阅读说明：本技术 一种基于pid控制的压力机平衡系统及平衡方法 (Pressure machine balance system and balance method based on PID control ) 是由 马中涛 姜长升 魏凤凯 陈启升 郭呈祥 刘学顺 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于PID控制的压力机平衡系统及平衡方法,属于压力机技术领域,包括压力机机架,压力机机架上设有可沿第一方向滑动的滑块,滑块连接有驱动滑块滑动的电机,压力机机架上还设有气缸,气缸与滑块连接,气缸上设有电控调压阀,电机的供电线路上设有电流测量组件,电流测量组件连接有控制器,控制器与电控调压阀连接；本发明利用了电机中电流波动偏差与压力机平衡之间的正相关性,依据测量电机中电流的波动偏差量,通过PID算法运算后,计算出对压力机的气缸的输出力的调节量,可以有效的保证滑块在下行时的平衡,避开了原先在气缸内部恶劣环境内部署传感器的情形,操作简单,成本低廉,有效的保障了平衡系统的稳定运行。(The invention discloses a press machine balance system and a press machine balance method based on PID control, belonging to the technical field of press machines, and comprising a press machine frame, wherein a slide block capable of sliding along a first direction is arranged on the press machine frame, the slide block is connected with a motor for driving the slide block to slide, an air cylinder is also arranged on the press machine frame, the air cylinder is connected with the slide block, an electric control pressure regulating valve is arranged on the air cylinder, a current measuring assembly is arranged on a power supply line of the motor, the current measuring assembly is connected with a controller, and the controller is connected with; the invention utilizes the positive correlation between the current fluctuation deviation in the motor and the balance of the press, calculates the adjustment quantity of the output force of the cylinder of the press after the PID algorithm operation according to the fluctuation deviation quantity of the current in the measured motor, can effectively ensure the balance of the slide block during the descending, avoids the original situation that a sensor is deployed in the severe environment in the cylinder, has simple operation and low cost, and effectively ensures the stable operation of a balance system.)

一种基于PID控制的压力机平衡系统及平衡方法

技术领域

本发明涉及压力机技术领域，具体涉及一种基于PID控制的压力机平衡系统及平衡方法。

背景技术

压力机(包括冲床、液压机)通常是指由电机经过传动机构带动工作机构，对工件施加工艺力的装置，压力机具有用途广泛，生产效率高等特点，压力机可广泛的应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。压力机通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。压力机工作时，通常是由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮(通常兼作飞轮)，经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构，使滑块和凸模直线下行。压力机在锻压工作完成后，滑块上行，离合器自动脱开，同时曲柄轴上的自动器接通，使滑块停止在上止点附近。

压力机的平衡系统通常包括气缸，气缸的活塞上设有活塞杆，活塞杆与滑块相连，气缸固定在机身上，气缸的气腔内通入压缩气体。滑块上行程时，压缩气体进入气缸的气腔；滑块下行程时，压缩气体从气缸的气腔排出。气缸中的压缩气体顶起活塞托住滑块，从而平横滑块和上模的重量，避免滑块下行程时超速。压力机的平衡系统的主要作用有以下三点：一、防止滑块下行程时，因自重下降速度过快，使传动系统中的零件(如齿轮)反向受力造成造成撞击和噪声；二、消除连杆与滑块之间的间隙，减小受力零件的冲击；三、防止由于制动器失灵、曲轴破坏或连杆折断，导致滑块坠落而引发事故；此外，平衡系统还有助于飞轮能量的迅速恢复。

