一种伺服控制方法、装置、终端以及存储介质

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种伺服控制方法、装置、终端以及存储介质。

背景技术

传统的机械式压力机由交流电机带动大齿轮和飞轮高速旋转，通过离合器带动曲柄-连杆-滑块机构做往复运动，运动过程中由飞轮存储能量，在滑块与工件接触时爆发存储的能量，产生大的压力，引起工件变形，其具有结构简单、应用广泛、生产率高等优点。但是由于飞轮转动惯量大，电机难以实现速度调整，因而电机转速近乎不变，滑块变速很难实现。因此传统压力机工艺性差，在零件形状和表面性能有具体要求的情况下难以实现工艺的定制需求。随着目前制造业向智能化和柔性化方向发展，传统机械式压力机将难以适应未来加工业发展需求。

为了解决传统机械式压力机带来的问题，出现了以伺服电机直接驱动的压力机，即伺服压力机。相比于传统的机械式压力机，伺服压力机以结构简单、加工效率高、滑块的位置、速度及压力具有可控性等优势正逐渐取代传统机械式压力机的地位，并极大地加强了压力机的加工能力。虽然相对于传统机械式压力机，伺服压力机具有诸多优势，但是伺服压力机中的技术壁垒一直是制约着其在我国推广的关键问题。其中，如何实现对伺服压力机的伺服控制是其中的重中之重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，如何实现对伺服压力机的伺服控制。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种伺服控制方法，所述方法包括：

获取伺服压力机的工艺曲线；

基于所述工艺曲线计算所述伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线；

基于所述运动特征曲线控制所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述获取伺服压力机的工艺曲线，包括：

获取工艺曲线特征参数，其中，所述工艺曲线特征参数至少包括：最大速度、最大加速度、加加速度和目标位置；

基于所述工艺曲线特征参数确定所述伺服压力机的工艺曲线。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述基于所述工艺曲线计算所述伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线，包括：

基于所述工艺曲线计算运动特征曲线参数，其中，所述运动特征曲线参数至少包括：加加速时间段、匀加速时间段、减加速时间段和匀速段；

基于所述运动特征曲线参数确定所述伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述基于所述运动特征曲线控制所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作，包括：

基于以下公式构建伺服电机的运动控制模型：

其中，

基于所述运动控制模型构建所述伺服压力机的全闭环系统控制模型；

基于所述全闭环系统控制模型和所述运动特征曲线控制所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述全闭环系统控制模型中使用PID控制器，所述PID控制器的控制参数包括比例系数、积分系数和微分系数，所述控制参数是根据预设的控制参数规则表自适应调整的，其中，所述规则表的输入为偏差和偏差变化率，所述规则表的输出为比例系数变化值、积分系数变化值和微分系数变化值，不同的偏差和偏差变化率在所述规则表中均存在对应的比例系数变化值、积分系数变化值和微分系数变化值。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，在所述规则中，当偏差较大时，对应的比例系数变化值较大、积分系数变化值较小、微分系数变化值较小；

当偏差中等时，对应的比例系数变化值较小、积分系数变化值较大、微分系数变化值较大；

当偏差较小时，对应的积分系数变化值较大。

作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述工艺曲线包括：板材冲裁曲线、板料拉深曲线、薄板成形曲线、级进冲裁曲线和用户自定义曲线中的至少一种。

本发明第二方面公开了一种伺服控制装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取伺服压力机的工艺曲线；

计算模块，用于基于所述工艺曲线计算所述伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线；

控制模块，用于基于所述运动特征曲线控制所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作。

本发明第三方面公开了一种伺服控制终端，所述终端包括：

存储有可执行程序代码的存储器；

与所述存储器耦合的处理器；

所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明第一方面公开的伺服控制方法中的部分或全部步骤。

本发明第四方面公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明第一方面公开的伺服控制方法中的部分或全部步骤。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例中，首先获取伺服压力机的工艺曲线，然后基于工艺曲线计算伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线，最后基于运动特征曲线控制伺服电机运动，以驱动伺服压力机在工艺曲线的模式下工作，从而能够通过工艺曲线和运动特征曲线实现对伺服压力机的伺服控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种伺服控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中的板材冲裁曲线的示意图；

