陳中文

【摘 要】隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，一些自動(dòng)化設(shè)備對(duì)控制的高精度、高響應(yīng)性的需求在快速增加，現(xiàn)階段自動(dòng)化控制技術(shù)在不斷的提高，一些精確的高速定位控制得到保證并被人們廣泛應(yīng)用。紙袋機(jī)是將多層紙開(kāi)卷涂膠水成型，然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)定長(zhǎng)剪切的設(shè)備，即要求生產(chǎn)線根據(jù)送紙速度隨意變化時(shí)對(duì)紙袋進(jìn)行動(dòng)態(tài)定長(zhǎng)剪切，也稱(chēng)“飛剪”。剪切時(shí)切刀速度要與紙速度保持同步或略快于送紙速度。因此紙袋機(jī)剪切控制是一個(gè)要求很高的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】旋切 運(yùn)功控制 飛剪

本文主要針對(duì)紙袋機(jī)剪切控制系統(tǒng)開(kāi)展研究和設(shè)計(jì)工作，在分析紙袋機(jī)剪切生產(chǎn)工藝和控制要求的基礎(chǔ)上，按照“運(yùn)動(dòng)控制器+伺服系統(tǒng)+觸摸屏”的型式，設(shè)計(jì)了紙袋機(jī)伺服跟蹤切系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了不同袋長(zhǎng)必須換輪問(wèn)題，同時(shí)增加色標(biāo)追蹤功能實(shí)現(xiàn)了偏差的自動(dòng)補(bǔ)償。

1 運(yùn)動(dòng)控制器+伺服驅(qū)動(dòng)+觸摸屏方式+編碼器測(cè)速+色標(biāo)補(bǔ)償

（1）運(yùn)動(dòng)控制器：用戶(hù)可以根據(jù)自身需要用Trio Basic語(yǔ)言進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，整個(gè)系統(tǒng)可以脫離任何外界PC系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立的運(yùn)行。MC408本體可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)伺服或步進(jìn)軸，自帶16輸入，8輸出，還有1個(gè)Can擴(kuò)展口通訊口。（2）切斷伺服驅(qū)動(dòng)器：伺服選7.5KW安川伺服1套，配減速比10/1的行星減速機(jī)。伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)，額定扭矩50Nm，減速機(jī)額定輸出最高扭矩500Nm，最高速度1000Nm（2倍過(guò)載）。（3）點(diǎn)膠伺服驅(qū)動(dòng)：伺服選1.5KW安川伺服3套，各配減速比10/1的行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng)3根點(diǎn)膠軸。（4）測(cè)速編碼：5000P/R 長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)。（5）色標(biāo)傳感器：選用基恩士顏色傳感，最高響應(yīng)時(shí)間0.2us。

2 控制實(shí)現(xiàn)

2.1 運(yùn)動(dòng)控制指令

（1）MOVELINK指令在基本軸產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軟件電子齒輪與連結(jié)軸的測(cè)量位置建立連接。連結(jié)軸可以向任意方向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輸出運(yùn)動(dòng)。參數(shù)表明基本軸的距離會(huì)使連結(jié)軸移動(dòng)相應(yīng)的距離（link_distance）。連結(jié)軸的距離分成3個(gè)階段應(yīng)用于基本軸的運(yùn)動(dòng)。這些部分是加速部分，常速部分和加速部分。連結(jié)加速度和加速度由link_acceleration和link_deceleration參數(shù)設(shè)置。常速連結(jié)距離源于總的連接距離和這兩個(gè)參數(shù)。三個(gè)階段可以分為獨(dú)立的MOVELINK指令或疊加在一起。

（2）ADDAX指令將疊加軸的目標(biāo)位置加到運(yùn)動(dòng)軸的軌跡上。ADDAX允許執(zhí)行兩軸疊加運(yùn)動(dòng)。連接兩軸以上，同樣可以使用ADDAX。

（3）FLEXLINK 指令實(shí)現(xiàn)跟隨主軸按定義的軌跡做運(yùn)動(dòng)。軌跡分2部分，基本部分（恒速段）和調(diào)整部分（變速段）。調(diào)整部分按正弦曲線疊加在恒速部分。

2.2 曲線定義

通過(guò)3段曲線實(shí)現(xiàn)旋切功能，即每一設(shè)定袋長(zhǎng)，切刀旋轉(zhuǎn)一圈，切一次。三段曲線如下：

（1）加速階段曲線：distance1 = 0.5；link_acc1 = （0.5-VR（startsynpos）/10/360） * （VR（fsydistance）/10） *2；link_dec1 = 0；link_dist1 =（VR（startsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） + link_acc1

