为滑块反弹时的初速度,H为设定的打击行程,AB段为电机加速段,BC段为电机制动段。电机制动力可近似看作定值,约等于电机额定转矩。假设在B点进行电机制动后,滑块*终恰好停靠在H处,则根据能量守恒,得到:12J2Vh2-G(H-S)-Mn2H-Sh=0(1)式中:J为飞轮惯量;V为滑块*大允许速度;h为螺杆导程;G为滑块重量;为提升效率;Mn为制动转矩;S为减速段开始时的滑块位移。由式(1)可求出V.如果滑块在S处的速度大于V,那么必将超程。每一个位移都对应着一个允许的*大速度,在回程程序中实时检测滑块速度,如果超过允许值,则电机立刻制动。
首先将打击行程以1mm的间隔分段,由式(1)计算出各区段允许的*大速度,并保存。回程时在定时中断周期中不断检测滑块速度并比较。由于负载惯量较大,为保证实时性,可采用式(2)的线性模型估算下一定时周期的滑块速度。VT-VT-1=VT 1-VT(2)式中:VT为当前滑块速度;VT-1为上个定时周期的滑块速度;VT 1为估算下个定时周期的滑块速度。对滑块速度进行预估,可提前动作,保证系统的可靠性。由于电机制动力并非恒值,因此在接近H时驱动器可切换到恒速控制方式,然后再停车,并进行机械制动。这样可保证滑块的精确定位。在接近设定的打击行程时首先进行电机制动,然后延时一定时间后机械制动器刹车,此举主要是为了减少机械制动器的磨损,延长其使用寿命。
控制系统硬件结构以PLC和变频器为控制核心,并进行可靠接地,屏蔽了变频器的强烈干扰,保证了其他元器件的正常工作。采用大功率交流伺服电机并运用直接转矩控制的电机调速技术,避免了频繁启动时的电流尖峰,实现了输出转矩的快速输出。以J58K-250型电动螺旋压力机为例,若设定打击行程300mm,100%的预选能量,则一个打击流程所需时间不超过3s,行程次数*高可达到24次min-1。以20次min-1的频率连续运行8h,电机温度稳定在85。
若采用其他的控制方式且未进行电流限制,运行不足半小时变频器便过载报警。行程控制准确,误差不超过2mm。能量控制相对误差不超过3%.软件系统设计合理,充分运用了模块化的编程思想,具有复用性和可扩充性。目前周期*长的生产考核近两年,控制系统未出现任何故障。总之,整个系统抗干扰能力强,稳定可靠。系统已成功运用于J58K-250型至J58K-1600型电动螺旋压力机中,运转情况良好,业已实现商品化。同类产品价格不足进口的1/3,具有较高的性价比。