图3是本发明实施例中的板料拉深曲线示意图；

图4是本发明实施例中的薄板成形曲线示意图；

图5是本发明实施例中的级进冲裁曲线示意图；

图6是本发明实施例中运动特征曲线的一个示意图；

图7是本发明实施例中永磁同步电机三相变两相的解析模型图；

图8是本发明实施例中整个伺服压力机系统闭环回路模型图；

图9是示出了本发明实施例中比例系数

图10是示出了本发明实施例中积分系数

图11是示出了本发明实施例中微分系数

图12是本发明实施例公开的一种伺服控制装置的结构示意图；

图13是本发明实施例公开的一种伺服控制终端的结构示意图；

图14是本发明实施例公开的一种计算机存储介质的结构示意图。

实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或端没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或端固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明公开了一种伺服控制方法、装置、终端以及存储介质，首先获取伺服压力机的工艺曲线，然后基于工艺曲线计算伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线，最后基于运动特征曲线控制伺服电机运动，以驱动伺服压力机在工艺曲线的模式下工作，从而能够通过工艺曲线和运动特征曲线实现对伺服压力机的伺服控制。以下分别进行详细说明。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种伺服控制方法的流程示意图。如图1所示，该伺服控制方法可以包括以下操作：

101、获取伺服压力机的工艺曲线；

102、基于所述工艺曲线计算所述伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线；

103、基于所述运动特征曲线控制所述伺服压力机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作。

与传统的机械式压力机相比，伺服压力机滑块运行的工艺曲线可任意编程，其运行过程可根据工艺过程的需求精确地进行调整，从而为各种工艺的优化提供了可能。因此，要使伺服压力机的工艺加工过程达到良好的效果，根据实际的工艺需求设计出合适的工艺曲线是控制伺服压力机的重要一环。

本发明实施例中，可以预设多种工艺曲线供用户选择，也可以由用户自定义工艺曲线。根据实际的工艺需求，本发明提出了以下几种特色的具有更好的工艺过程的工艺曲线：板材冲裁曲线、板料拉深曲线、薄板成形曲线、级进冲裁曲线。以下分别对上述预设的工艺曲线进行说明：

图2是本发明实施例中的板材冲裁曲线的示意图。

如图2所示，在板材冲裁工艺中，冲模的凸模在冲破板材的瞬间，载荷的突然减小和滑块运动方向的转变会导致伺服压力机在这一小段时间内产生较大的噪音和振动。因此，在板材冲裁曲线中，当凸模压入板料一定深度（开始产生剪切裂纹）时，使滑块短时停顿（曲线bc段），接着进入板料剪切到切断动作的转换阶段（曲线cd段），在冲穿板料后又设置一小段滑块停顿的时间（曲线de段），最后控制滑块回程。这样即能够减少伺服压力机在凸模冲破板材的瞬间产生的噪音和振动。

图3是本发明实施例中的板料拉深曲线示意图。

如图3所示，在板料拉深工艺中，拉深时要求的拉深速度比冲裁要小，拉深工作完成后，拉深凸模的脱出速度也不能太高。因此，在板料拉深曲线中，凸模在拉深阶段（曲线bc段）和凸模脱模回程阶段（曲线cd 段），滑块的运动速度都较小，而在非拉深工作阶段（曲线ab段和曲线de段），滑块的运动速度则较高。

图4是本发明实施例中的薄板成形曲线示意图。

如图4所示，薄板成形冲压工艺性质较为复杂，既有拉深工艺的成分，又含有板料胀形的成分，还有可能含有弯曲、切舌等冲压工艺性质，因此，冲压时滑块的运动速度不宜太快。在滑块到达下止点、冲压行程结束时（曲线cd 段）停留一段时间，能够对冲压件起到保护作用，有利于减小冲压件的回弹变形。

图5是本发明实施例中的级进冲裁曲线示意图。

如图5所示，级进冲裁是生产平板状钣金结构件时常用的一种冲压工艺。冲压时滑块的工作行程要求不大，但冲压成形与板料的送进之间有严格的时序关系，二者应相互协调，否则将造成模具损坏或冲压事故。因此，在级进冲裁曲线中，滑块回到上止点后将停留近半个周期的时间（曲线ef 段），以便自动送料装置将板料送入工作区。

当预设的工艺曲线未能满足实际的工艺需求时，用户还可以采用自定义工艺曲线的方式。如，上传用户自定义的工艺曲线的数据，用户通过伺服压力机提供的曲线编辑工具进行自定义编辑（如，用户设置曲线的关键参数、用户在图形界面绘制工艺曲线等）

通过预设多种特色的工艺曲线供用户选择，以及供用户自定义工艺曲线，从而使得伺服压力机能够更好地满足各种工艺需求，使得伺服压力机具有更好的工艺表现，提高伺服压力机的性能。

