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学习 控制 节制 使用 反复 混合 驱动 伺服 压力机 实验 试验 研究 钻研

资源描述：

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内容简介：

使用迭代学习控制的混合动力伺服压力机的实验研究 程浩丽，裴璐璐 清华大学电力机械工程系，新竹 30013，台湾 2007 年 4 月 16 日收到 ; 2007 年 8 月 8 日修订 ; 于 2007 年 8 月 16 日接受 可在线 2007 年 8 月 23 日 摘要 伺服压力机提供了灵活的冲压运动，满足不同的生产需求。为了实现这一优点，即使在不同的运动轨迹或者载荷的情况下控制系统也必须保证冲压运动的精确度。在此背景下，目前提出了一种为混合驱动伺服压力机提供迭代学习控制（ 划。一个比例微分（ 入包含采用闭环反馈控制器 制器。为了理顺和提高误差收敛速度灵敏度雅可比被引入控制演算法作为比例增益。在伺服压力机的原型的基础上提出迭代学习控制的控制器然后设计与验证。杯状绘制实验的验证也已经进行了。实验结果表明，该迭代学习控制地方案有效地使打孔位置的误差范围的根均 方集中在五次迭代至小于 度也得到了改进至小于 50是相当于未经迭代学习控制原标准的 35% 关键字：伺服压力机、混合驱动、迭代学习控制 伺服压力机提供了灵活的冲压运动，从而可以为生产的需要提供设定的最佳冲压动作。例如，成型的结果可通过选择最合适的冲压速度和停顿时间得以改善，如裂纹、皱纹和弹簧的变形等缺陷都可以改良甚至是避免。 刀具的使用寿命也可以通过减缓冲压速度以减少冲击所带来的影响而得到延长，以及冲压噪声的降低。对于伺服压力机，冲压过程的冲程是可调的，这变相的提过了生 产效率。意味着用户可以降冲程设置成一个非常短的时间以便减少不必要的时间和精力。 综上所述，高的生产效率，优秀的成形性，低噪音，耐久的使用寿命以及节能都可以在伺服压力机的冲压加工中得以实现。 如今，市场上大多数的伺服压力机都是使用伺服电机直接进行驱动， 并且他们不使用飞轮的能量积累 ，这意味着伺服电机将要提供冲压所需要的所有力和能量，有时候这种方式会对伺服压力机的吨位以及能量的输出造成限制，要解决这个问题就是选用更高功率的伺服电机，但是这会带来更高的预算所以是不可行的。 出于这个原因，采用新型理念对混合驱动的伺服压 力机进行研究，其中利用两个自由度使其具有两个输入机制。飞轮可以用在这样一个能源存储，从而可以减少伺服电动机的电力需求。关于混合驱动的伺服压力机的在第二部分有比较详细的介绍。 在伺服压力机冲压、不同载荷总是会显著影响穿孔机运动 ;这将导致错误的位置和速度。因此 ,控制系统的伺服压机起着重要的作用。在此前的一项研究中通过本文的作者 人将一个完整的冲压中风分为离散段和成功地使用点对点的反馈控制来实现不同的穿孔混合驱动伺服压力机动作。由于冲压负荷的跟踪误差与预补偿器获得修正。郭等人研究了由伺服电机变速驱动曲柄的轨 迹规划和优化 ,以及不同冲头动作实现混合驱动伺服压力机的使用反馈控制。然而 ,基于这些控制方案，每个冲头行程的跟踪性能是独立的。因此一个冲头将不能保证任何二个冲头在精确度性能上的一致。此外 ,对于这样的混合驱动伺服压力机，因为打孔位置是由两个输入确定的，机器的精度不仅依赖于机械元件的质量而且也受控制变量下的误差的影响。因此，这两个输入数据必须进行审慎的管制。此外 ,瞬时大型冲压力量必然会导致冲头运动的误差 ,这是无法避免的但是是可以通过反馈进行修正的。为了克服这些问题 ,作者打算应用闭环反馈控制器来驱动混合驱动伺服压力 机。 迭代学习控制 的基本思想是使用信息从前面执行的审判是为了提高性能试验试验。中山教授首先介绍了迭代学习的概念生成最优输入系统。的目的是为了提高机器人运动的性能。然后 由 人开发的理念 而 创造术语 “ 迭代学习控制 ( 迭代学习控制 是一种可能的方法处理重复性的动作的控制问题。在迭代学习控制中 ,下一个输入命令计算学习控制器是基于前面的输出的误差信号。因此 ,迭代学习控制 闭环迭代数的方向 ,也就是说 ,在重复域。这是因为更新执行接下来的重复使用先前的反馈测量重复。因此 ,迭代学习控制 的很大的优势是 ,当一个系 统的详细模型不可用机器 ,执行机构动力学 ,和摩擦 ,迭代学习控制 仍然可以工作。许多 迭代学习控制 应用程序与机械臂相关联。有关这一点 ,代学习控制 方案来处理一个二自由度机器人机械手。他介绍了机械手的动态模型和执行机构 迭代学习控制 方案 ,仿真结果表明他的 迭代学习控制 算法能有效地照顾驱动器动力学和系统的摩擦。相信 迭代学习控制 将工作更好的 ,因为有了更多的可用信息系统动力学 ,和有很多潜在的使用提高 迭代学习控制 控制器的性能。 为应用程序的 迭代学习控制 冲压机床、人应用学习控制策略在直线电机驱动数控压力机。 获得的结果表明 ,使用学习控制可能穿孔位置保持在高精度尽管突然负载变化和长期的环境 。 在本文中， 迭代学习控制策略采用混合驱动伺服压力机的运动控制。