基于交流伺服技術(shù)的梳棉鋸條沖齒加工伺服控制系統(tǒng)

1 引言

梳棉機(jī)是紡織工程的前端工藝設(shè)備。梳棉鋸條是疏棉機(jī)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(jī)械機(jī)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(jī)械安裝調(diào)試背后，加工精度亦有一定隨機(jī)的波動(dòng)，而新設(shè)計(jì)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(dú)完成，齒距的控制完全由伺服實(shí)時(shí)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(jìn)行了全新概念的提升和質(zhì)的飛躍（圖2）。



圖1 梳棉鋸條



圖2 鋸條沖齒伺服系統(tǒng)

2 原理設(shè)計(jì)





圖3 機(jī)械等同架構(gòu)



2.1系統(tǒng)工藝與控制分析

機(jī)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(shí)，變頻器根據(jù)張力的反饋進(jìn)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(shí)，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(shí)時(shí)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(shí)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(jī)控制方案

鋸片機(jī)控制系統(tǒng)方案。自動(dòng)化系統(tǒng)全部由臺(tái)達(dá)機(jī)電自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。包括臺(tái)達(dá)DVP14ES00T型可編程控制器；廣州博瑋伺服科技BWS-BB-R40H21B型 400W伺服系統(tǒng)（伺服馬達(dá)傳動(dòng)減速比：10：1）。編碼器要求差動(dòng)輸出/AB相/1000PPR/DC5V。

3 控制系統(tǒng)核心技術(shù)：

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(jī)械系統(tǒng)存在的動(dòng)/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(gè)左右，但由于被追蹤異步馬達(dá)轉(zhuǎn)差率、機(jī)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(jī)波動(dòng)，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(dòng)，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

基于廣州博瑋伺服科技交流伺服技術(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(yùn)行。項(xiàng)目實(shí)踐證明，方案在完全達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果的同時(shí)，也為其他類同行業(yè)提供了良好經(jīng)濟(jì)解決方案。在類同伺服同步控制中，如繞包機(jī)行業(yè)的繞線節(jié)距控制，玻璃磨花機(jī)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(jì)思路有很大借鑒、拓展性。