基于臺(tái)達(dá)機(jī)電技術(shù)的同步與張力傳動(dòng)控制解決方案

要能保證收卷過程的平穩(wěn)性,不論是大卷、小卷、加速、減速、激活、停車都能保證張力的恒定.需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償.整個(gè)系統(tǒng)要激活起來,首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,簡(jiǎn)稱靜摩擦轉(zhuǎn)矩,靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間起作用;正常運(yùn)行時(shí)要克服滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生地滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩,滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩在運(yùn)行當(dāng)中一直都存在,并且在低速、高速時(shí)的大小是不一樣的。需要進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償,系統(tǒng)在加速、減速、停車時(shí)為克服系統(tǒng)的慣量,也要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,補(bǔ)償?shù)牧颗c運(yùn)行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系.在不同車速的時(shí)候,補(bǔ)償?shù)南禂?shù)是不同的。即加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩、停車轉(zhuǎn)矩、激活轉(zhuǎn)矩；克服了這些因素,還要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩,通過計(jì)算出的實(shí)時(shí)卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小,經(jīng)過減速比折算到電機(jī)軸.這樣就分析出了收卷整個(gè)過程的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)倪^程。總結(jié):電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=靜摩擦轉(zhuǎn)矩(激活瞬間)+滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩.在加速時(shí)還要加上加速轉(zhuǎn)矩;在減速時(shí)要減去減速轉(zhuǎn)矩.停車時(shí),因?yàn)槭峭ㄟ^程控減速至設(shè)定的最低速,所以停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償同減速轉(zhuǎn)矩的處理.

（3）轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

· 靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:因?yàn)殪o摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間存在,在系統(tǒng)激活后就消失了.因此靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償是以計(jì)算后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進(jìn)行補(bǔ)償.

· 滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償在系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過程中都是起作用的.補(bǔ)償?shù)拇笮∫允站黼姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn).補(bǔ)償量的大小與運(yùn)行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時(shí)，要分段進(jìn)行補(bǔ)償。

· 加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償：補(bǔ)償硬一收卷電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定，變化不大。

（4）系統(tǒng)計(jì)算公式

· 已知空芯卷徑Dmin=200mm,滿卷卷徑Dmax=1200mm;線速度的最大值Vmax=90m/min,張力設(shè)定最大值Fmax=50kg(約等于500牛頓);減速比i=9;速度的限制如下:因?yàn)?V=π*D*n/i(V-線速度、D-卷徑、n-轉(zhuǎn)速，對(duì)于收卷電機(jī))=>收卷電機(jī)在空芯卷徑時(shí)的轉(zhuǎn)速是最快的。所以:90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min。

· 因?yàn)槲覀冎雷冾l器工作在低頻時(shí),交流異步電機(jī)的特性不好,激活轉(zhuǎn)矩低而且非線性。因此在收卷的整個(gè)過程中要盡量避免收卷電機(jī)工作在2HZ以下.因此:收卷電機(jī)有個(gè)最低速度的限制.計(jì)算如下:對(duì)于四極電機(jī)而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min（f1-為額定頻率、p-為極對(duì)數(shù)、n1-同步轉(zhuǎn)速）. =>2HZ/50HZ=N/1500=>n=60r/min。當(dāng)達(dá)到最大卷徑時(shí),可以求出收卷整個(gè)過程中運(yùn)行的最低速.V=π*D*n/i=>Vmin=3.14*1.2*60/9=25.12m/min.張力控制時(shí),要對(duì)速度進(jìn)行限制,否則會(huì)出現(xiàn)飛車.因此要限速.

· 張力及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:如果F*D/2=T/i（F--張力、D--卷徑、T--轉(zhuǎn)距、i--減速比）,=>F=2*T*i/D對(duì)于22KW的交流電機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:T=9550*P/n=>T=140N.m.（T-電機(jī)的額定轉(zhuǎn)距、P-電機(jī)的額定功率、n-為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速）所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N.

