伺服电缸压力机的控制方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及到伺服电缸压力机的控制方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.伺服电缸压力机是通过将伺服电机与电缸结合的模块化产品，电缸用于将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，从而输出压力。传统的伺服电缸压力机的控制方式是采用伺服电机扭矩模式控制电缸，主要根据目标压力值和伺服电缸压力机的输出压力值，计算得到压力调节值，基于该压力调节值调节伺服电机的扭矩限幅。
3.但伺服电机带动电缸的过程中存在系统阻尼，使得在电缸的运动状态下和静止状态下，电缸将对相同大小的扭力转换出不同大小的压力，从而影响伺服电缸压力机的控制精度，且该控制方式在压力量程越大的地方控制精度越低，不适用于大量程的压力控制。


技术实现要素：

4.为了解决现有的伺服电缸压力机的控制方式控制精度受系统阻尼影响，不适用于大量程的压力控制的缺陷，本发明提供了一种伺服电缸压力机的控制方法、装置、电子设备及存储介质。
5.第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种伺服电缸压力机的控制方法，包括：
6.获取伺服电缸压力机输出的压力值，其中，伺服电缸压力机包括电缸；
7.根据目标压力值和压力值，计算压力调节值；
8.根据位移变化量自适应关系式和压力调节值，计算位移调节值，其中，位移变化量自适应关系式用于表征压力调节值与位移调节值之间的对应关系；
9.将位移调节值确定为电缸输出的位移增量，并根据位移增量控制伺服电缸压力机。
10.本发明的有益效果是：在伺服电缸压力机对被压工件施加压力的过程中，通过调节电缸输出的位移增量，直接改变被压工件的变形位移量，从而实现对伺服电缸压力机输出压力的调节，能够避免利用扭力调节输出压力的控制过程中受到的系统阻尼影响，从而提高控制精度，实现更加精准地大量程压力控制。
11.进一步，位移变化量自适应关系式为：
[0012][0013]
其中，x表示位移调节值，u表示压力调节值，表示设置的位移转换系数，表示设置的补偿系数。
[0014]
采用上述改进方案的有益效果是：利用位移变化量自适应关系式，能够快速且自动地将压力调节值转换为位移调节值。
[0015]
进一步，伺服电缸压力机还包括压力执行元件，位移转换系数通过以下方式确定：
[0016]
在压力执行元件处于第一位置时，获取伺服电缸压力机输出的第一压力值；
[0017]
控制电缸输出最小位移增量，以根据最小位移增量控制压力执行元件从第一位置移动至第二位置；
[0018]
在压力执行元件处于第二位置时，获取伺服电缸压力机输出的第二压力值；
[0019]
计算第一压力值和第二压力值的差值，将差值确定为最小压力变化值；
[0020]
根据最小位移增量和最小压力变化值，计算单位转换系数；
[0021]
计算单位转换系数和第一压力变化值的乘积，将乘积确定为位移转换系数。
[0022]
采用上述改进方案的有益效果是：能够合理确定各个应用场景下的位移转换系数。
[0023]
进一步，根据目标压力值和压力值，计算压力调节值，包括：
[0024]
计算目标压力值和压力值的差值；
[0025]
根据差值和设置的预留值，确定压力值对应的误差值；
[0026]
根据误差值和pid算法，计算压力调节值；
[0027]
其中，压力调节值根据以下公式计算得到：
[0028][0029]
其中，u(t)表示t时刻对应的压力调节值，e(t)表示t时刻对应的误差值，表示设置的补偿系数，k
p
表示设置的比例系数，ki表示设置的积分系数，kd表示设置的微分系数，ti表示设置的积分时间常数，td表示设置的微分时间常数，t表示获取到伺服电缸压力机输出的压力值的时刻。
[0030]
采用上述改进方案的有益效果是：利用预留值能够有效抑制超调现象。
[0031]
进一步，伺服电缸压力机还包括压力执行元件、第一压力传感器和第二压力传感器，获取伺服电缸压力机输出的压力值之前，还包括：
[0032]
利用压力执行元件对第二压力传感器施加压力；
[0033]
若第一压力传感器采集的压力值与第二压力传感器采集的压力值不相同，则调整第一压力传感器的参数，以使第一压力传感器采集的压力值与第二压力传感器采集的压力值相同；