现有的压力机的平衡系统主要是通过调节气缸的进气气压改变平衡力，从而平衡滑块及上模的重量。该平衡系统主要分为两种：1、理论值控制法：安装调试工人根据技术人员通过理论测算的数值对气缸的调压阀进行调整；该方法的缺点是，由于受计算偏差及气缸自身摩擦力的影响，按理论值进行调整时容易形成偏差，导致偏载；2、基于传感器的调节系统：在气缸内的机械结构部件上设置传感器，根据传感器反馈的数值，对调压阀做出响应，进而实现气缸的平衡，该方法的缺点是：受气缸内部压力环境以及传感器敏感性和操作控制可靠性的影响，容易形成偏差，导致偏载；传感器价格高，维护复杂，且传感器属于易损件，适用性差，增加了生产成本。

发明内容

对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种基于PID控制的压力机平衡系统及平衡方法，利用了电机中电流波动偏差与压力机平衡之间的正相关性，依据测量电机中电流的波动偏差量对压力机的气缸的输出力进行调节，可以有效的保证滑块在下行时的平衡，避开了原先在气缸内部的恶劣环境中部署传感器的情形，操作简单，成本低廉，有效的保障了平衡系统的稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种基于PID控制的压力机平衡系统，包括压力机机架，所述压力机机架上设有可沿第一方向滑动的滑块，所述滑块连接有驱动所述滑块滑动的电机，所述压力机机架上还设有气缸，所述气缸与所述滑块连接，所述气缸上设有电控调压阀，所述电机的供电线路上设有电流测量组件，所述电流测量组件连接有控制器，所述控制器与所述电控调压阀连接。

作为一种优选的技术方案，所述电流测量组件设为电子电流表。

作为一种优选的技术方案，所述控制器设为PID控制器。

作为一种优选的技术方案，所述气缸包括缸体和设于所述缸体内的活塞，部分所述缸体的内表面与所述活塞形成气腔，所述活塞连接有活塞杆，所述活塞杆的另一端与所述滑块连接，所述气缸上设有与所述气腔连通的气孔，所述气孔连接有气源。

作为一种优选的技术方案，所述电控调压阀设在所述气孔或所述气源或所述气孔与所述气源之间的管道上。

作为一种优选的技术方案，所述电机与所述滑块之间设有传动组件以连接。

第二方面，本发明提供了一种基于PID控制的压力机平衡方法，包括以下步骤：

步骤1：设定测量周期和合适电流范围；

步骤2：电机驱动滑块移动，电流测量组件实时的测量电机的供电线路上的电流信息，并将一个所述测量周期内的所述电流信息发送至控制器；

步骤3：所述控制器根据预先设置的所述合适电流范围判断一个所述测量周期内的所有的所述电流信息是否全部处于所述合适电流范围内；如果所述电流信息全部处于所述合适电流范围内，所述控制器不工作，否则进入下一步；

步骤4：将所述电流信息与所述合适电流范围的中值进行计算，得到电流误差；

步骤5：对所述电流误差进行微分计算，得到电流误差微分值；

步骤6：对所述电流误差进行积分计算，得到电流误差积分值；

步骤7：根据所述电流误差、所述电流误差微分值和所述电流误差积分值经过PID运算后，得到气压调节量；

步骤8：控制器根据所述气压调节量调节电控调压阀，重复步骤2-步骤7，直到所述电流信息处于所述合适电流范围内。

本发明的有益效果表现在：

本发明利用了电机中电流波动偏差与压力机平衡之间的正相关性，依据测量电机中电流的波动偏差量，通过PID算法运算后，计算出对压力机的气缸的输出力的调节量，可以有效的保证滑块在下行时的平衡，避开了原先在气缸内部恶劣环境内部署传感器的情形，操作简单，成本低廉，有效的保障了平衡系统的稳定运行。

附图说明

图1为本发明一种基于PID控制的压力机平衡系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于PID控制的压力机平衡系统的功能框图。

图中：1-压力机机架、2-滑块、3-电机、4-气缸。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

请参照图1和图2，第一方面，本发明提供了一种基于PID控制的压力机平衡系统，包括压力机机架1，压力机机架1上设有可沿第一方向滑动的滑块2，滑块2连接有驱动滑块2滑动的电机3，压力机机架1上还设有气缸4，气缸4与滑块2连接，气缸4上设有电控调压阀，电机3的供电线路上设有电流测量组件，电流测量组件连接有控制器，控制器与电控调压阀连接。

