的PCI模塊。優選地，所述同步皮帶傳動機構包括第一帶齒輪、同步皮帶與第二帶齒輪；第一帶齒輪安裝于永磁同步伺服電機的輸出軸上，第二帶齒輪安裝于滾珠絲杠的螺母上，第二帶齒輪通過同步皮帶與第一帶齒輪連接。 優選地，所述折彎機滑塊的長度大于3000_。優選地，所述滑塊驅動機構的數量為四個，分別為第一滑塊驅動機構、第二滑塊驅動機構、第三滑塊驅動機構與第四滑塊驅動機構；第一滑塊驅動機構包括第一伺服驅動器、第一永磁同步伺服電機、第一同步皮帶傳動機構、第一滾珠絲杠與第一光柵尺；第二滑塊驅動機構包括第二伺服驅動器、第二永磁同步伺服電機、第二同步皮帶傳動機構、第二滾珠絲杠與第二光柵尺；第三滑塊驅動機構包括第三伺服驅動器、第三永磁同步伺服電機、第三同步皮帶傳動機構、第三滾珠絲杠與第三光柵尺；第四滑塊驅動機構包括第四伺服驅動器、第 四永磁同步伺服電機、第四同步皮帶傳動機構、第四滾珠絲杠與第四光柵尺。進一步地，本發明提供一種用于全電動折彎機的多軸同步控制方法，工控計算機包括運動控制模塊、PID模塊、模糊控制模塊、速度與力矩輸出控制模塊、PCI通訊模塊與力矩限幅控制模塊；所述運動控制器模塊包含使能端控制、軌跡規劃處理與反饋位置處理；所述多軸同步控制方法包括高速同步驅動階段與加壓折彎驅動階段；
1)通過嵌入式觸摸屏對參數進行設置；
2)通過嵌入式觸摸屏針對特定工件輸入折彎數據，工控計算機將自動計算折彎行程、角度與撓度補償量，生成折彎程序；
3)折彎時，將待折彎板料置于全電動折彎機的下工作臺上，數控系統驅動全電動折彎機的后擋料裝置定位；此時，多軸同步控制系統為高速同步驅動階段；其中，第一伺服驅動器與第四伺服驅動器設置成速度控制模式；第二伺服驅動器與第三伺服驅動器設置成力矩控制模式，第二伺服驅動器驅動第二永磁同步伺服電機力矩跟隨第一永磁同步伺服電機力矩，第三伺服驅動器驅動第三永磁同步伺服電機力矩跟隨第四永磁同步伺服電機力矩；同時，力矩限幅控制模塊將四臺永磁同步伺服電機的輸出力矩調整為給定值，且力矩變化曲線為線性變化；
4)全電動折彎機的滑塊帶動其上模以10 100mm/S的速度下行至速度轉換點，再以I lOmm/s的速度下行至夾緊點；此時，多軸同步控制系統切換為加壓折彎驅動階段；所述四個伺服驅動器均設置成速度控制模式，力矩限幅控制模塊將四臺永磁同步伺服電機的輸出力矩線性調整為給定的加壓力矩，進而加壓折彎至行程終點并進行保壓；
5)保壓時間到后，力矩限幅控制模塊通過減少力矩輸出值控制四臺伺服驅動器同時自動進行卸壓，多軸同步控制系統切換為高速同步驅動階段并控制全電動折彎機的滑塊高速向上回程，取走成形板料，加工完畢。優選地，所述高速同步驅動階段包括如下步驟
(1)運動控制模塊依據用戶指令規劃出各軸運動軌跡，并將其轉換成位置指令下發至PID模塊，PID模塊根據自身比例、積分與微分參數對輸入指令處理后第一輸出速度指令值；
(2)速度指令經PCI通訊模塊直接發至速度控制板卡，速度控制板卡將其轉換成模擬電壓經電纜線傳輸至第一伺服驅動器與第四伺服驅動器，第一伺服驅動器驅動第一永磁同步伺服電機，第四伺服驅動器驅動第四永磁同步伺服電機按照給定速度運轉，并分別通過第一滾珠絲杠與第四滾珠絲杠的帶動滑塊作上下直線運動；