[0034]
其中，第一压力传感器设于电缸和压力执行元件之间，用于获取伺服电缸压力机输出的压力值，第二压力传感器用于作为被压工件。
[0035]
采用上述改进方案的有益效果是：利用第二压力传感器对第一压力传感器进行校准，能够一定程度消除第一压力传感器安装位置检测的压力与被压工件受到的压力之间存在的固定差值，进一步提高控制精度。
[0036]
进一步，伺服电缸压力机还包括压力执行元件，该方法还包括：
[0037]
根据目标压力，确定压力执行元件对应的极限位置；
[0038]
将位移调节值确定为电缸输出的位移增量，并根据位移增量控制伺服电缸压力机，包括：
[0039]
控制电缸输出与位移调节值相等的位移增量，以根据位移增量控制压力执行元件从当前位置移动至目标位置；
[0040]
检测压力执行元件从当前位置移动至目标位置的过程中是否经过极限位置，在压力执行元件经过极限位置时，控制伺服电缸压力机停止工作；
[0041]
在压力执行元件移动至目标位置时，重新获取伺服电缸压力机输出的压力值并重新确定电缸输出的位移增量，直至获取的压力值符合设定条件。
[0042]
采用上述改进方案的有益效果是：设置极限位置以防设备损坏，并保证人员安全。
[0043]
第二方面，本发明提供了一种伺服电缸压力机的控制装置，包括：
[0044]
获取模块，用于获取伺服电缸压力机输出的压力值，其中，伺服电缸压力机包括电缸；
[0045]
第一处理模块，用于根据目标压力值和压力值，计算压力调节值；
[0046]
第二处理模块，用于根据位移变化量自适应关系式和压力调节值，计算位移调节值，其中，位移变化量自适应关系式用于表征压力调节值与位移调节值之间的对应关系；
[0047]
控制模块，用于将位移调节值确定为电缸输出的位移增量，并根据位移增量控制伺服电缸压力机。
[0048]
进一步，第一处理模块，具体用于计算目标压力值和压力值的差值；根据差值和设置的预留值，确定压力值对应的误差值；根据误差值和pid算法，计算压力调节值；其中，压力调节值根据以下公式计算得到：
[0049][0050]
其中，u(t)表示t时刻对应的压力调节值，e(t)表示t时刻对应的误差值，表示设置的补偿系数，k
p
表示设置的比例系数，ki表示设置的积分系数，kd表示设置的微分系数，ti表示设置的积分时间常数，td表示设置的微分时间常数，t表示获取到伺服电缸压力机输出的压力值的时刻。
[0051]
第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在终端设备上运行时，使得终端设备执行如第一方面的伺服电缸压力机的控制方法的全部或部分步骤。
[0052]
第四方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现如第一方面的伺服电缸压力机的控制方法的全部或部分步骤。
附图说明
[0053]
图1为本发明实施例提供的一种伺服电缸压力机的控制方法的流程示意图；
[0054]
图2为本发明实施例提供的一种机械验证装置的结构示意图；
[0055]
图3为本发明实施例提供的一种伺服电缸压力机的控制装置的结构示意图；
[0056]
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0057]
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
[0058]
以下结合附图描述本发明实施例的一种伺服电缸压力机的控制方法。
[0059]
参照图1所示，本发明提供了一种伺服电缸压力机的控制方法，包括如下步骤s1至
步骤s4。
[0060]
在步骤s1中，获取伺服电缸压力机输出的压力值，其中，伺服电缸压力机包括电缸。
[0061]
其中，伺服电缸压力机输出的压力值为被压工件受到的压力值。
[0062]
可选的，在一个实施例中，伺服电缸压力机还包括压力执行元件、第一压力传感器和第二压力传感器，获取伺服电缸压力机输出的压力值之前，还包括：
[0063]
利用压力执行元件对第二压力传感器施加压力；
[0064]
若第一压力传感器采集的压力值与第二压力传感器采集的压力值不相同，则调整第一压力传感器的参数，以使第一压力传感器采集的压力值与第二压力传感器采集的压力值相同；
