梳棉鋸條沖齒加工伺服控制分析
摘 要：重點討論基于變頻伺服技術在鋸條沖齒加工工藝中的應用。方案應用自動化機電控制技術取代了鋸條沖齒機原來的渦輪渦稈系統的牽引部分，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即可。
關鍵詞：伺服系統 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備。梳棉鋸條是疏棉機關鍵配件（圖1）。沖齒是梳棉鋸條的主要加工工藝。傳統的沖齒工藝---沖齒和牽引分別由渦輪渦稈一體的機械機構完成。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試背后，加工精度亦有一定隨機的波動，而新設計的伺服系統取代了原來的渦輪渦稈系統的牽引部分，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即可，不但效率高，且加工的齒距一致性很好，該伺服系統完全對該行業進行了全新概念的提升和質的飛躍（圖2）。
2 原理設計
2.1系統工藝與控制分析
機械等同架構參見圖3。當該生產線張力發生變化時，變頻器根據張力的反饋進行自身的PI調節，由于該張力環節在工藝上要求不高，所以很容易控制。而當變頻的速度發生變化時，輥輪上的挫刀沖切速度隨之改變，為保證沖齒節距的恒定，后端的伺服系統需要精確實時跟蹤變頻器的速度。根據變頻率器速度和齒距的比例，既保證脈沖當量精度小于十分之一的目標精度，又要保證馬達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
鋸片機控制系統方案參見圖3。自動化系統全部由臺達機電自動化產品實現。包括臺達DVP14ES00T型可編程控制器；臺達ASD-A0421LA/ASMT04L250AK型400W伺服系統（伺服馬達傳動減速比：10：1。）。編碼器要求差動輸出/AB相/1000PPR/DC5V。
觸摸屏 /DOP
圖4 鋸片機控制系統
3、控制系統核心技術分析
對齒距的穩定控制最終歸結為伺服系統如何精確追蹤編碼器控制問題，為克服該機械系統存在的動/靜摩擦力，所以提高伺服的鋼性是穩定脈沖追隨的前提。若一味提高鋼性（加大頻寬/F.W），當頻寬加大至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轉差率、機械等離散誤差的存在，使編碼器的脈沖源出現一定的隨機波動，而過大的比例使偏差控制容易出現“輸出的過沖和震蕩”以及速度積分環節對相位后移的綜合影響，使得追隨誤差出現較大的波動，表現出的大約1/6齒距超出允許誤差范圍，所以該伺服系統關鍵控制目標是如何穩定追隨誤差而不是如何減小追隨誤差，根據以上的分析，適當調整伺服系統頻寬至80HZ，速度比例調為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，大部分齒距甚至達到用戶的“0誤差標準”。
4 結束語
基于臺達機電技術的梳棉鋸條沖齒加工伺服控制系統已經成功投入運行。項目實踐證明，方案在完全達到預期設計效果的同時，也為其他類同行業提供了良好經濟解決方案。在類同伺服同步控制中，如繞包機行業的繞線節距控制，玻璃磨花機行業花瓣寬度控制，最終都轉化為以上的控制模型，系統設計思路有很大借鑒、拓展性。
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