摘要：在分析直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作機(jī)理、性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了該沖壓機(jī)的系統(tǒng)辨識(shí)裝置，可用于分析直線電機(jī)參數(shù)與瞬態(tài)沖擊力之間的關(guān)系，從而為該 線電機(jī)沖壓機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制提供依據(jù)。 關(guān)鍵詞：直線電機(jī)；電磁沖壓機(jī)；系統(tǒng)辨識(shí) 1 引言 新型電磁沖壓機(jī)（直線電機(jī)沖床）是利用直線電機(jī)技術(shù)，直接將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械力，實(shí)現(xiàn)沖頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 但是，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中也存在不少問題口，例如：① 沖壓機(jī)在隨機(jī)觸發(fā)（即初始合閘角不定）時(shí)，瞬態(tài)沖擊力時(shí)大時(shí)小，有時(shí)甚至相差幾倍；② 沖壓機(jī)在導(dǎo)通時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)， 電機(jī)在產(chǎn)生有效的瞬態(tài)沖擊力后，仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)電機(jī)工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)， 電機(jī)中的電流有效值迅速增加，導(dǎo)致電機(jī)溫升過(guò)快，降低了電機(jī)的性能，而當(dāng)時(shí)問太短時(shí)，沖壓機(jī)的沖程很短，它所產(chǎn)生的瞬態(tài)沖力就很小，有時(shí)甚至沒有接觸到模具，這樣沖壓機(jī)工作不正常 因此有必要開發(fā)直線電機(jī)沖壓機(jī)的辨識(shí)裝置，尋找最大瞬態(tài)沖擊力時(shí)的觸發(fā)角和導(dǎo)通時(shí)間，并通過(guò)辨識(shí)分析實(shí)驗(yàn)獲得系統(tǒng)的控制模型。 [b]2 辨識(shí)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2．1 辨識(shí)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[/b] 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)沖擊力的辨識(shí)系統(tǒng)主要由三部分組成，即控制系統(tǒng)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)、測(cè)試分析系統(tǒng)部分 其中，控制系統(tǒng)部分主要包括89C5l單片機(jī)系統(tǒng)和放大驅(qū)動(dòng)部分；測(cè)試分析系統(tǒng)主要包括力傳感器、加速度傳感器、電荷放大器、應(yīng)變放大器、A/D采集卡、工控機(jī)和CRAS信號(hào)測(cè)試與分析系統(tǒng)。辨識(shí)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。 2.2 控制系統(tǒng)鞍件設(shè)計(jì) 控制線路要求在軟件上實(shí)現(xiàn)的功能有： ①對(duì)于每個(gè)輸入的數(shù)據(jù)，能夠判斷是否在正確的范內(nèi)，并能提示給用戶； ②把輸入的頻率轉(zhuǎn)化為周期，并根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算出直線電機(jī)斷電時(shí)間，并判斷它是否在正確的范圍內(nèi)； ③判斷到初始合閘角上界與下界不等時(shí)，每次沖壓時(shí)初始合閘角按遞增值增加，當(dāng)增加到上界時(shí)，再?gòu)南陆玳_始； ④對(duì)于給定的臺(tái)閘角能夠精確到度； ⑤運(yùn)行過(guò)程中，可由按鍵終止沖壓機(jī)的工作。 程序流程圖如圖2所示，程序由變量初始化模塊、鍵盤查詢模塊、主模塊、軟件陷阱模塊組成 2. 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制線路的原理框圖，如3所示。 取直線電機(jī)三相電壓中的任一相（以A相為例），先降壓后經(jīng)過(guò)比較器，把正弦波轉(zhuǎn)化為方波，再通過(guò)光耦， 由模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)。單片機(jī)接收到工作信號(hào)后，開始檢測(cè)輸入電壓的上升沿零點(diǎn)，檢測(cè)到零點(diǎn)后，過(guò)一段時(shí)間后發(fā)導(dǎo)通信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦傳給固態(tài)繼電器，使直線電機(jī)開始工作，導(dǎo)通信號(hào)的脈沖寬度由導(dǎo)通時(shí)間確定 導(dǎo)通時(shí)間一到，單片機(jī)發(fā)斷電信號(hào)，斷電后直線電機(jī)向下的推力消失，沖壓機(jī)在彈簧作用下復(fù)位 。 3 測(cè)試實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 由于力傳感器為自行設(shè)計(jì)的應(yīng)變式、筒式力傳感器，因此在測(cè)試前，先對(duì)力傳感器進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定，以10kN直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)為倒，傳感器的靜、動(dòng)態(tài)標(biāo)定系數(shù)KF分別為0．