[0065]
其中，第一压力传感器设于电缸和压力执行元件之间，用于获取伺服电缸压力机输出的压力值，第二压力传感器用于作为被压工件。
[0066]
在该实施例中，电缸的输出轴通过第一压力传感器与压力执行元件连接，由电缸带动压力执行元件向下运动，以对放置在伺服电缸压力机下方工作台上的被压工件施加压力，在对被压工件施加压力的过程中第一压力传感器也会受到挤压，从而能够利用第一压力传感器采集被压工件受到的压力值。
[0067]
可以理解的是，力的传递过程存在损耗，即第一压力传感器采集的压力值与被压工件受到的实际压力值存在一个固定的差值。通过将第二压力传感器作为被压工件以采集被压工件受到的实际压力值，并调整第一压力传感器的参数，使第一压力传感器采集(即最终显示)的压力值与第二压力传感器采集的压力值保持一致，从而能够利用第一压力传感器采集的压力值表示被压工件受到的压力值。
[0068]
在步骤s2中，根据目标压力值和压力值，计算压力调节值。
[0069]
可选的，在一个实施例中，根据目标压力值和压力值，计算压力调节值，包括：
[0070]
计算目标压力值和压力值的差值；
[0071]
根据差值和设置的预留值，确定压力值对应的误差值；
[0072]
根据误差值和pid算法，计算压力调节值；
[0073]
其中，压力调节值根据以下公式计算得到：
[0074][0075]
其中，u(t)表示t时刻对应的压力调节值，e(t)表示t时刻对应的误差值，表示设置的补偿系数，k
p
表示设置的比例系数，ki表示设置的积分系数，kd表示设置的微分系数，ti表示设置的积分时间常数，td表示设置的微分时间常数，t表示获取到伺服电缸压力机输出的压力值的时刻。
[0076]
可以理解的是，在实际应用时，可选择周期性地获取伺服电缸压力机输出的压力值，并利用pid算法计算压力调节值以进行压力控制，从而提高运算速度。
[0077]
作为一种可能的实施方式，误差值＝目标压力值-压力值-预留值，其中，预留值用于抑制超调的现象，即在基于压力调节值的控制过程中，避免出现伺服电缸压力机实际输出的压力值超过目标压力值等现象，改预留值可设置为1到3中的任一项，当对伺服电缸压力机的控制过程中不存在超调的现象时，可将预留值设为1；补偿系数可设为0至3中的任一
个整数。
[0078]
在步骤s3中，根据位移变化量自适应关系式和压力调节值，计算位移调节值，其中，位移变化量自适应关系式用于表征压力调节值与位移调节值之间的对应关系。
[0079]
可选的，在一个实施例中，位移变化量自适应关系式为：
[0080][0081]
其中，x表示位移调节值，u表示压力调节值，表示设置的位移转换系数，表示设置的补偿系数。
[0082]
可选的，在一个实施例中，伺服电缸压力机还包括压力执行元件，位移转换系数通过以下方式确定：
[0083]
在压力执行元件处于第一位置时，获取伺服电缸压力机输出的第一压力值；
[0084]
控制电缸输出最小位移增量，以根据最小位移增量控制压力执行元件从第一位置移动至第二位置；
[0085]
在压力执行元件处于第二位置时，获取伺服电缸压力机输出的第二压力值；
[0086]
计算第一压力值和第二压力值的差值，将差值确定为最小压力变化值；
[0087]
根据最小位移增量和最小压力变化值，计算单位转换系数；
[0088]
计算单位转换系数和第一压力变化值的乘积，将乘积确定为位移转换系数。
[0089]
可以理解的是，单位转换系数也可通过对伺服电缸压力机进行多次测试确定，或查找伺服电缸压力机的参数资料确定，该单位转换系数用于表示对将最小位移增量转换为最小压力变化值时的放大倍数的估计值，即最小压力变化值≈最小位移增量*单位转换系数。
[0090]
示例性地，假设第一压力值为压力数据1，第二压力值为压力数据2，最小压力变化值＝压力数据2-压力数据1，单位转换系数为1.2，则位移转换系数＝(压力数据2-压力数据1)*1.2，该位移转换系数用于表示将位移调节值转换为压力调节值时的放大倍数的估计值，即压力调节值＝位移调节值*位移转换系数，可利用补偿系数使估计值更贴近真实值，即压力调节值＝(位移调节值-补偿系数)*位移转换系数。
[0091]
作为另一种可能的实施方式，位移转换系数通常为1.5至2.2中的一项，则基于1.5至2.2的参数范围，对伺服电缸压力机进行多次测试，取测试中最优的参数值作为位移转换系数。
[0092]
