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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李岱穎
研究生(外文):Dai-YingLi
論文名稱:精微伺服沖床之伺服同動控制研究
論文名稱(外文):Research on Servo Synchronized Motion Control of Precision Micro-Servo Press
指導教授:陳響亮陳響亮引用關係
指導教授(外文):Shang-Liang Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:製造資訊與系統研究所碩博士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:精微伺服沖床同步運動控制沖壓加工運動曲線交叉耦合控制器
外文關鍵詞:Precision Micro-Servo PressSynchronized Motion ControlStamping Processing Motion CurveCross-Coupling Controller
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本論文針對一具雙曲柄-連桿機構之精微伺服沖床(Micro-Servo Press)同動控制進行研究,藉由運動分析得到曲柄(Crank)角度、角速度與角加速度對應至滑塊(Slider)之位置、速度與加速度曲線的相對關係。本研究亦利用B-Spline曲線規劃引伸加工(Drawing)、穿刺加工(Piercing)、壓模印加工(Coining)與多衝程加工(Multi-Stroke)等四種沖壓加工運動曲線(Stamping Processing Motion Curve)。
本研究在單軸控制架構設計方面,速度迴路採用強健PID控制器(Robust PID Controller)搭配前控制器(Pre-Controller)與干擾觀測器(Disturbance Observer, DOB);位置迴路採用比例控制器(Proportional Controller)與Kalman Filter;在雙軸控制架構設計方面採用交叉耦合控制器(Cross-Coupling Controller, CCC)。由實驗結果可知道本研究所開發之閉迴路位置耦合同動控制架構能解決馬達在(曲柄)角度不同時滑塊兩端不平衡的問題。
本研究建立一雙曲柄-連桿之精微伺服沖床作為實驗測試平台,並採用四種滑塊沖壓加工運動曲線進行驗證。結果顯示本研究之閉迴路位置耦合同動控制架構能有效降低滑塊之同動位置誤差範圍在±12.0μm之內。
This thesis focuses on the synchronized motion control for a Precision Micro-Servo Press with a double-crank linkages mechanism. By the motion analysis, we can get the angular displacement, angular velocity and angular acceleration of cranks corresponding to the displacement, velocity and acceleration curves of the slider. The study also made use of the B-spline curve planning four stamping processing motion curves: Drawing, Piercing, Coining and Multi-Stroke.
In this study, single-axis control design, the velocity loop using Robust PID Controller, Pre-Controller and Disturbance Observer(DOB), the position loop using Proportional Controller and Kalman Filter, two-axis control design, using Cross-Coupling Controller(CCC). According to the experiment results, we know the system architecture can solve the problem of the slider unbalanced when the angular displacement of motors are different.
This study established a Precision Micro-Servo Press with a double-crank linkages mechanism as an experimental test platform, and verified with four stamping processing motion curves. The experimental results of this system architecture can effectively reduce the synchronized motion position error range of the slider in ±12.0μm.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 沖壓加工 2
1.1.2 沖床規格 4
1.2 研究動機與目的 6
1.3 國內外伺服沖床 7
1.4 文獻回顧 10
1.5 章節瀏覽 20
第二章 伺服沖床運動分析 21
2.1 運動分析 21
2.2 模擬結果 24
第三章 控制系統設計 26
3.1 控制系統架構 26
3.2 強健PID控制器設計 27
3.3 干擾觀測器 31
3.4 Kalman Filter 35
3.5 位置迴路控制器設計 38
3.5 交叉耦合控制器設計 39
第四章 模擬與分析 43
4.1 沖壓加工運動曲線規劃 43
4.2 控制器參數設定 47
4.2.1 系統參數鑑別 47
4.2.2 速度迴路控制器參數設定 51
4.2.3 Routh-Hurwitz Stability Criterion穩定性分析 51
4.2.4 位置迴路控制器參數設定 52
4.2.5 交叉耦合控制器參數設定 55
4.3 控制器參數離散化 59
4.4 模擬結果 61
第五章 實驗結果 69
5.1 實驗系統架構 69
5.2 實驗測試 73
5.2.1 沖壓加工定轉速曲線 75
5.2.2 沖壓加工運動曲線 79
5.2.3 實際加工驗證 88
第六章 結論 91
6.1 結果與討論 91
6.2 建議 91
參考文獻 92
附錄A 95
A.1 動力學分析 95
A.2 負載扭力分析 97
A.3 受力分析 98
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