在这样做的时候 ,一些困难是不可避免的。首先 ,生成所需的冲运动 ,必须满足两个输入指定之间的关系。保持与所需的相关调节输入正确的同步是一个有待克服的控制问题。因此 ,同步控制器嵌入式迭代学习控制闭环反馈控制的控制方案 ,这部分是为指挥执行跟踪任务的伺服压力机 ,而这已经是研究好的了。第二 ,预计伺服压 力机各种冲压操作 ,但冲头运动的精度应该保持尽管不同的轨迹和不同载荷。因此 ,应该能够适应多功能伺服压力机冲压操作。本文因此提出了一种迭代学习控制方案包括一个内部反馈回路跟踪控制 ,和一个外迭代学习控制循环以重复的方式纠正输入命令。因此 ,运动误差应该限定在一定范围内。 迭代学习控制虽然是一个简单的概念 ,但控制器的性能与迭代学习控制高度相关。一些研究中引用了迭代学习控制增益才得以发展 ,如最高降速、高斯牛顿 ,牛顿迭代方法。这些增益是常数或时变和评估全数学但无关任何知识的机器。如前所述 ,迭代学习控制将与更多信息系统动力 学表现更好 ,而这可以通过试图在控制系统中引入灵敏度分析。停的研究中 ,敏感性导数 ,敏感性导数的瑞利商 ,和敏感性指数是用来描述性能质量和尺寸公差之间的关系 ,并确定最容易受到尺寸公差。敏感性导数的不同方面被认为是在本文中 ,将使用它在迭代学习控制比例增益值更新法律为了应对混合驱动伺服压力机的非线性运动学机制。 迭代学习控制控制器已经建立和实验验证 30 合驱动伺服机原型。一个实际的绘图过程已经完成了。迭代学习控制提出的结果表明 ,该方案有效地降低冲头运动下的伺服压力机冲压操作误差。冲头运动的准确性和精度都得以增 强。 在这项研究中 ,我们正在考虑混合驱动伺服压力机的运动控制问题 ,它包含一个七杆联动机制见图 1。伺服压力机的机制有两个自由度 ,因此双输入需要驱动机制。链接 AB(长度 )和 FE(长度 )为输入链接 ,由交流电动机和伺服电动机分别驱动。链接 BC(长度 ),EC(长度 )和 CD(长度 )连接杆。连接到关节 D 中的滑块生产的冲床运动 ,也就是压力机的输出机制。 混合驱动伺服压力机机制如何运作的原则解释。首先 ,需要两个汽车生产冲头运动的输出。输入链接 流电动机提供一个 恒定的速度输入 ,它可以连接到一个飞轮减轻瞬间大量冲压的力量。输入链接 服电动机运行在两个方向的编程速度 ,允许更改或调整冲头的运动。此外 ,运动误差补偿也可以实现。链接时 历一场革命 ,完成冲头运动的冲程。因此 ,操作这一种伺服机 ,每分钟 (行程， 等于到链接 每分钟的转数 ( 运动学上 ,作者定义了输入变量作为输入链接 表明 5。输出被定义为轴心的打孔位置测量 ,由 可在 y2,y5,中 输入链接的取向为上述提到的，和 表每一个环节维度。请注意 ,只有一个可控变量 ,服电动机的输入 )。 是一个输入 ,但一个不可控制的变量 ,因为它代表一个飞轮 (连接到一个交流电动机 )不断地旋转。 这混合驱动概念的先进性由于运动的灵活性和能源效率所带来的利益。这种结构不能只提供免费冲头动作可编程的伺服电动机 ,但也可以保持使用飞轮能量积累。与市场常见的伺服压力机相比 ,对于那些完全由一个伺服电动机 ,混合驱动伺服机更适合处理多功能甚至沉重冲压任务。实际上 ,可以使用一个便宜的交流电动机为混合驱动伺服压力机的冲压提供多达 80%的能源。这将节省 大功率伺服电机的成本。 图 1. 混合动力驱动的伺服压力机的运动图 3 混合动力伺服压力机的运动控制 混合动力伺服压力机具有如前所述的好处。然而，运动控制问题比由具有单个自由度机构的伺服电动机直接驱动的运动控制问题变得复杂得多。困难包括： 只有一个是可控的，而另一个是连续旋转的。 光灯会失去速度，这也必然导致运动错误。 因此，两个输入之间的同步显着地影响了冲头运动的精度。机器精度不仅取决于机械误差（连接断开，联合间隙，制造公差）和组装，而且还受到控制系统的影响。在本文中，混合动力伺服压力机采用 制策略。本节讨论了控制方案和算法。 制方案 混合动力伺服压力机的运动控制方案如图 1 所示。该控制系统包括三个主控制器，即反馈控制器，同步控制器和 制器。有两个输入（ 动混合动力伺服压力机构产生冲头输出运动。请注意，唯一的控制变量是由伺服电机产生的 所提出的方案中设计了两层控制回路。反馈控制器是内部循环，其负责控制机器以通过单次行程跟踪所需的冲击运动。同时， 制器是通过行程改进和保持冲头运动精确冲程的外循环。同步控制器负责在规定的控制点发送用于调节 信号。 在反馈控制回路中，用于产生所需冲程运动的行程的伺服电机轨迹 被划分为n 个相等的段 3。换句话说，伺服电动机需要相对于相应的 现 n 个不同的位置。同步控制器继续发送信号，在规定的控制点启动反馈控制器。根据作者的经验，为了保证打孔的准确性运动，至少 72控制点（ 需要反馈回路，这应在 5运行速度内。较低的运行速度导致对控制点数量的更高要求。因此，反馈控制回路可以在 每 21 进行一次。 对于指定的控制点， 制器总是每次行程一次，以重复的方式提高运动精度。打孔位置误差 e 是 制器的输入。在这项工作中，采用 更新算法作为学 习规则，其中 F