在步骤s4中，将位移调节值确定为电缸输出的位移增量，并根据位移增量控制伺服电缸压力机。
[0093]
可选的，在一个实施例中，伺服电缸压力机还包括压力执行元件，该方法还包括：
[0094]
根据目标压力，确定压力执行元件对应的极限位置；
[0095]
将位移调节值确定为电缸输出的位移增量，并根据位移增量控制伺服电缸压力机的实现过程包括：
[0096]
控制电缸输出与位移调节值相等的位移增量，以根据位移增量控制压力执行元件从当前位置移动至目标位置；
[0097]
检测压力执行元件从当前位置移动至目标位置的过程中是否经过极限位置，在压力执行元件经过极限位置时，控制伺服电缸压力机停止工作；
[0098]
在压力执行元件移动至目标位置时，重新获取伺服电缸压力机输出的压力值并重新确定电缸输出的位移增量，直至获取的压力值符合设定条件。
[0099]
作为一种可能的实施方式，极限位置＝压力执行元件与被压工件的接触面的位置+输出目标压力值对应的物体变形量+输出目标压力值对应的物体变形量*当前材料泊松比。
[0100]
示例性地，如图2所示，一种机械验证装置，包括电气柜1、底座2、用于放置工件的压装工位3、压头(压力执行元件)4、压力传感器连接轴5、同步带变速机构6、伺服电机7、电缸8、压力传感器9和c字形支架10。
[0101]
其中，电气柜1内部内安装有电气板和伺服电机驱动装置，该伺服电机驱动装置与plc连接，c字形支架10安装在底座2上，c字形支架10顶部安装有伺服电机7和电缸8；伺服电机7与电缸输入轴固定在同一个安装板上，两者之间安装有同步带变速机构6(内包含同步带与同步带轮)，用于传力运动；电缸8输出端的安装平面固定在c字形支架10顶部，电缸8的输出轴通过压力传感器连接轴5连接到压力传感器9，压力传感器9的下面再连接压头4，电缸8的两侧t形槽设有限位磁感应传感器，用于检测电缸输出的位移量是否处于正负极限限位(极限位置)。
[0102]
plc程序组成：
[0103]
压力传感器数据读取程序、触摸屏压力显示程序、位移变化量自适应关系式、电缸位置控制执行程序，电缸闭环相对控制执行程序。
[0104]
运行步骤：
[0105]
步骤1：启动plc、压力传感器9、伺服电机7，放置被压工件。
[0106]
步骤2：设备初始化，伺服电缸8移动压头4到原点；
[0107]
步骤3：启动压装程序，伺服压力移动压头4到设定位置(压头4与被压工件有接触的位置)；
[0108]
步骤4：plc获取当前压力传感器9的数据，同时触摸屏实时显示压力值；
[0109]
步骤5：调用plc内部的初始参数；
[0110]
步骤6：位移变化量自适应关系式进行运算，输出位移调节值；
[0111]
步骤7：启动伺服电机相对位置控制模式；
[0112]
步骤8：执行所计算出来的位移调节值。
[0113]
步骤9：停止伺服电机相对位置控制模式；
[0114]
步骤10：循环运行步骤4至9，直至压力到达目标压力后，跳出循环。
[0115]
步骤11：保压5s后，回到原点位置。
[0116]
需要说明的是，以2t的伺服电缸压力机为例，电缸对伺服电机扭力的放大倍数是1.5倍，系统阻尼约在50kg-70kg，如果伺服电缸压力机与被压工件处于相对静止状态(被压工件未产生变形位移量)，想要调节输出压力值则最少要施加或者减少50kg-70kg的压力。
[0117]
当施加或者减少50kg-70kg的压力后，静态系统阻尼被克服，伺服电缸压力机由静止状态变为运动状态(即被压工件产生变形位移量)，此时施加了或者减少了的压力会瞬间体现在被压工件上，影响控制精度。如果施加的力小于静态系统阻尼，被压工件的变形位移量不会变化，即伺服电缸压力机依然会维持原有的输出压力数值。因此，传统的控制方法若想提高精度，就得降低电缸的系统阻尼，提高电缸的参数指标，进而提高了加工成本。
[0118]
上述实施例提供的伺服电缸压力机的控制方法，设计了一种伺服电机相对位置控制模式，在伺服电缸压力机对被压工件施加压力的过程中，通过调节电缸输出的位移增量，直接改变被压工件的变形位移量，从而实现对伺服电缸压力机输出的压力的调节，能够避免利用扭力调节输出压力的控制过程中受到的系统阻尼影响，相较通过降低电缸的系统阻尼以提高控制精度的传统扭力闭环控制模式，采用本实施例的伺服电缸压力机的控制方法，使得非低阻尼电缸(普通电缸)也能够满足大量程压力控制的精度需求。