(3)第一光柵尺、第二光柵尺、第三光柵尺與第四光柵尺分別實時檢測折彎機滑塊機械位置，轉換成電平信號傳輸至速度控制板卡，速度控制板卡將電信號轉換成第一數字量后經PCI通訊模塊反饋至PID模塊；PID模塊將第一數字量與第一輸出速度指令值作比較得到位置偏差，該位置偏差經由比例、積分調節后產生新的速度指令，并通過步驟(2)控制第一永磁同步伺服電機與第四永磁同步伺服電機轉速；
(4)將速度與力矩輸出控制模塊設置為力矩輸出模式，速度控制板卡采集第一永磁同步伺服電機與第四永磁同步伺服電機實時輸出的力矩信號，經PCI通訊模塊傳輸至速度與力矩輸出控制模塊45PCI通訊模塊對力矩信號作平滑與濾波處理后，再由PCI通訊模塊下發至速度控制板卡，經電纜線分別送至第二伺服驅動器與第三伺服驅動器，第二伺服驅動器通過第二滾珠絲杠驅動第二永磁同步伺服電機力矩跟隨第一永磁同步伺服電機力矩，第三伺服驅動器通過第三滾珠絲杠驅動第三永磁同步伺服電機力矩跟隨第四永磁同步伺服電機力矩；
(5)模糊控制模塊將其中一臺永磁同步伺服電機的速度反饋同另外三臺永磁同步伺服電機的速度反饋分別作差，然后根據各永磁同步伺服電機轉動慣量比值確定速度補償量；并使用位置補償量及其變化率作為參考，在線調整各軸PID控制器的參數；
(6)運功控制模塊通過其切換控制端口輸出邏輯低電平對速度與力矩輸出控制模塊與模糊控制模塊工作模式進行切換，實現高速同步驅動階段切換至加壓折彎驅動階段。優選地，所述加壓折彎驅動階段包括如下步驟
(1)運動控制模塊依據用戶指令規劃出各軸運動軌跡，并將其轉換成位置指令下發至PID模塊，PID模塊根據自身比例、積分與微分參數對輸入指令處理后第二輸出速度指令值；
(2)速度指令經PCI通訊模塊直接發至速度控制板卡，速度控制板卡將其轉換成模擬電壓經電纜線傳輸至第一伺服驅動器與第四伺服驅動器；第一伺服驅動器驅動第一永磁同步伺服電機、第四伺服驅動器驅動第四永磁同步伺服電機按照給定速度運轉，并分別通過第一滾珠絲杠與第四滾珠絲杠的帶動滑塊作上下直線運動；
(3)第一光柵尺、第二光柵尺、第三光柵尺與第四光柵尺分別實時檢測全自動折彎機的滑塊機械位置，轉換成電平信號傳輸至速度控制板卡；速度控制板卡將電信號轉換成第二數字量，再經PCI通訊模塊反饋至PID模塊，PID模塊對第二數字量進行調節，PID模塊將第二數字量與第二輸出速度指令值作比較得到位置偏差，該位置偏差經由比例、積分調節后產生新的速度指令，并通過步驟(2)控制第一永磁同步伺服電機與第四永磁同步伺服電機轉速；
(4)將速度與力矩輸出控制模塊設置在速度輸出模式，第二伺服驅動器與第三伺服驅動器的輸出速度指令中轉到速度與力矩輸出控制模塊，第二伺服驅動器驅動第二永磁同步伺服電機、第三伺服驅動器驅動第三永磁同步伺服電機按照給定速度運轉，并分別通過第二滾珠絲杠與第三滾珠絲杠的帶動滑塊作上下直線運動；
(5)模糊控制模塊固定輸出預置的PID模塊的參數；
(6)運功控制模塊通過其切換控制端口輸出邏輯高電平對速度與力矩輸出控制模塊與模糊控制模塊工作模式進行切換，實現加壓折彎驅動階段切換至高速同步驅動階段。優選地，所述嵌入式觸摸屏采集用戶輸入的折彎相關參數信息，其采集的參數信息包括目標折彎角度、折彎速度、模具信息、工件材料參數、滑塊撓度變形補償及平行度；在用戶設定參數后，滑塊撓度變形補償與平行度通過運動控制模塊來實現對第一滾珠絲杠、第二滾珠絲杠、第三滾珠絲杠與第四滾珠絲杠位置的控制；所述伺服同步控制系統還可以由用戶在嵌入式觸摸屏上輸入壓力參數實現滑塊折彎壓力的動態設置；
