摘要：在分析直線電機驅動沖壓機的結構、工作機理、性能的基礎上，設計了該沖壓機的系統(tǒng)辨識裝置，可用于分析直線電機參數(shù)與瞬態(tài)沖擊力之間的關系，從而為該 線電機沖壓機的優(yōu)化設計及控制提供依據(jù)。 關鍵詞：直線電機；電磁沖壓機；系統(tǒng)辨識 1 引言 新型電磁沖壓機（直線電機沖床）是利用直線電機技術，直接將電能轉換成機械力，實現(xiàn)沖頭的往復運動。 但是，直線電機驅動沖壓機在實際應用中也存在不少問題口，例如：① 沖壓機在隨機觸發(fā)（即初始合閘角不定）時，瞬態(tài)沖擊力時大時小，有時甚至相差幾倍；② 沖壓機在導通時間太長時， 電機在產(chǎn)生有效的瞬態(tài)沖擊力后，仍然處于導通狀態(tài)，這時電機工作在堵轉狀態(tài)， 電機中的電流有效值迅速增加，導致電機溫升過快，降低了電機的性能，而當時問太短時，沖壓機的沖程很短，它所產(chǎn)生的瞬態(tài)沖力就很小，有時甚至沒有接觸到模具，這樣沖壓機工作不正常 因此有必要開發(fā)直線電機沖壓機的辨識裝置，尋找最大瞬態(tài)沖擊力時的觸發(fā)角和導通時間，并通過辨識分析實驗獲得系統(tǒng)的控制模型。 [b]2 辨識裝置系統(tǒng)設計 2．1 辨識裝置系統(tǒng)結構[/b] 直線電機驅動沖壓機沖擊力的辨識系統(tǒng)主要由三部分組成，即控制系統(tǒng)、直線電機驅動沖壓機、測試分析系統(tǒng)部分 其中，控制系統(tǒng)部分主要包括89C5l單片機系統(tǒng)和放大驅動部分；測試分析系統(tǒng)主要包括力傳感器、加速度傳感器、電荷放大器、應變放大器、A/D采集卡、工控機和CRAS信號測試與分析系統(tǒng)。辨識裝置系統(tǒng)結構圖，如圖1所示。 2.2 控制系統(tǒng)鞍件設計 控制線路要求在軟件上實現(xiàn)的功能有： ①對于每個輸入的數(shù)據(jù)，能夠判斷是否在正確的范內(nèi)，并能提示給用戶； ②把輸入的頻率轉化為周期，并根據(jù)導通時間計算出直線電機斷電時間，并判斷它是否在正確的范圍內(nèi)； ③判斷到初始合閘角上界與下界不等時，每次沖壓時初始合閘角按遞增值增加，當增加到上界時，再從下界開始； ④對于給定的臺閘角能夠精確到度； ⑤運行過程中，可由按鍵終止沖壓機的工作。 程序流程圖如圖2所示，程序由變量初始化模塊、鍵盤查詢模塊、主模塊、軟件陷阱模塊組成 2. 3 控制系統(tǒng)硬件設計 控制線路的原理框圖，如3所示。 取直線電機三相電壓中的任一相（以A相為例），先降壓后經(jīng)過比較器，把正弦波轉化為方波，再通過光耦， 由模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，送入單片機。單片機接收到工作信號后，開始檢測輸入電壓的上升沿零點，檢測到零點后，過一段時間后發(fā)導通信號，經(jīng)過光耦傳給固態(tài)繼電器，使直線電機開始工作，導通信號的脈沖寬度由導通時間確定 導通時間一到，單片機發(fā)斷電信號，斷電后直線電機向下的推力消失，沖壓機在彈簧作用下復位 。 3 測試實驗及結果分析 由于力傳感器為自行設計的應變式、筒式力傳感器，因此在測試前，先對力傳感器進行靜態(tài)和動態(tài)標定，以10kN直線電機驅動沖壓機為倒，傳感器的靜、動態(tài)標定系數(shù)KF分別為0．07258V／kN和0 07351V／kN，相對誤差為1．3％，因此，可以認為，力傳感器具有相同的靜動態(tài)輸出特性 測試時，將力傳感器固定在直線電機驅動沖壓機的底座上，進行沖壓，當力傳感器受到?jīng)_壓機的瞬態(tài)沖擊力作用后，立即產(chǎn)生一微弱的脈沖信號，該信號經(jīng)過放大、轉換、檢測處理后，變成所需的瞬態(tài)力波形，該波形通過測試分析系統(tǒng)能直接觀察到該瞬態(tài)力的大小。 作為輔助數(shù)據(jù)，在壓力機桿頂端安裝了一只加速度傳感器，利用瞬態(tài)力信號與加速度信號的對應關系，便可以很方便地將噪聲信號與瞬態(tài)力信號區(qū)分開來 通過控制和改變沖擊力的大小，即可測出不同沖擊力時的沖擊力和加速度信號，如圖4（a）和圖4（b）。 通過測試實驗，并從測試由線圖中可以看出 （1）該力傳感器的瞬態(tài)響應特性很好；雖然沖擊時間很短，但該測力裝置可以準確地檢測到?jīng)_擊力： （2）靈敏度相當高，滿足設計的需要；因為控制參數(shù)改變后，可以明顯檢測到?jīng)_擊力的微弱變化： （3）對數(shù)據(jù)采集的實時性相當好；因為力和加速度信號的同步性很好： （4）系統(tǒng)對干擾信號的屏蔽相當好，因為檢測到的信號比較清晰，基本不含干擾信號。 此辨識裝置結臺單片機控制系統(tǒng)就可以將最大瞬態(tài)沖擊力時的觸發(fā)角和導通時間精確地通過實驗獲得。 4 結論與展望 直線電機的發(fā)展與應用必將導致機床結構和性能發(fā)生革命性的變化 但考慮到直線電機本身還有一些問題沒有得到根好解決，其設計模型、設計理論、制造工藝和控制等方面都還有待完善。目前的應用還只是限于旋轉電機傳動滿足不了的高速高精加工機床上，而且還只是處于應用的初級階段。然而，隨著新型磁性材料和電機專用冷卻方法的出現(xiàn)，隨著機床高速化、精密化的進一步發(fā)展，直線電機在機床上的應用必定會越來越廣泛本文開發(fā)的直線電機驅動的沖壓機系統(tǒng)辨識裝置能夠較為精確地測量瞬態(tài)沖擊力與電機觸發(fā)角和導通時間的關系?？梢杂行У赝瓿芍本€電機驅動沖壓機的系統(tǒng)辨識，對直線電機沖壓機的優(yōu)化設計和精密控制具有重要意義。相信直線電機沖壓機的性能將越來越完善，應用范圍將越來越廣 。 參考文獻 [1]葉云岳，陳永校 盧琴芬．直線電動楓驅動沖壓楓的研究與應用[J]．電工技術學報，1999，14（5）． [2]盧琴芬．新型沖壓機用直線電機的擾化設計 仿真與瞬態(tài)力的控制 [D]．杭州：浙江走學，1998． [3]YeYY，ChenYX，YangX C．Researchand applicationof the punching mac hjlIc driven by linear induction motor[A]．1EE／，LDIA‘98，Tokyo，1998．62 65． [4]葉云岳．直線電機原理與應用[M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2000．6． [b][align=center]詳細內(nèi)容請點擊： 直線電機驅動沖壓機的辨識裝置設計[/align][/b]