CN100565392C - 基于伺服电机的排线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于伺服电机的排线控制方法，首先以排线电机自带的绝对值编码器原点为坐标系原点，以电机相对原点的偏转角度为自变量，建立排线电机的位置坐标系；根据收线工字轮的内缘两端的位置，给定排线滑轮位置移动区间，并将排线电机的速度和位置信息实时向运动控制器反馈，运动控制器再根据排线电机反馈的速度和位置信息和收线电机反馈的角速度，计算下一个采样周期排线电机的指令速度。本发明用绝对值编码器和伺服电机来代替接近开关和变频电机极大地提高了控制精度；且能任意设定限位位置，运行可靠；速度跟踪控制采用的是先进的无轴传动技术，速度控制精度高，排线均匀平整。

Description

基于伺服电机的排线控制方法

技术领域

本发明涉及多线切割机、纺织机等绕卷系统的均匀排线控制方法，具体是一种基于伺服电机的排线控制方法。

背景技术

在绕卷系统运行过程中，放线轮上的线会逐渐过渡到收线轮，因此需要设计一个排线滑轮，将来自放线轮的线均匀地绕到收线轮上。排线滑轮的作用是保证收线轮收线均匀，其示意图如图1所示，排线电机通过滚珠丝杆驱动排线滑轮在放线轮上方往复运动，将线均匀地排到收线轮上。排线器要满足以下要求：

(1)放线轮最高转速：1000r/min；

(2)张力要求：5N≤F≤50N；

(3)记米精度：0.2％；

(4)排线匝距控制：收线电机每转一圈，排线滑轮的将运行一个匝距的路程；

(5)排线电机的运动方向控制：当排线滑轮运动到收线轮的两端位置时，滑轮运动速度大小不变，方向折返；

(6)排线电机的断电重起时的运动方向控制；停机或关电重新启动时，运行方向按上一次运行的方向运行；有时会出现象图2所示的情况，导致排线不均匀，引起切割线径向跳动。所以每次启动时必须计住上一次运行时的排向方向。

(7)排线区间设置方便。

采用接近传感器作为限位开关来控制排线过程，会因为接近传感器精度的限制会导致收线轮的两端位置排线不均，且一旦安装了传感器，当由于热涨冷缩等因素导致滚珠丝杆、放线轮及两者间的相对位置等机械参数发生变化时，排线器将不能正常工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出基于伺服电机的排线控制方法，能够不使用接近传感器，并且提高控制精度，运行可靠，速度控制精度高，排线均匀平整。

为达到上述发明目的，本发明的技术解决方案是：所述基于伺服电机的排线控制方法，首先以排线电机自带的绝对值编码器原点为坐标系原点，以电机相对原点的偏转角度(由绝对值编码器测量)为自变量，建立排线电机的位置坐标系，根据收线工字轮的内缘两端的位置，设定排线滑轮位置移动区间，并将排线电机的速度和位置信息实时向运动控制器反馈，运动控制器再根据排线电机反馈的速度和位置信息和收线电机反馈的角速度，计算下一个采样周期排线电机的指令速度。

其中排线电机的指令速度的计算方法为：v＝sig×K×ω；

其中上式中 $K=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}$ 为比例常数，sig为运动方向系数，满足：

λ为排线匝距，表示当收线电机每转一圈时，排线滑轮运行一个匝距的路程；v表示排线滑轮的线速度大小；ω表示为放线电机的角速度。

所述分别连接在收线工字轮、排线滑轮上的收线，排线电机均采用交流伺服电机，用绝对值光电编码器测量排线电机的速度和位置信息；用增量型光电编码器测量收线电机的速度。

本发明的工作原理为：为了保证绕卷系统的排线均匀，当收线电机每转一圈时，排线滑轮的必须运行一个匝距的路程，设排线匝距为λ，则排线滑轮的线速度v大小与放线电机的角速度ω之比为

$\frac{\left|v\right|}{\left|\mathrm{\ω}\right|}=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}---\left(1\right)$

即

v＝sig×K×ω                            (2)

上式中 $K=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}$ 为比例常数，sig为运动方向系数，满足：