所述多軸同步控制系統還包括正負行程限位開關，開關量控制板卡實時監測滑塊正負兩個行程限位開關狀態；滑塊觸碰正負行程限位開關時，開關量控制板卡通過PCI通訊模塊向運動控制模塊發送觸發信號，運動控制模塊停止第一永磁同步伺服電機、第二永磁同步伺服電機、第三永磁同步伺服電機、第四永磁同步伺服電機的運動。本發明相對于現有技術，具有以下有益效果
(1)本發明用于全電動折彎機的多軸同步控制系統結構新穎巧妙、清晰合理且易維護；采用該系統能夠顯著提高多臺永磁同步伺服電機運行的同步性能以及折彎定位精度，并大幅減少了因永磁同步伺服電機間不同步而造成的滾珠絲杠與直線導軌的磨損，有效增長了折彎機傳動機構的使用壽命；
(2)本發明用于全電動折彎機滑塊的多軸同步控制系統采用該控制系統的折彎機在不運動的情況下，永磁同步伺服電機均處于靜止狀態，能最大程度的節省能源；
(3)—般來說，壓折彎時，全自動折彎機的機架受力會產生形變；由于本系統在加壓折彎段采用各滾珠絲杠獨立按照各自的控制規律來精確控制位置，根據不同的加壓壓力計算出所需的頂架形變補償量，將其疊加到中間兩滾珠絲杠位置指令上即可補償頂架形變，從而可方便實現對滑塊撓度進行智能自動補償；
(4)本系統調整簡單，操作者只需在觸摸屏上進行參數編輯就能完成一系列機床調整工作，從而極大的降低了對操作人員技術熟練程度的要求。


圖I是本發明控制系統總體示意 圖2是本發明多軸同步控制系統功能模塊示意 圖3是本發明單軸控制子系統結構示意 圖4是本發明多軸同步控制系統結構框 圖5是本發明多軸同步控制系統硬件抽象層框 圖6是本發明多軸同步控制系統工作流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的發明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式并不因此限定于以下實施例。除非特別說明，本發明采用的材料和加工方法為本技術領域常規材料和加工方法。如圖I所示，本發明用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，包括運動控制板卡I、數控系統2與四組滑塊驅動機構(3、4、5與6)。每組滑塊驅動機構包括伺服驅動器、永磁同步伺服電機、同步皮帶傳動機構、滾珠絲杠與光柵尺。
其中，四組滑塊驅動機構分別為第一滑塊驅動機構、第二滑塊驅動機構、第三滑塊驅動機構與第四滑塊驅動機構。第一滑塊驅動機構包括第一伺服驅動器31、第一永磁同步伺服電機32、第一同步皮帶傳動機構33、第一滾珠絲杠34與第一光柵尺35。第一永磁同步伺服電機32通過第一同步皮帶傳動機構33與第一滾珠絲杠34連接，且第一滾珠絲杠34的底端安裝于折彎機滑塊的頂端。第一光柵尺35安裝在折彎機滑塊的背面且與第一滾珠絲杠34在同一豎直軸線上。第一永磁同步伺服電機32還與第一伺服驅動器31相連，第一伺服驅動器31及第一光柵尺35分別通過運動控制板卡I與數控系統2相連。第一伺服驅動器31、第一永磁同步伺服電機32、第一同步皮帶傳動機構33與第一滾珠絲杠34構成第一伺服系統30。第二滑塊驅動機構包括第二伺服驅動器41、第二永磁同步伺服電機42、第二同步皮帶傳動機構43、第二滾珠絲杠44與第二光柵尺45。第二永磁同步伺服電機41通過43第二同步皮帶傳動機構與第二滾珠絲杠44連接，且第二滾珠絲杠44的底端安裝于折彎機滑塊的頂端。