在上述步骤102中，工艺曲线一般描述的是滑块的行程跟随时间的变化而变化的情况，这是伺服压力机控制的最终结果。滑块一般是由伺服电机驱动的，因此，在整个控制过程中，通过控制伺服电机的运动过程从而达到最终对滑块的控制结果。因此，需要将工艺曲线转化为伺服电机的控制曲线（即运动特征曲线），然后基于伺服电机的控制曲线计算对伺服电机输出的电气控制信号，继而按照计算结果向伺服电机输送相应的电气控制信号，从而达到对滑块行程的控制，达到控制工艺过程的效果。

在自动控制理论中，通常要求控制对像的轨迹能够多阶连续（即滑块的行程轨迹要连续、光滑），控制对象的轨迹越连续光滑，即表明控制过程的性能越好。为达到对滑块行程的稳定控制，实现对工艺曲线的良好跟踪，本发明实施例提出了一种控制过程中动态地进行加减速的算法，从而能够达到良好的控制效果。

图6是本发明实施例中运动特征曲线的一个示意图。

具体地，对于滑块位移量的控制，控制的输入不仅可以包括滑块的目标位置，还可以包括滑块移动的最大速度、最大加速度、加加速度。通过对上述控制输入进行解算，即可以得出伺服电机的运动特征曲线。其中，运动特征曲线可以包括伺服电机的速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线。如图6所示，控制的输入：目标位置为1500，最大速度为60，最大加速度为6，加加速度为1。解算出来后的加加速时间段、匀加速时间段、减加速时间段和匀速段依次为6、10、16、25。通过上述四种运动特征曲线参数即可以确定出运动特征曲线。在图6中，0-6的时间为加加速时间，6-10的时间为匀加速时间，10-16的时间为减加速时间，16-25的时间为匀速时间。这样体现至滑块的位置控制上，即是滑块先快速达到最大速度60，然后在最大速度下维持运行一段时间，最后再快速降低至零速度，这样即能够实现对滑块的稳定快速的控制，达到优良的控制效果。一般的滑块位移量的控制，其控制输入只包括滑块的目标位置，通常并不包括滑块移动的最大速度、最大加速度、加加速度等参数，也即其通常不会实现对控制过程的调节，其通常只是按照固定的移动速度移动至目标位置，这种控制方式并不是多阶连续，故其控制过程的稳定性和响应速度的表现均不好。相对于一般的滑块位移量的控制过程，本发明实施例所提出的控制过程更加平滑、稳定。本发明实施例所提出的控制过程中动态地进行加减速的算法，能够实现对滑块位置的多阶连续的控制，从而能够达到更加良好的控制效果。

在上述控制过程的基础之上，要实现对工艺曲线的跟踪，可以将工艺曲线解构为上述控制输入的参数（即工艺曲线特征参数），也即可以通过工艺曲线特征参数来描述工艺曲线。最终在实现工艺曲线的控制时，其控制过程能够多阶连续，具有更好的连续性和稳定性。如，在工艺曲线中，第一段曲线是在2S内滑块到达位置100，即可以按照该控制目标设定第一段曲线的工艺曲线特征参数（最大速度、最大加速度、加加速度和目标位置），使其按照上述的控制过程也能够达到使滑块在2S内到达位置100的控制效果，这样即实现了对工艺曲线的追踪。

在一个可选的实施例中，所述基于所述运动特征曲线控制所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作，包括：

基于以下公式构建伺服电机的运动控制模型；

其中，

基于所述运动控制模型构建所述伺服压力机的全闭环系统控制模型；

基于所述全闭环系统控制模型和所述运动特征曲线控制所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作。

在该可选的实施例中，在得到伺服电机的运动特征曲线之后，即可以据此对伺服电机进行控制以驱动伺服压力机工作在对应的模式中。具体地，可以先构建出伺服压力机的控制模式，然后基于伺服压力机的控制模型对运动特征曲线进行解算，得到相应的控制输入，在该控制输入下，伺服电机即可以按照运动特征曲线运动以驱动伺服压力机工作在对应的模式中。

本发明实施例中的伺服电机可以是交流永磁同步电机。为构建交流永磁同步电机的运动控制模型，做出以下假设：铁心饱和效应不计；涡流和磁滞损耗不计；转子上阻尼绕组不计；永磁体阻尼不计；内部磁场呈正弦分布。为了构建运动控制模型，还需要将三相变为两相，图7为永磁同步电机三相变两相的解析模型图。图7中

