基于臺達(dá)機電技術(shù)的梳棉鋸條沖齒加工伺服控制系統(tǒng)

摘 要：重點討論基于變頻伺服技術(shù)在鋸條沖齒加工工藝中的應(yīng)用。方案應(yīng)用自動化機電控制技術(shù)取代了鋸條沖齒機原來的渦輪渦稈系統(tǒng)的牽引部分，齒距的控制完全由伺服實時跟蹤變頻位置完成，齒距的更改只要修改伺服參數(shù)即可。
關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)跟蹤誤差 前饋增益 PLC
1 引言
梳棉機是紡織工程的前端工藝設(shè)備。梳棉鋸條是疏棉機關(guān)鍵配件（圖1）。沖齒是梳棉鋸條的主要加工工藝。傳統(tǒng)的沖齒工藝---沖齒和牽引分別由渦輪渦稈一體的機械機構(gòu)完成。不同的齒距需要不同的渦輪減速比組在繁瑣的機械安裝調(diào)試背后，加工精度亦有一定隨機的波動，而新設(shè)計的伺服系統(tǒng)取代了原來的渦輪渦稈系統(tǒng)的牽引部分，沖齒由變頻單獨完成，齒距的控制完全由伺服實時跟蹤變頻位置完成，齒距的更改只要修改伺服參數(shù)即可，不但效率高，且加工的齒距一致性很好，該伺服系統(tǒng)完全對該行業(yè)進行了全新概念的提升和質(zhì)的飛躍（圖2）。

2 原理設(shè)計

2.1系統(tǒng)工藝與控制分析
機械等同架構(gòu)參見圖3。當(dāng)該生產(chǎn)線張力發(fā)生變化時，變頻器根據(jù)張力的反饋進行自身的PI調(diào)節(jié)，由于該張力環(huán)節(jié)在工藝上要求不高，所以很容易控制。而當(dāng)變頻的速度發(fā)生變化時，輥輪上的挫刀沖切速度隨之改變，為保證沖齒節(jié)距的恒定，后端的伺服系統(tǒng)需要精確實時跟蹤變頻器的速度。根據(jù)變頻率器速度和齒距的比例，既保證脈沖當(dāng)量精度小于十分之一的目標(biāo)精度，又要保證馬達(dá)最大速度時回授編碼器的頻率小于500KHZ，由此選擇被跟蹤馬達(dá)回授編碼器的分辨率為1000PPR。而齒距的更改則通過PLC與伺服RS-485通訊功能，直接修改伺服的電子齒輪比即可。
2.2 鋸片機控制方案
鋸片機控制系統(tǒng)方案參見圖3。自動化系統(tǒng)全部由臺達(dá)機電自動化產(chǎn)品實現(xiàn)。包括臺達(dá)DVP14ES00T型可編程控制器；臺達(dá)ASD-A0421LA/ASMT04L250AK型400W伺服系統(tǒng)（伺服馬達(dá)傳動減速比：10：1。）。編碼器要求差動輸出/AB相/1000PPR/DC5V。
觸摸屏 /DOP

3控制系統(tǒng)核心技術(shù)分析
對齒距的穩(wěn)定控制最終歸結(jié)為伺服系統(tǒng)如何精確追蹤編碼器控制問題，為克服該機械系統(tǒng)存在的動/靜摩擦力，所以提高伺服的鋼性是穩(wěn)定脈沖追隨的前提。若一味提高鋼性（加大頻寬/F.W），當(dāng)頻寬加大至120HZ以后，脈沖追隨誤差大幅減小至4個左右，但由于被追蹤異步馬達(dá)轉(zhuǎn)差率、機械等離散誤差的存在，使編碼器的脈沖源出現(xiàn)一定的隨機波動，而過大的比例使偏差控制容易出現(xiàn)“輸出的過沖和震蕩”以及速度積分環(huán)節(jié)對相位后移的綜合影響，使得追隨誤差出現(xiàn)較大的波動，表現(xiàn)出的大約1/6齒距超出允許誤差范圍，所以該伺服系統(tǒng)關(guān)鍵控制目標(biāo)是如何穩(wěn)定追隨誤差而不是如何減小追隨誤差，根據(jù)以上的分析，適當(dāng)調(diào)整伺服系統(tǒng)頻寬至80HZ，速度比例調(diào)為2700左右，降低位置前饋增益為1500左右，大幅減小速度積分為35左右，其精度效果有大幅提升，大部分齒距甚至達(dá)到用戶的“0誤差標(biāo)準(zhǔn)”。
4 結(jié)束語
基于臺達(dá)機電技術(shù)的梳棉鋸條沖齒加工伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)成功投入運行。項目實踐證明，方案在完全達(dá)到預(yù)期設(shè)計效果的同時，也為其他類同行業(yè)提供了良好經(jīng)濟解決方案。在類同伺服同步控制中，如繞包機行業(yè)的繞線節(jié)距控制，玻璃磨花機行業(yè)花瓣寬度控制，最終都轉(zhuǎn)化為以上的控制模型，系統(tǒng)設(shè)計思路有很大借鑒、拓展性。