（5）調(diào)試過程：

· 先對(duì)電機(jī)進(jìn)行自整定，將電機(jī)的定子電感、定子電阻等參數(shù)讀入變頻器。

· 將編碼器的信號(hào)接至變頻器，并在變頻器上設(shè)定編碼器的線數(shù)。然后用面板給定頻率和啟停控制，觀察顯示的運(yùn)行頻率是否在設(shè)定頻率的左右波動(dòng)。因?yàn)檫\(yùn)用死循環(huán)矢量控制時(shí)，運(yùn)行頻率總是在參考編碼器反饋的速度，最大限度的接近設(shè)定頻率，所以運(yùn)行頻率是在設(shè)定頻率的附近震蕩的。

· 在程序中設(shè)定空芯卷徑和最大卷徑的數(shù)值。通過前面卷徑計(jì)算的公式算出電機(jī)尾部所加編碼器產(chǎn)生的最大脈沖量（P2）和最低脈沖量 ( P2 ).通過算出的最大脈沖量對(duì)收卷電機(jī)的速度進(jìn)行限定，因?yàn)樽冾l器用作張力控制時(shí)，如果不對(duì)最高速進(jìn)行限定，一旦出現(xiàn)斷紗等情況，收卷電機(jī)會(huì)飛車的。最低脈沖量是為了避免收卷變頻器運(yùn)行在2Hz以下，因?yàn)樽冾l器在2Hz以下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)距特性很差，會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象。

　　通過前面分析的整個(gè)收卷的動(dòng)態(tài)過程，在不同卷徑和不同運(yùn)行速度的各個(gè)階段，進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償.補(bǔ)償?shù)拇笮?，可以以電機(jī)額定轉(zhuǎn)距的百分比來設(shè)定。

4基于臺(tái)達(dá)機(jī)電技術(shù)的同步傳動(dòng)控制解決方案

4.1高精度同步控制方案

　　對(duì)于同步要求精度非常高的場(chǎng)合，如噴涂、印刷、包裝等設(shè)備上經(jīng)常會(huì)遇到高精度的同步控制。這種場(chǎng)合由于精度非常高，因此普通的調(diào)速系統(tǒng)滿足不了要求，可以選擇臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。利用伺服驅(qū)動(dòng)上提供的PG編碼器分周比輸出A、B、Z端子， OA、/OA、OB、/OB、OZ、/OZ即為分頻脈沖輸出端子?？梢詫⒃撦敵龆俗咏拥降诙_(tái)伺服驅(qū)動(dòng)的SIGN、/SIGN、PULSE、/PULSE輸入端子。如果同步單元超過兩個(gè)單元，則同理類推，可以將第二臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)的PG分周輸出端子接到第三單元的脈沖輸入端子。例如玻璃纖維折紙機(jī)、木地板拋光套色等同步傳動(dòng)應(yīng)用案例。

4.2伺服追變頻同步方案

圖6伺服追變頻同步控制原理

（1）控制要求

　　變頻拖動(dòng)電機(jī)帶傳送帶向右移動(dòng)，傳送帶上有需要定長(zhǎng)切的材料，電機(jī)后加編碼器，

編碼器的A/B相脈沖接V系列變頻器構(gòu)成閉環(huán)矢量控制，保證電機(jī)特性曲線的硬度，另外將A/B相脈沖接進(jìn)PLC高速計(jì)數(shù)。同時(shí)將A相脈沖接PLC的Y1觸點(diǎn)連接的繼電器的常開觸點(diǎn)。PLC的脈沖輸出觸點(diǎn)Y0接繼電器的常閉觸點(diǎn)。工藝要求如下所述：變頻拖動(dòng)傳送帶輸送要被裁切的材料，伺服拖動(dòng)滾刀連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的要裁切的長(zhǎng)度時(shí)，正好保證滾刀運(yùn)行至最低點(diǎn)，將材料切斷。

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