第二光柵尺45安裝在折彎機滑塊的背面且與第二滾珠絲杠44在同一豎直軸 線上。第二永磁同步伺服電機42還與第二伺服驅動器41相連，第二伺服驅動器41及第二光柵尺45分別通過運動控制板卡I與數控系統2相連。第二伺服驅動器41、第二永磁同步伺服電機42、第二同步皮帶傳動機構43與第二滾珠絲杠44構成第二伺服系統40。第三滑塊驅動機構包括第三伺服驅動器51、第三永磁同步伺服電機52、第三同步皮帶傳動機構53、第三滾珠絲杠54與第三光柵尺55。第三永磁同步伺服電機52通過第三同步皮帶傳動機構53與第三滾珠絲杠54連接，且第三滾珠絲杠54的底端安裝于折彎機滑塊8的頂端。第三光柵尺55安裝在折彎機滑塊8的背面且與第三滾珠絲杠54在同一豎直軸線上。第三永磁同步伺服電機52還與第三伺服驅動器51相連，第三伺服驅動器51及第三光柵尺55分別通過運動控制板卡I與數控系統2相連。第三伺服驅動器51、第三永磁同步伺服電機52、第三同步皮帶傳動機構53與第三滾珠絲杠54構成第三伺服系統50。第四滑塊驅動機構包括第四伺服驅動器61、第四永磁同步伺服電機62、第四同步皮帶傳動機構63、第四滾珠絲杠64與第四光柵尺65。第四永磁同步伺服電機62通過第四同步皮帶傳動機構63與第四滾珠絲杠64連接，且第四滾珠絲杠64的底端安裝于折彎機滑塊的頂端。第四光柵尺65安裝在折彎機滑塊的背面且與第四滾珠絲杠64在同一豎直軸線上。第四永磁同步伺服電機62還與第四伺服驅動器61相連，第四伺服驅動器61及第四光柵尺65分別通過運動控制板卡I與數控系統2相連。第四伺服驅動器61、第四永磁同步伺服電機62、第四同步皮帶傳動機構63與第四滾珠絲杠64構成第四伺服系統60。如圖2所示，運動控制板卡I包括開關量控制板卡11與速度控制板卡12。速度控制板卡11的光纖模塊Rx端口通過光纖7連接至工控計算機21內部PCI模塊的Tx端口。該X端口還與開關量控制板卡11的光纖模塊Rx端相連，開關量控制板卡11的光纖模塊Tx端口與工控計算機內部PCI模塊卡的Rx端口相連。如圖3所示，四臺伺服驅動器的三相輸出U、V、W、PE分別與四臺永磁同步伺服電機的動力電源側連接。四臺伺服驅動器的X2功能端口分別通過9芯電纜線于速度控制板卡12的DB9接頭連接。其中，模擬輸入端口 ISAOO與速度控制板卡12的速度指令輸出端連接；模擬輸入端口 ISAOl與速度控制板卡12的力矩控制指令輸出端連接。另外，四臺伺服驅動器的伺服開啟信號、伺服報警信號及伺服清除報警信號分別與速度控制卡12的SRV_ON、ALM、SRV_CLR 相連。另外，四臺伺服驅動器的編碼器輸入端口通過電纜線分別與相應永磁同步伺服電機的編碼器輸出端連接。四臺伺服驅動器的抱閘控制端口分別于繼電器線圈兩端連接。四臺永磁同步伺服電機的抱閘輸入口與繼電器常開開關連接。本發明的多軸同步控制系統劃分為包括四組單軸全閉環同步子系統控制的滑塊驅動機構。其采用等效速度、加速度復合前饋控制器來實現對給定位置信號的快速準確跟蹤、采用二維模糊PID控制算法來提高四臺永磁同步伺服電機的同步精度。相應的控制方法均在工控計算機內部編程實現。如圖4所示，將第一伺服驅動器與第四伺服驅動器設置為速度輸出模式，在位置環PID模塊的作用下實現快速定位。將第二伺服驅動器與第三伺服驅動器設置為力矩輸出模式。