07258V／kN和0 07351V／kN，相對(duì)誤差為1．3％，因此，可以認(rèn)為，力傳感器具有相同的靜動(dòng)態(tài)輸出特性 測(cè)試時(shí)，將力傳感器固定在直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)的底座上，進(jìn)行沖壓，當(dāng)力傳感器受到?jīng)_壓機(jī)的瞬態(tài)沖擊力作用后，立即產(chǎn)生一微弱的脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、轉(zhuǎn)換、檢測(cè)處理后，變成所需的瞬態(tài)力波形，該波形通過(guò)測(cè)試分析系統(tǒng)能直接觀察到該瞬態(tài)力的大小。 作為輔助數(shù)據(jù)，在壓力機(jī)桿頂端安裝了一只加速度傳感器，利用瞬態(tài)力信號(hào)與加速度信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便可以很方便地將噪聲信號(hào)與瞬態(tài)力信號(hào)區(qū)分開來(lái) 通過(guò)控制和改變沖擊力的大小，即可測(cè)出不同沖擊力時(shí)的沖擊力和加速度信號(hào)，如圖4（a）和圖4（b）。 通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并從測(cè)試由線圖中可以看出 （1）該力傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)特性很好；雖然沖擊時(shí)間很短，但該測(cè)力裝置可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到?jīng)_擊力： （2）靈敏度相當(dāng)高，滿足設(shè)計(jì)的需要；因?yàn)榭刂茀?shù)改變后，可以明顯檢測(cè)到?jīng)_擊力的微弱變化： （3）對(duì)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性相當(dāng)好；因?yàn)榱图铀俣刃盘?hào)的同步性很好： （4）系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的屏蔽相當(dāng)好，因?yàn)闄z測(cè)到的信號(hào)比較清晰，基本不含干擾信號(hào)。 此辨識(shí)裝置結(jié)臺(tái)單片機(jī)控制系統(tǒng)就可以將最大瞬態(tài)沖擊力時(shí)的觸發(fā)角和導(dǎo)通時(shí)間精確地通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得。 4 結(jié)論與展望 直線電機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用必將導(dǎo)致機(jī)床結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生革命性的變化 但考慮到直線電機(jī)本身還有一些問題沒有得到根好解決，其設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)理論、制造工藝和控制等方面都還有待完善。目前的應(yīng)用還只是限于旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)滿足不了的高速高精加工機(jī)床上，而且還只是處于應(yīng)用的初級(jí)階段。然而，隨著新型磁性材料和電機(jī)專用冷卻方法的出現(xiàn)，隨著機(jī)床高速化、精密化的進(jìn)一步發(fā)展，直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用必定會(huì)越來(lái)越廣泛本文開發(fā)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的沖壓機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)裝置能夠較為精確地測(cè)量瞬態(tài)沖擊力與電機(jī)觸發(fā)角和導(dǎo)通時(shí)間的關(guān)系?？梢杂行У赝瓿芍本€電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)的系統(tǒng)辨識(shí)，對(duì)直線電機(jī)沖壓機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和精密控制具有重要意義。相信直線電機(jī)沖壓機(jī)的性能將越來(lái)越完善，應(yīng)用范圍將越來(lái)越廣 。 參考文獻(xiàn) [1]葉云岳，陳永校 盧琴芬．直線電動(dòng)楓驅(qū)動(dòng)沖壓楓的研究與應(yīng)用[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，1999，14（5）． [2]盧琴芬．新型沖壓機(jī)用直線電機(jī)的擾化設(shè)計(jì) 仿真與瞬態(tài)力的控制 [D]．杭州：浙江走學(xué)，1998． [3]YeYY，ChenYX，YangX C．Researchand applicationof the punching mac hjlIc driven by linear induction motor[A]．1EE／，LDIA‘98，Tokyo，1998．62 65． [4]葉云岳．直線電機(jī)原理與應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000．6． [b][align=center]詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊： 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)的辨識(shí)裝置設(shè)計(jì)[/align][/b]