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研究生:鍾一宏
研究生(外文):Yi-HungChung
論文名稱:精微伺服沖床之高精度衝程位移研究
論文名稱(外文):Research on High Precision Stroke Displacement 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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:117
中文關鍵詞:伺服控制衝程同動控制雙曲柄連桿伺服沖床
外文關鍵詞:Servo PressTwo Crank-Slider MechanismServo ControlStroke Displacement
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雙曲柄連桿機構,由於左右對稱的特性,使沖床水平方向慣性力自然平衡,且徑向摩擦力較小。本研究應用雙顆伺服馬達為動力源驅動雙曲柄連桿機構為分析對象,首先針對馬達轉動角度與曲柄連桿角度關係、機構動態情形、馬達轉動角度不相等問題進行分析。

本研究無論機構之各種分析,均與馬達轉角有極大關係,因此在單軸控制法則參數設計對馬達轉角有準確的控制。因此於速度迴路加入PDFF控制器,提升速度迴路響應能力,及系統穩定性;位置迴路加入比例增益控制器及速度前饋控制器,增加單軸追蹤能力及響應速度提升。最後加入交叉耦和控制,使雙軸動態相互影響情形得到大幅改善並使同動誤差及衝程位移誤差縮小,完成精度高之伺服同動控制設計架構。最後為了能使衝程位移有更精準的回傳值,加入光學尺來偵測結果,使衝頭回傳訊息更精準達到動態調整的目的與分析,使回傳訊號有更準確的參考值,驗證高精度衝程曲線。利用模擬及試驗來驗證結果,實驗架構以PC-based為控制平台,實現沖床機構同動控制及高衝程位移。

The single crank and connecting rod mechanism in the punching processing by the slider force of friction and shear stress affect the dynamic accuracy.The two crank-slider mechanism has a symmetrical characteristic.When the high-speed operation, the horizontal inertia force will be balanced,so the servo press has no radial friction.In this study, Application of two AC servomotors when power input to drive timing belt drive two crank-slider mechanism is analyzed.First, we want to analyze the relationship between the motor rotation angle and crank angle, dynamic analysis of the mechanism, and two motors of Unbalanced rotation angle. We Add PDFF controller in speed loop to enhance the response capability, and system stability;In position feedforward loop,we add the proportional gain controller and speed controller to increase tracking capability and enhance the speed of response.Finally, we add the cross-coupled control . It can improve the biaxial dynamic impact situations, as well as reduce the synchronization error and stroke displacement error. In this study, we have completed a high-precision servo with dynamic control design.
Abstract II
摘要 III
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機與目的 3
1-3 論文架構 4
第二章 文獻探討 5
2-1 伺服沖床控制系統 5
2-1.1 光學尺原理與應用 6
2-1.2 伺服控制 8
2-2 控制法則應用 10
2-2.1 PDFF控制 10
2-2.2 前饋控制 11
2-3 同步控制架構 12
第三章 伺服沖床系統架構 15
3-1 整體系統架構 15
3-2 機構端架構 16
3-2.1 曲柄連桿衝程與機構分析 17
3-2.2 系統傳動 18
3-3 沖床衝程 19
3-3.1 沖床衝切過程 19
3-3.2 沖床衝程曲線 19
3-4 雙曲柄連桿之衝程分析 22
3-5 測試機台與硬體建置 27
第四章 伺服沖床控制系統 30
4-1 系統伺服迴路 30
4-2 系統伺服迴路控制設計 33
4-2.1 電流迴路 33
4-2.2 速度迴路設計 34
4-2.2.1 PID、IP及PDFF控制法 34
4-2.2.2 PDFF控制設計 36
4-2.3 位置迴路設計 39
4-2.4 同動迴路設計 41
4-3 完整系統控制迴路架構 45
第五章 模擬與結果 46
5-1 系統鑑別 46
5-2 控制器參數設計與分析 49
5-2.1 控制器性能比較 49
5-2.2 馬達1控制器參數設計 52
5-2.3 馬達2控制器參數設計 61
5-3 同動控制迴路模擬 70
5-4 伺服沖床之實驗結果 79
5-4.1定轉速試驗(相同加工曲線) 79
5-4.2成形加工之衝程曲線試驗 87
5-4.3多衝程加工之衝程曲線試驗 92
5-4.4加工試驗 99
第六章 結論 104
參考文獻 105
附錄
A-1 曲柄連桿機構之滑塊、連桿與曲柄角相互受力關係 109
B-1 曲柄連桿之動態方程 112
C-1 曲柄角與扭力負載關係圖 116

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