基于DSP的冲压材料成型控制规律的研究

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摘 要：基于dsp系统开发平台，对冲压材料成型控制规律进行研究分析，即根据各类材料所具有的冲压特性，利用系统进行仿真分析，争取不断提高材料冲压成型处理效果，提高控制系统运行的精确性、运行稳定性以及相应失效性。本文对基于DSP冲压材料成型控制规律作了简要分析。

关键字：DSP，冲压材料；控制系统

1 前言

为满足社会经济发展需求，逐渐有更多新型设备被应用于现代加工行业，其中伺服冲床已经被广泛的应用多种机械加工中。为更好的提高冲床加工结果高效性与多样性，必须要在现有基础上对伺服系统柔性特点进行优化。并且，材料状态特性为应力-应变-应变速率曲面上的点，通过对此特性的应用，材料加工时形变会沿着最佳曲线进行，对系统加工的可控能力提出了较高的要求。

2 哈弗结构

一般情况下DSP芯片会采用数据总线或者程序总线分离的哈弗结构，能够将程序代码与数据存储在不同存储空间，如数据存储器与程序存储器两个相互独立的存储空间，并且不同存储空间均具有独立的访问与编址。此种设计方式，对两个不同的存储器系统设置了程序与数据两条总线，可以更有效提高数据吞吐率。

另外，也会应用改进哈弗结构，在哈弗结构原有特征基础上，程序与数据存储空间之间还能够实现数据交换，并且程序存储空间能够对数据存储空间进行初始化处理，或者是直接将数据存储空间内内容转移到程序存储空间内，与哈弗结构相比，此种方式可以更好的降低成本，并提高存储器使用效率。

3 冲压成型材料

3.1 热轧钢板

常用的热轧钢板在热轧处理后会在成型的钢板材料上形成一层10μm左右的黑色氧化层，在后期冲压成型加工时，受氧化层脆且硬特点影响，在剥落时很容易对模具造成损坏[1]。基于此，在进行冲压成型加工时，可以利用酸对材料表面氧化层进行冲洗，虽然钢板结构表面粗糙，但是易于对成型加工影响较小。另外，与冷轧钢板相比，热轧钢板缺少组织结构，并且其厚度与性能具有较大波动性，会在一定程度上影响冲压成型效果，应结合实际需求来确定是否采用其加工。

3.2 冷轧钢板

冷轧钢板也是常用的冲压成型加工材料，其具有优良的表面质量与冲压性能，在加上其厚度与性能稳定性高，应用范围比较广泛，主要包括时效性与非时效性两种。其中，退火后低碳冷轧钢板在拉伸曲线上具有屈服点，受C与N原子影响，会使材料产生不连续屈服现象，这样在冲压成型加工时很容易出现破坏表面光滑的滑移线[2]。针对此种情况，退火后要对钢板进行一定缩减量的轧制。另外，还可以在钢板内添加Al与Ti原子来抑制C与N对断层位置的影响。

4 控制系统

以提高伺服冲床冲压成型加工材料成型控制规律效果为目的，需要做好对滑块速度轨迹的控制，即从控制算法与建模角度着手，并基于材料最佳成型规律对冲压速率要求的特点，确定速度环上系统采用半闭环结构，而位置环采用全闭环结构的控制方式设计。

控制系统运行时，输入信号为期望电机速度轨迹，输出信号为滑块实际速度轨迹，执行元件为直驱式伺服电机，滑块为系统控制对象，并且由光电编码器以及光栅尺来组成检测装置。在材料冲压成型加工时，系统内控制器需要对速度轨迹信号进行计算，将结果与速度信号比较计算所需值，并将其转变为相应的PWM波阐述给伺服控制器，由控制器来驱动电机运转。同时控制器利用PWM波频率对电机运转速度进行控制，在电机驱动传动及的运转下带动滑块做往复冲压运动。在冲压过程中将滑块位置信号反馈给控制器，由控制器根据反馈的信号做出相应的控制调整，确保材料冲压成型效果。

5 系统建模

5.1 伺服电机建模

伺服电机为机电控制元件，电动机最终要将电能转换为机械能，基于此在对其进行建模时，就需要做好机械与电气两部分的研究。从实际情况来分析，基于永磁交流伺服系统频带宽度影响，其要远大于整个伺服控制系统洗好频带宽度，因此为保证系统运行效果，可以将其简化为一阶惯性环节。

5.2 机械机构建模

在对机械机构进行建模时，可以利用pro-E软件来完成实体建模，完成后将其导入Adams仿真软件中通过Adams/Control以及模块构造系统样机模型，对各种约束与作用力进行分析确定。后对Adams/View或Adams/solver程序以及Matlal）控制软件进行结合处理，机械系统与控制系统共享Adams，完成样机模型的建立，并要进行联合仿真分析[3]。其中，Adams_ sub模块接收伺服电机的转速信息，并输出滑块的速度信息。

5.3 控制器模型构建

对控制器模型进行分析时，可以利用Matlal）软件中DSP编程的Target for TI C2000工具包，对控制器模型进行构件，主要包括F2812目标参数设定功能模块，确定并开发DSP芯片类型。另外，还包括C2812QEP功能模块，主要来读取光电编码器脉冲值；PID Controller功能模块，实现对转速的调节；C2812PWM功能模块，完成相应PWM波的输出。并由Signal Generator模块输出，输入PID模块基准值为期望滑速度轨迹，对基准转速以及采集模块得到的实际速度值进行对比，利用PID调节计算加工所需转速，利用Speed to Frequency模块将速度值转换为PWM波频率值，最后由DSP自带的PWM模块产生相应的PWM波形输出给伺服驱动器[4]。

6 结束语

想要提高DSP控制系统对冲压材料成型控制规律的掌握，就需要针对材料冲压成型加工特点对整个开发流程进行研究，重点进行算法模型设计、优化以及结果验证。可以有效缩短控制系统开发时间，对降低开发成本，提高系统开发效果具有重要作用。

参考文献：

[1]郭伟，潘仲明.基于Matlab平台的DSP控制系统仿真技术研究[J].测控技术，2011（25）：55-58.

[2]李伟.基于PID的恒压供水系统压力震荡的消除方法阻电子技术，2010：43-45.

[3]华林.冲压材料的应用及发展趋势.机械工人，2011（12）：15.

[4]朱伟成，徐成林等.冲压技术发展趋势.汽车工艺与材料，2011（1）：16-20.

作者简介：童方超，专业：材料成型及控制工程。