基于simulink的柔性冲压装置同步控制系统仿真分析

基于simulink的柔性冲压装置同步控制系统仿真分析

中国的先进压力车间拥有高度自动的压力线。计算机模拟模拟已成为冲浪设计、模具设计和工艺设计的必要手段，并在中国得到广泛应用。1执行元件的同步控制主从控制主要应用在需要实现同步控制的多个执行元件，主要是在执行元件中选取一个作为理想输出，再将输出结果反馈给其他执行元件，其他执行元件通过某种设定的控制方法跟踪理想输出信号进行实时调节，以达到同步控制的目的同步柔性冲压装置的同步控制系统自身存在诸多问题，针对三液压缸自身的差异性及工作时的不确定性，同时又要满足同步伸缩需求的特点，因此以其中1个液压缸的位移理想输出作为控制信号，其他2个液压缸的位移根据控制信号进行调节，进而实现三液压缸的同步控制。其控制框图如图1所示。2三气液渠同步生产线设计2.1压力稳定节能技术蓄能器保压回路又为能量回收回路，它的作用是能够在油泵输出流量恒定的情况下，将系统某时间段内过多的压力暂时储存于蓄能器中，减小溢流阀将过多的压力卸除，在系统需要较大压力时能够使系统快速补充压力，保证系统压力稳定在某个区间内，不但能够降低液压泵的输出功率，而且可以有效达到节能的目的2.2柔性冲洗装置联合仿真平台对柔性冲压装置的同步系统进行物理实验很难精确反应出系统的动态特性，试验装置花费所需甚多，为了便于分析同步控制性能，借助于仿真度较高的Simulink和AMESim软件对其进行联合仿真分析，将柔性冲压装置冲压时所需的力等效为带有相同摩擦力的质量块作用到同步液压缸上，则柔性冲压装置的液压同步控制系统仿真平台如图3所示。3三轴同步度模拟分析3.1模糊控制系统仿真模型通过Simulink软件按照上文提到的主从同步控制结构结合模糊控制系统搭建仿真模型，如图5所示。将图4中的液压系统以协同仿真模块AME2SCOSIM模块导入Simulink中，利用其与AMESim的各自求解器进行联合仿真。3.2浇注机负载模拟为测试同步系统的性能，在仿真中液压缸的主要参数为：液压缸内径60mm,行程100mm,负载均为500kg,同时为更好地模拟浇注机工作过程中的外力干扰，在负载中加入相应的最大静摩擦力及动摩擦系数；以幅值为0.3的正弦信号为输入信号，测试同步控制系统性能。3.3液压缸动态特性仿真结果搭建AMESim与MATLAB联合仿真平台对模糊控制系统进行模拟试验。在以频率为0.15Hz,幅度为0.3,相位为-π/2rad的正弦信号作为系统期望位移信号的情况下，仿真时间为20s,采样时间为0.01s,在相同负载下三液压缸的位移曲线仿真结果如图4所示，3条位移曲线高度重合，模糊PID控制算法下的三液压缸间的同步误差在0.013mm以下，同步精度提高90%,即每个液压缸的冲压精度大幅度提高。结合图3的液压原理图分析，在液压泵出口端使用19功率传感器，并时刻对功率进行积分，所得总能耗仿真计算结果如图5所示。采用蓄能器保压回路，前5s内蓄能器释放压力，液压泵对外输出功率较小，5～10s时间由于对系统和对蓄能器有做功，总能耗相对增加，但与常规液压同步回路系统比较，运行2个工作周期，即工作20s总能耗降低20%,总体能够实现节能的目的。4对设备的实验进行确认4.1边冲槽深度测量采用模糊PID控制系统的装置连续冲压30个M8和M16规格螺母，用三坐标测量仪按照冲压顺序测量三边冲槽深度，并计算三边冲槽深度与标准冲槽深度的差值。建立以三边冲槽深度为试验变量，冲槽深度差值为目标函数的期望模型，通过对期望模型的分析，得到新型控制系统对产品质量的影响程度，实验装置如图6所示。4.2pid控制系统冲压装置稳定性分析记录下30组实验数据，如表1所示。30个M8规格螺母均合格，M16规格螺母合格率接近98%,均满足产品生产要求，同时从表中可以看出，模糊PID控制系统对冲压装置整体稳定性的影响较为显著。M8规格螺母最大偏差为0.006mm,M16规格螺母最大偏差为0.012mm,均小于仿真结果的0.013mm。随着冲压螺母规格的增大，冲压力和冲槽深度也随之增大，规格较大的螺母相较于规格较小的螺母更易产生不合格品，稳定性也没有冲压小规格螺母的好。根据正态分布期望图可知，M8规格螺母冲槽深度均值为0.00139mm,标准差5实验结果与分析(1)针对此种特殊的冲压件，设计了一种带补偿因子的双重模糊PID主从同步液压控制系统，确保了冲压件的精度要求，进一步提高了产品的合格率。(2)通过实验验证，采用此种液压控制系统能够提升气液缸连续冲压的稳定性以及对