第二伺服驅動器通過第二滾珠絲杠驅動第二永磁同步伺服電機力矩跟隨第一永磁同步伺服電機力矩，第三伺服驅動器通過第三滾珠絲杠驅動第三永磁同步伺服電機力矩跟隨 第四永磁同步伺服電機力矩。控制方法在工控計算機內部編程實現。如圖5所示，數控系統2包括工控計算機21與嵌入式觸摸屏22。工控計算機21內部包括運動控制模塊、PID模塊、模糊控制模塊、速度與力矩輸出控制模塊、PCI通訊模塊與力矩限幅控制模塊。運動控制模塊、PID模塊、模糊控制模塊實現運功軌跡規劃的控制。速度與力矩輸出控制模塊實現系統高速同步驅動結構與加壓折彎結構的切換控制。力矩限幅控制模塊實現力矩輸出的控制。速度控制板卡12實現四組伺服系統(30、40、50與60)與工控計算機21的信息交互。所有模塊在工控計算機內部使用C語言編程實現。如圖6所示，折彎流程按圖中所示進行操作，完成每個折彎節點加工。板材折彎角度主要是通過四組伺服系統(30、40、50與60)控制上模在下模凹槽中的位移來實現。在實際操作中，用戶完成所有參數的設置，針對特定工件輸入折彎數據，數控系統將工控計算折彎行程、角度與撓度補償量，生成折彎程序。折彎時，將待折彎板料置于全電動折彎機的下工作臺上，數控系統驅動全電動折彎機的后擋料裝置定位；此時，多軸同步控制系統為高速同步驅動階段；其中，第一伺服驅動器與第四伺服驅動器設置成速度控制模式；第二伺服驅動器與第三伺服驅動器設置成力矩控制模式，第二伺服驅動器驅動第二永磁同步伺服電機力矩跟隨第一永磁同步伺服電機力矩，第三伺服驅動器驅動第三永磁同步伺服電機力矩跟隨第四永磁同步伺服電機力矩；同時，力矩限幅控制模塊將四臺永磁同步伺服電機的輸出力矩調整為給定值，且力矩變化曲線為線性變化；
全電動折彎機的滑塊帶動其上模從上死點高速下行至速度轉換點，再以慢下速度下行至夾緊點；此時，多軸同步控制系統切換為加壓折彎驅動階段；所述四個伺服驅動器均設置成速度控制模式，力矩限幅控制模塊將四臺永磁同步伺服電機的輸出力矩線性調整為給定的加壓力矩，進而加壓折彎至行程終點并進行保壓；
保壓時間到后，自動進行卸壓，多軸同步控制系統切換為高速同步驅動階段并控制全電動折彎機的滑塊高速向上回程，取走成形板料，加工完畢。目前，我國已在各噸位液壓式折彎機的研發上有所建樹，但在更高層次的數控系統上依然全面落后于國外廠商，缺乏能夠實用化并投放市場的折彎機數控系統。在日前歐美與日本等發達國家在重大裝備關鍵技術上對我國實行壁壘與封鎖政策的情況下，為打破國外在該技術的壟斷地位，保證國民經濟增長與可持續發展，迫切需要開發具有我國自主知識產權的先進制造技術。本發明全電動折彎機作為先進鈑金加工設備的代表，對其進行研究與開發具有很高的技術意義與社會經濟意義。 上述實施例僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍。即凡依本發明內容所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求
1.一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，其特征在于包括運動控制板卡、數控系統與若干組滑塊驅動機構；每組滑塊驅動機構包括伺服驅動器、永磁同步伺服電機、同步皮帶傳動機構、滾珠絲杠與光柵尺；所述永磁同步伺服電機通過同步皮帶傳動機構與滾珠絲杠連接，且滾珠絲杠的底端安裝于折彎機滑塊的頂端；所述光柵尺安裝在折彎機滑塊的背面且與滾珠絲杠在同一豎直軸線上；所述永磁同步伺服電機還與伺服驅動器相連，伺服驅動器及光柵尺分別通過運動控制板卡與數控系統相連。