式中，P 为微分算子，

式中，

将三相变为两相，采用d-q 轴模型，如图7所示，d 轴方向与永磁体基波磁场轴线方向相同，有变换矩阵如下：

由式(4.4)的变换矩阵，对式(4.1)进行变换，有：

式中，

电磁转矩可以用与电枢绕组相交链的永磁体磁链和电枢绕组乘积的和来表示，此时可得电磁转矩

至此，交流永磁伺服电机本体的数学模型构建完毕。对于交流永磁伺服电机的矢量控制方法主要有：

伺服电机系统构成的闭环回路在整个运动系统之中只可以构成一个半闭环回路，显然无法满足滑块的位置精度要求。为了保证滑块位置精度，还需要进一步构建基于滑块位置实时反馈的全闭环伺服压力机运动控制系统。

永磁交流伺服电机的伺服控制模型构建完毕后，这一部分的数学模型对应于的物理实体是伺服驱动器加交流永磁同步电机实体。若是直接将此系统串联进入整个伺服压力机系统而不加其它控制回路，则整个系统只能称之为半闭环回路系统。为了保证滑块位置精度，需要反馈滑块位置并构建相应回路系统。

图8是本发明实施例中整个伺服压力机系统闭环回路模型图。

从图8中可以看出，要构建完整的数学模型至少还需要构建机械传动系统、曲柄-连杆-滑块、滑块位置回路控制器等三个模块的数学模型。将上述三个模块的数学模型与永磁交流伺服电机的伺服控制模型结合即可以得到整个伺服压力机系统闭环回路模型。

在滑块位置回路控制器数学模型中，可以对滑块位置回路控制调试回路采用PID控制器，即比例-积分-微分控制器。由于传统PID 控制器中比例、积分与微分的系数恒定不变，在具有较大滞后、非线性、时变性的复杂系统中，传统PID 控制器效果并不理想。因此，本发明实施例将采用一种控制参数可以自适应调整的PID控制器作为滑块位置回路控制调制器，以下对此方法进行说明。

一般来说不同偏差e和偏差变化率

（1）当偏差e 较大时，期望比例系数

（2）当偏差e中等大小时，期望比例系数

（3）当偏差e较小时，期望积分系数

图9是示出了本发明实施例中比例系数

图10是示出了本发明实施例中积分系数

图11是示出了本发明实施例中微分系数

如图9、10、11所示，本发明实施例将偏差e和偏差变化率

在一个可选的实施例中，所述基于所述运动特征曲线控制所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作，包括：

基于所述速度曲线控制伺服驱动器以速度模式驱动所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作。

伺服电机的控制模式通常包括三种模式：转矩控制模式、速度控制模式、位置控制模式。本发明实施例中，着重于速度控制模式进行控制能够更好地兼顾动态响应速度和最终响应的准确度。

可见，实施图1所描述的伺服控制方法，首先获取伺服压力机的工艺曲线，然后基于工艺曲线计算伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线，最后基于运动特征曲线控制伺服电机运动，以驱动伺服压力机在工艺曲线的模式下工作，从而能够通过工艺曲线和运动特征曲线实现对伺服压力机的伺服控制。

实施例二

请参阅图12，图12是本发明实施例公开的一种伺服控制装置的结构示意图。如图12所示，该伺服控制装置可以包括：

获取模块1201，用于获取伺服压力机的工艺曲线；

计算模块1202，用于基于所述工艺曲线计算所述伺服压力机的伺服电机的运动特征曲线；

控制模块1203，用于基于所述运动特征曲线控制所述伺服电机运动，以驱动所述伺服压力机在所述工艺曲线的模式下工作。

对于上述伺服控制装置的具体描述可以参照上述伺服控制方法的具体描述，在此不再一一赘述。

实施例三

请参阅图13，图13是本发明实施例公开的一种伺服控制终端的结构示意图。如图13所示，该伺服控制终端可以包括：

存储有可执行程序代码的存储器1301；

与存储器1301耦合的处理器1302；

处理器1302调用存储器1301中存储的可执行程序代码，执行本发明实施例一公开的伺服控制方法中的步骤。

实施例四

本发明实施例公开了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机指令，该计算机指令被调用时，用于执行本发明实施例一公开的伺服控制方法中的步骤。

以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、可编程只读存储器（Programmable Read-only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM）、一次可编程只读存储器（One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、只读光盘（CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

最后应说明的是：本发明实施例公开的一种伺服控制方法、装置、终端以及存储介质所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。