基于Matlab/Simulink的CNC粉末压机液压控制系统仿真分析

　　数控压机是现代数控技术与传统压力机相结合的产物,它是集计算机技术、微电子技术、自动控制与检测技术等多种现代技术于一体,并与传统的机械压力加工技术深度结合的机电一体化产品。

　　压机控制系统由多个元器件组成,元器件的品牌、型号、参数设置不同,都将影响到系统的性能,因此在最终确定方案和购买元件前,需要对系统方案的性能进行分析,以确定选型是否能满足设计要求。

　　Matlab是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算可视化软件。Matlab/Smi ulink可以对动态系统进行建模、仿真和分析,从而可以在设计系统的时候先对系统进行仿真和分析,然后及时进行必要的修正,以实现高效的系统开发。

　　1　压机控制系统简介

　　图1为阀控缸液压控制系统原理示意图。系统采用闭环控制,有位置、速度和压力3个控制参数,分别用相应的传感器测量,数字控制器通过对3个参数交替控制,可实时对伺服阀进行调整,从而保证对液压缸的精确控制。工控机起监控管理的作用。

　　图2为CNC压机压制多台阶零件的示意图。每台阶对应上下一对模冲,每个模冲的动作通过控制器的一轴实现闭环控制。在压制时需要注意两个问题: (1)为了防止压制时粉末横向移动,需要采取等压压制,即各台阶压力相等;(2)为了尽量减少粉末与模具壁的摩擦,上下模冲对称动作,使粉末中心线在压制过程中不上下移动。

　　CNC压机虽是多对缸同时动作,但压制时粉末中心不移动,说明上下缸压力相等,忽略重力因素,负载对两个缸的影响基本一样。所以,对于各轴独立控制的压机系统,可以从一个液压缸出发来分析系统的大致性能。

　　2　选型方案

　　以下为一套CNC压机控制系统选型方案:

　　(1)力士乐VT-MAC8可编程多轴控制器;

　　(2)力士乐4WSE2ED 16-2×/…B型伺服阀;

　　(3) ATOS公司CKV型伺服油缸,自带位置传感器实现活塞位置反馈;

　　(4)压力传感器。

　　3　系统建模与仿真分析

　　作者采用传递函数法建模,液压元件目前已有比较成熟的传递函数模型,以此为根据确立系统模型。根据液压元件供应商提供的产品样本手册,确定传递函数中各参数的具体数值。

图中:Kq为放大器增益,ωv为伺服阀固有频率,ξ为阻尼比, Ap为活塞有效面积, Q0为伺服阀输出空载流量, K1为动态柔度系数, Kce为系统总流量压力系数, K1为动态柔度系数, FL为外作用力,ωh为液压固有频率,ξh为液压阻尼比, Ka为电放大器增益,Kxv为阀增益, Kc为流量-压力系数,ωm为负载固有频率。