2.根據權利要求I所述的用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，其特征在于所述伺服驅動器的三相輸出與所述伺服電機動力電源側連接；所述伺服驅動器的X2功能端口通過電纜線與運動控制板卡連接，所述伺服驅動器的編碼器輸入端口通過電纜線與永磁同步伺服電機的旋轉編碼器輸出端連接。
3.根據權利要求I所述的用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，其特征在于所述數控系統包括工控計算機與嵌入式觸摸屏；所述嵌入式觸摸屏與工控計算機連接；所述運動控制板卡包括開關量控制板卡與速度控制板卡；所述伺服驅動器及光柵尺與速度控制板卡連接，所述開關量控制板卡通過電纜線連接折彎機滑塊的正負行程限位開關；所述開關量控制板卡與速度控制板卡均通過光纖連接至工控計算機內部的PCI模塊。
4.根據權利要求I所述的用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，其特征在于所述同步皮帶傳動機構包括第一帶齒輪、同步皮帶與第二帶齒輪；第一帶齒輪安裝于永磁同步伺服電機的輸出軸上，第二帶齒輪安裝于滾珠絲杠的螺母上，第二帶齒輪通過同步皮帶與第一帶齒輪連接。
5.根據權利要求I所述的用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，其特征在于所述折彎機滑塊的長度大于3000mm。
6.根據權利要求1-5任一項所述的用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，其特征在于所述滑塊驅動機構的數量為四組，分別為第一滑塊驅動機構、第二滑塊驅動機構、第三滑塊驅動機構與第四滑塊驅動機構；第一滑塊驅動機構包括第一伺服驅動器、第一永磁同步伺服電機、第一同步皮帶傳動機構、第一滾珠絲杠與第一光柵尺；第二滑塊驅動機構包括第二伺服驅動器、第二永磁同步伺服電機、第二同步皮帶傳動機構、第二滾珠絲杠與第二光柵尺；第三滑塊驅動機構包括第三伺服驅動器、第三永磁同步伺服電機、第三同步皮帶傳動機構、第三滾珠絲杠與第三光柵尺；第四滑塊驅動機構包括第四伺服驅動器、第四永磁同步伺服電機、第四同步皮帶傳動機構、第四滾珠絲杠與第四光柵尺。
7.—種如權利要求6所述的用于全電動折彎機的多軸同步控制方法其特征在于工控計算機包括運動控制模塊、PID模塊、模糊控制模塊、速度與力矩輸出控制模塊、PCI通訊模塊與力矩限幅控制模塊；所述運動控制器模塊包含使能端控制、軌跡規劃處理與反饋位置處理；所述多軸同步控制方法包括高速同步驅動階段與加壓折彎驅動階段； 1)通過嵌入式觸摸屏對參數進行設置； 2)通過嵌入式觸摸屏針對特定工件輸入折彎數據，工控計算機將自動計算折彎行程、角度與撓度補償量，生成折彎程序； 