MOVELINK （0.5，link_dist1，link_acc1，link_dec1，VR（move_axis））AXIS（VR（cut_axis））

（2）恒速階段：base_dist= INT（（VR（cutlength）/VR（fsydistance））*1000+0.5）/1000；

excite_dist=1 - base_dist；link_dist2= VR（cutlength）/10；

base_out=100*（VR（startsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） / （VR（cutlength）/10）；base_in=100*（VR（endsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） / （VR（cutlength）/10）；stop_length =（（360-（VR（startsynpos）+VR（endsynpos））/10）*2+（VR（startsynpos）+VR（endsynpos））/10）*VR（fsydistance）/360/10；

IF VR（cutlength）/10<=stop_length THEN

excite_acc=50

excite_dec=50

ELSE

excite_acc= 100*（ 1-（VR（cutlength）/10 - stop_length）*10 /VR（cutlength） ）/2

excite_dec= 100*（ 1-（VR（cutlength）/10 - stop_length）*10 /VR（cutlength） ）/2

ENDIFFLEXLINK（base_dist，excite_dist，link_dist2，base_in，base_out，excite_acc，excite_dec，VR（modify_axis））AXIS（VR（cut_axis））

（3）減速階段distance3 =0.5；link_acc3 =0；link_dec3 =（0.5-VR（endsynpos）/10/360） * （VR（fsydistance）/10） *2；link_dist3 =VR（endsynpos）/10/360）*（VR（fsydistance）/10） + link_dec3；MOVELINK （distance3，link_dist3，0，link_dec3，VR（modify_axis））AXIS（VR（cut_axis））

注明：VR（startsynpos）：開(kāi)始同步角；VR（fsydistance）：切刀周長(zhǎng)；VR（endsynpos）：結(jié)束同步角；VR（cutlength）：袋長(zhǎng)。

2.3 偏差補(bǔ)償

切刀每次切斷時(shí)當(dāng)前長(zhǎng)度清零，從頭開(kāi)始計(jì)長(zhǎng)，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，當(dāng)前值與理論值做比較生成偏差量，該偏差量通過(guò)Addax在補(bǔ)償段疊加到切斷軸上實(shí)現(xiàn)偏差補(bǔ)償。

3 安裝調(diào)試

裝配必須嚴(yán)格按照使用說(shuō)明書(shū)、原理圖及技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。減少干擾和被干擾，電機(jī)線選用95%屏蔽線并將屏蔽層牢固接地，編碼器線選用多芯屏蔽雙絞線，驅(qū)動(dòng)器妥善接地。

本次控制是采取模擬輸出作為定伺服速度，驅(qū)動(dòng)器分頻反饋?zhàn)鲩]環(huán)控制。因此在調(diào)試控制前，先將驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)整定，動(dòng)態(tài)優(yōu)化，把伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)盡量調(diào)高，直到不產(chǎn)生振蕩為止；然后調(diào)整運(yùn)動(dòng)控制的P增益，直到該軸跟隨誤差盡量小，而系統(tǒng)又不產(chǎn)生振蕩為止。

4 運(yùn)行效果

連續(xù)工作了一段時(shí)間，實(shí)切袋長(zhǎng)與設(shè)定袋長(zhǎng)最大誤差1mm以?xún)?nèi)。不同袋長(zhǎng)切換簡(jiǎn)單，只需要從屏上設(shè)定袋長(zhǎng)即可。當(dāng)需要色標(biāo)補(bǔ)償時(shí)，只需要選通色標(biāo)追蹤就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償，非常方便，完全達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié)語(yǔ)

該控制系統(tǒng)具有較高的位置控制精度和良好的速度跟隨特性，滿足紙袋機(jī)高性能要求， 使用的靈活、高速、精確等主要特點(diǎn)，從而提高人們的工作效率與質(zhì)量，對(duì)其它高性能剪切整套設(shè)備的研發(fā)具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建飛.基于Trio運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的三棱形內(nèi)外圓磨削系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].重慶大學(xué)，2007年.

[2]胡細(xì)東，陳益林，鄭英.基于Trio運(yùn)動(dòng)控制器的框架繞柵機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013年02期.

[3]鄧華.運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)言的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2003年.