基于交流伺服技術(shù)的梳棉鋸條沖齒加工伺服控制系統

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(guān)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(dòng)，而新設計的伺服系統取代了原來(lái)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(shí)時(shí)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(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

2 原理設計





圖3 機械等同架構



2.1系統工藝與控制分析

機械等同架構參見(jiàn)圖3。當該生產(chǎn)線(xiàn)張力發(fā)生變化時(shí)，變頻器根據張力的反饋進(jìn)行自身的PI調節，由于該張力環(huán)節在工藝上要求不高，所以很容易控制。而當變頻的速度發(fā)生變化時(shí)，輥輪上的挫刀沖切速度隨之改變，為保證沖齒節距的恒定，后端的伺服系統需要精確實(shí)時(shí)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(shí)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(guò) 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。自動(dòng)化系統全部由臺達機電自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí)現。包括臺達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（伺服馬達傳動(dòng)減速比：10：1）。編碼器要求差動(dòng)輸出/AB相/1000PPR/DC5V。

3 控制系統核心技術(shù)：

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(wèn)題，為克服該機械系統存在的動(dòng)/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(gè)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(dòng)，而過(guò)大的比例使偏差控制容易出現“輸出的過(guò)沖和震蕩”以及速度積分環(huán)節對相位后移的綜合影響，使得追隨誤差出現較大的波動(dòng)，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(guān)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(hù)的“0誤差標準”。

4 結束語(yǔ)

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已經(jīng)成功投入運行。項目實(shí)踐證明，方案在完全達到預期設計效果的同時(shí)，也為其他類(lèi)同行業(yè)提供了良好經(jīng)濟解決方案。在類(lèi)同伺服同步控制中，如繞包機行業(yè)的繞線(xiàn)節距控制，玻璃磨花機行業(yè)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。