3)折彎時，將待折彎板料置于全電動折彎機的下工作臺上，數控系統驅動全電動折彎機的后擋料裝置定位；此時，多軸同步控制系統為高速同步驅動階段；其中，第一伺服驅動器與第四伺服驅動器設置成速度控制模式；第二伺服驅動器與第三伺服驅動器設置成力矩控制模式，第二伺服驅動器驅動第二永磁同步伺服電機力矩跟隨第一永磁同步伺服電機力矩，第三伺服驅動器驅動第三永磁同步伺服電機力矩跟隨第四永磁同步伺服電機力矩；同時，力矩限幅控制模塊將四臺永磁同步伺服電機的輸出力矩調整為給定值，且力矩變化曲線為線性變化； 4)全電動折彎機的滑塊帶動其上模以10 100mm/S的速度下行至速度轉換點，再以I lOmm/s的速度下行至夾緊點；此時，多軸同步控制系統切換為加壓折彎驅動階段；所述四個伺服驅動器均設置成速度控制模式，力矩限幅控制模塊將四臺永磁同步伺服電機的輸出力矩線性調整為給定的加壓力矩，進而加壓折彎至行程終點并進行保壓； 5)保壓時間到后，力矩限幅控制模塊通過減少力矩輸出值控制四臺伺服驅動器同時自動進行卸壓，多軸同步控制系統切換為高速同步驅動階段并控制全電動折彎機的滑塊高速向上回程，取走成形板料，加工完畢。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其特征在于所述高速同步驅動階段包括如下步驟 (1)運動控制模塊依據用戶指令規劃出各軸運動軌跡，并將其轉換成位置指令下發至PID模塊，PID模塊根據自身比例、積分與微分參數對輸入指令處理后第一輸出速度指令值； (2)速度指令經PCI通訊模塊直接發至速度控制板卡，速度控制板卡將其轉換成模擬電壓經電纜線傳輸至第一伺服驅動器與第四伺服驅動器，第一伺服驅動器驅動第一永磁同步伺服電機，第四伺服驅動器驅動第四永磁同步伺服電機按照給定速度運轉，并分別通過第一滾珠絲杠與第四滾珠絲杠的帶動滑塊作上下直線運動； (3)第一光柵尺、第二光柵尺、第三光柵尺與第四光柵尺分別實時檢測折彎機滑塊機械位置，轉換成電平信號傳輸至速度控制板卡，速度控制板卡將電信號轉換成第一數字量后經PCI通訊模塊反饋至PID模塊；PID模塊將第一數字量與第一輸出速度指令值作比較得到位置偏差，該位置偏差經由比例、積分調節后產生新的速度指令，并通過步驟(2)控制第一永磁同步伺服電機與第四永磁同步伺服電機轉速； (4)將速度與力矩輸出控制模塊設置為力矩輸出模式，速度控制板卡采集第一永磁同步伺服電機與第四永磁同步伺服電機實時輸出的力矩信號，經PCI通訊模塊傳輸至速度與力矩輸出控制模塊45PCI通訊模塊對力矩信號作平滑與濾波處理后，再由PCI通訊模塊下發至速度控制板卡，經電纜線分別送至第二伺服驅動器與第三伺服驅動器，第二伺服驅動器通過第二滾珠絲杠驅動第二永磁同步伺服電機力矩跟隨第一永磁同步伺服電機力矩，第三伺服驅動器通過第三滾珠絲杠驅動第三永磁同步伺服電機力矩跟隨第四永磁同步伺服電機力矩； (5)模糊控制模塊將其中一臺永磁同步伺服電機的速度反饋同另外三臺永磁同步伺服電機的速度反饋分別作差，然后根據各永磁同步伺服電機轉動慣量比值確定速度補償量；并使用位置補償量及其變化率作為參考，在線調整各軸PID控制器的參數； (6)運功控制模塊通過其切換控制端口輸出邏輯低電平對速度與力矩輸出控制模塊與模糊控制模塊工作模式進行切換，實現高速同步驅動階段切換至加壓折彎驅動階段。