需要说明的，电机3通常通过三角皮带驱动大皮带轮(通常兼作飞轮)，经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块2机构，使滑块2运动，电机3驱动滑块2滑动的传动组件为压力机的公知常识，在此不做赘述；滑块2通常是固定在导向座的底部，导向座与压力机机架1滑动连接，电机3通过带动导向座移动的方式带动滑块2移动；第一方向通常为竖直方向；通过调节电控调压阀的开关程度可以调整气缸4的气腔内的气压的变化幅度，从而调整气缸4的输出力的变化幅度。

在上述实施例的基础上，电流测量组件设为电子电流表，控制器设为PID控制器。

在上述实施例的基础上，气缸4包括缸体和设于缸体内的活塞，部分缸体的内表面与活塞形成气腔，活塞连接有活塞杆，活塞杆的另一端与滑块2连接，气缸4上设有与气腔连通的气孔，气孔连接有气源；通过气源可以调节气缸4内的气腔的气压，从而调整活塞杆对滑块2的输出力；进一步的，电控调压阀设在气孔或气源或气孔与气源之间的管道上，通过调整电控调压阀的开关程度可以调整气腔内的气压的变化幅度，从而改变气缸4对滑块2的输出力的变化幅度，使滑块2的受力保持平衡。

在上述实施例的基础上，电机3与滑块2之间设有传动组件以连接，传动组件可以包括三角皮带、大皮带轮、齿轮副和离合器。

第二方面，本发明提供了一种基于PID控制的压力机平衡方法，包括以下步骤：

步骤1：设定测量周期和合适电流范围；在一个测量周期内电流测量组件应至少测量三次电机3的供电线路上的电流信息，合适电流范围是指在压力机在确定的下压的压力值时，压力机在平衡状态下电机3的电流值范围，该电流值范围可以通过理论值测算或者实际实验测量得出；

步骤2：电机3驱动滑块2移动，电流测量组件实时的测量电机3的供电线路上的电流信息，并将一个测量周期内的电流信息发送至控制器；具体的，电机3通过传动组件驱动滑块2移动；

步骤3：控制器根据预先设置的合适电流范围判断一个测量周期内的所有的电流信息是否全部处于合适电流范围内；如果电流信息全部处于合适电流范围内，控制器不工作，否则进入下一步；电流信息全部处于合适电流范围内表示电机3的输出力均衡且稳定，即压力机处于平衡状态。

步骤4：将电流信息与合适电流范围的中值进行计算，得到电流误差；

步骤5：对电流误差进行微分计算，得到电流误差微分值；

步骤6：对电流误差进行积分计算，得到电流误差积分值；

步骤7：根据电流误差、电流误差微分值和电流误差积分值经过PID运算后，得到气压调节量；其中，在PID运算中的比例系数可以根据理论值测算或者实际实验计算得出，当然，在实际使用中，也可以根据实际情况适当的调整比例系数；

步骤8：控制器根据气压调节量调节电控调压阀，重复步骤2-步骤7，直到电流信息处于合适电流范围内。

需要说明的，在供电电压恒定的前提下，电机3的供电线路上的电流值与电机3对滑块2的功率呈正比，当压力机处于平衡状态时，电机3对滑块2稳定做功，供电线路上的电流保持稳定，当压力机处于不平衡状态时，势必会影响电机3对运动的滑块2的做功，导致供电线路上的电流值的偏差或波动，即，电机3中电流波动偏差与压力机平衡之间的正相关性，在滑块2下行程时，如果供电线路上的电流值较正常电流值较大，电机3对滑块2做功较大，就需要通过调节电控调压阀增大气缸4对滑块2的托举力，使压力机趋向于平衡状态；反之亦然。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。