[0119]
在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号，如s1、s2等，但只是本技术给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整s1、s2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
[0120]
如图3所示，本发明实施例提供的一种伺服电缸压力机的控制装置，包括：
[0121]
获取模块20，用于获取伺服电缸压力机输出的压力值，其中，伺服电缸压力机包括电缸；
[0122]
第一处理模块30，用于根据目标压力值和压力值，计算压力调节值；
[0123]
第二处理模块40，用于根据位移变化量自适应关系式和压力调节值，计算位移调节值，其中，位移变化量自适应关系式用于表征压力调节值与位移调节值之间的对应关系；
[0124]
控制模块50，用于将位移调节值确定为电缸输出的位移增量，并根据位移增量控制伺服电缸压力机。
[0125]
可选的，第二处理模块40，还用于在压力执行元件处于第一位置时，获取伺服电缸压力机输出的第一压力值；控制电缸输出最小位移增量，以根据最小位移增量控制压力执行元件从第一位置移动至第二位置；在压力执行元件处于第二位置时，获取伺服电缸压力机输出的第二压力值；计算第一压力值和第二压力值的差值，将差值确定为最小压力变化值；根据最小位移增量和最小压力变化值，计算单位转换系数；计算单位转换系数和第一压力变化值的乘积，将乘积确定为位移转换系数。
[0126]
可选的，第一处理模块30，具体用于计算目标压力值和压力值的差值；根据差值和设置的预留值，确定压力值对应的误差值；根据误差值和pid算法，计算压力调节值；其中，压力调节值根据以下公式计算得到：
[0127][0128]
其中，u(t)表示t时刻对应的压力调节值，e(t)表示t时刻对应的误差值，表示设置的补偿系数，k
p
表示设置的比例系数，ki表示设置的积分系数，kd表示设置的微分系数，ti表示设置的积分时间常数，td表示设置的微分时间常数，t表示获取到伺服电缸压力机输出的压力值的时刻。
[0129]
可选的，获取模块20，还用于利用压力执行元件对第二压力传感器施加压力；若第一压力传感器采集的压力值与第二压力传感器采集的压力值不相同，则调整第一压力传感器的参数，以使第一压力传感器采集的压力值与第二压力传感器采集的压力值相同；其中，第一压力传感器设于电缸和压力执行元件之间，用于获取伺服电缸压力机输出的压力值，第二压力传感器用于作为被压工件。
[0130]
可选的，控制模块50，还用于根据目标压力，确定压力执行元件对应的极限位置；控制电缸输出与位移调节值相等的位移增量，以根据位移增量控制压力执行元件从当前位
置移动至目标位置；检测压力执行元件从当前位置移动至目标位置的过程中是否经过极限位置，在压力执行元件经过极限位置时，控制伺服电缸压力机停止工作；在压力执行元件移动至目标位置时，重新获取伺服电缸压力机输出的压力值并重新确定电缸输出的位移增量，直至获取的压力值符合设定条件。
[0131]
本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述任一实施例的伺服电缸压力机的控制方法的步骤。
[0132]
如图4所示，本发明实施例提供的一种电子设备500，包括存储器510、处理器520及存储在存储器510上并在处理器520上运行的程序530，处理器520执行程序530时实现上述任一实施例的伺服电缸压力机的控制方法的步骤。
[0133]
其中，电子设备500可以选用电脑、手机等，相对应地，其程序530为电脑软件或手机app等，且上述关于本发明的一种电子设备500中的各参数和步骤，可参考上文中伺服电缸压力机的控制方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
[0134]
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
[0135]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0136]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。