9.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于所述加壓折彎驅動階段包括如下步驟(1)運動控制模塊依據用戶指令規劃出各軸運動軌跡，并將其轉換成位置指令下發至PID模塊，PID模塊根據自身比例、積分與微分參數對輸入指令處理后第二輸出速度指令值； (2)速度指令經PCI通訊模塊直接發至速度控制板卡，速度控制板卡將其轉換成模擬電壓經電纜線傳輸至第一伺服驅動器與第四伺服驅動器；第一伺服驅動器驅動第一永磁同步伺服電機、第四伺服驅動器驅動第四永磁同步伺服電機按照給定速度運轉，并分別通過第一滾珠絲杠與第四滾珠絲杠的帶動滑塊作上下直線運動； (3)第一光柵尺、第二光柵尺、第三光柵尺與第四光柵尺分別實時檢測全自動折彎機的滑塊機械位置，轉換成電平信號傳輸至速度控制板卡；速度控制板卡將電信號轉換成第二數字量，再經PCI通訊模塊反饋至PID模塊，PID模塊對第二數字量進行調節，PID模塊將第二數字量與第二輸出速度指令值作比較得到位置偏差，該位置偏差經由比例、積分調節后產生新的速度指令，并通過步驟(2)控制第一永磁同步伺服電機與第四永磁同步伺服電機轉速； (4)將速度與力矩輸出控制模塊設置在速度輸出模式，第二伺服驅動器與第三伺服驅動器的輸出速度指令中轉到速度與力矩輸出控制模塊，第二伺服驅動器驅動第二永磁同步伺服電機、第三伺服驅動器驅動第三永磁同步伺服電機按照給定速度運轉，并分別通過第二滾珠絲杠與第三滾珠絲杠的帶動滑塊作上下直線運動； (5)模糊控制模塊固定輸出預置的PID模塊的參數； (6)運功控制模塊通過其切換控制端口輸出邏輯高電平對速度與力矩輸出控制模塊與模糊控制模塊工作模式進行切換，實現加壓折彎驅動階段切換至高速同步驅動階段。
10.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于所述嵌入式觸摸屏采集用戶輸入的折彎相關參數信息，其采集的參數信息包括目標折彎角度、折彎速度、模具信息、工件材料參數、滑塊撓度變形補償及平行度；在用戶設定參數后，滑塊撓度變形補償與平行度通過運動控制模塊來實現對第一滾珠絲杠、第二滾珠絲杠、第三滾珠絲杠與第四滾珠絲杠位置的控制；所述伺服同步控制系統還可以由用戶在嵌入式觸摸屏上輸入壓力參數實現滑塊折彎壓力的動態設置； 所述多軸同步控制系統還包括正負行程限位開關，開關量控制板卡實時監測滑塊正負兩個行程限位開關狀態；滑塊觸碰正負行程限位開關時，開關量控制板卡通過PCI通訊模塊向運動控制模塊發送觸發信號，運動控制模塊停止第一永磁同步伺服電機、第二永磁同步伺服電機、第三永磁同步伺服電機、第四永磁同步伺服電機的運動。
全文摘要
本發明公開了一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統及控制方法，包括運動控制板卡、數控系統與若干組滑塊驅動機構；每組滑塊驅動機構包括伺服驅動器、永磁同步伺服電機、同步皮帶傳動機構、滾珠絲杠與光柵尺；永磁同步伺服電機通過同步皮帶傳動機構與滾珠絲杠連接，且滾珠絲杠的底端安裝于折彎機滑塊的頂端；光柵尺安裝在折彎機滑塊的背面且與滾珠絲杠在同一豎直軸線上；永磁同步伺服電機還與伺服驅動器相連，伺服驅動器及光柵尺分別通過運動控制板卡與數控系統相連。采用該系統能夠顯著提高多臺永磁同步伺服電機運行的同步性能以及折彎定位精度。
文檔編號G05B19/19GK102866665SQ201210368869
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者史步海, 伍祁林, 蘇炳恩, 方志雄, 戴敏 申請人:華南理工大學