(2)式表明：排线电机的速度大小跟随收线电机的角速度。

运动方向的控制实质就是确定sig的取值，sig的取值由收线工字轮的内缘两端在坐标轴上的对应的位置来触发，当排线电机的位置第一次接触到临界位置时，sig在+1与-1间切换，即执行下列命令：

sig＝-sig                                (4)

当排线电机到达临界位置时，排线运动速度大小不变，方向折返。

为了防止切割线不均匀情况，切割机每次断电重起时，需按照原运动方向连续的方式运行。在绕卷系统运行过程中判决排线电机的运动方向，并将方向标志位写入运动控制器中的FLASH储存器，保证掉电时记录的信息不丢失，下次重起时以此标志位来决定sig的值。

为了提高机械系统设计的灵活性，对收线工字轮的内缘宽度不做限制；因此，排线滑轮的左右两侧临界点位置可变，即移动位置区间可变。利用排线电机的绝对值编码器测量两侧临界点对应的坐标位置，通过人机界面输入确认两侧临界值，并将结果保存到控制器的FLASH储存器里，系统将此临界值与排线电机的当前位置进行比较，判决比较结果来控制sig的值。

由以上可知，本发明所述基于伺服电机的排线控制方法与传统的用接近开关和变频电机实现的排线控制方式相比，运用伺服电机实现排线器功能具有以下特点：

①用伺服电机自带的绝对值编码器记录排线器位置信息，在控制器中建立坐标系，实现了工字轮内缘两侧的限位功能，从而取代了接近开关，降低了系统成本；

②极大地提高了控制精度，接近开关的误差一般是毫米级，而本发明中排线伺服系统的误差微米级，所以后者在工字轮内缘两侧的排线性能远远优于前者；

③接近开关在固定后位置变更很不方便，且一旦出现故障就会损坏机械装置；而基于软件实现的排线器限位控制则能任意设定限位位置，且运行可靠；

④速度跟踪控制采用的是先进的无轴传动技术，速度控制精度高，排线均匀平整。

附图说明

图1为绕卷系统中排线器控制工作原理示意图；

图2为现有技术中运动方向不连续时的排线示意图；

图3为采用本发明方法的排线系统机械部分结构示意图；

图4为实现本发明方法的控制系统结构框图；

图5为本发明所述排线电机控制方法原理图；

图6为排线滑轮与放线电机关系示意图；

图7为排线伺服系统仿真图；

其中a图为收线电机角速度；

其中b图为排线滑轮的线速度；

其中c图为排线电机的位置曲线图。

图8为本发明中运动方向连续时的排线示意图；

图9为本发明中切割机断电重起时的方向判决示意图；

在图中：

1-收线电机           2-排线电机           3-增量型光电编码器

4-绝对值光电编码器   5-收线工字轮         6-排线滑轮

7-滚珠丝杆           8-收线工字轮内侧位置 9-收线工字轮外侧位置

10-安装板            11-排线电机驱动器    12-现场总线

13-运动控制器        14-收线电机驱动器    15-现场总线接口

具体实施方式

为了保证排线精度，本实施例中实现本发明所述基于伺服电机的排线控制方法的控制装置中：运动控制器13选用YASKAWA公司的MP2300运动控制器，收线电机1和排线电机2选用YASKAWA公司的∑III型伺服驱动器和∑II型伺服电机。本实施例如图3所示的机械结构，收线电机1，排线电机2均采用交流伺服电机，收线电机1测速传感器选用17位增量型光电编码器3测量收线电机的速度。排线电机2的测速传感器选用17位的绝对值光电编码器4实时反馈排线电机的速度和位置信息。控制系统的结构如图4所示，伺服驱动器中的排线电机驱动器11和收线电机驱动器14与运动控制器13之间通过现场总线12进行数字通信，传输控制信号并反馈速度、位置信息和故障信息。其中排线器的伺服控制原理图如图5所示。

首先建立排线电机2的坐标系，确定收线工字轮5的内缘两端的位置(即排线区间)，排线电机驱动器11实时向运动控制器13反馈排线电机2的速度和位置信息，运动控制器13再根据收线电机1的反馈角速度，计算下一个采样周期出排线电机2的指令速度。

为了保证排线均匀，当收线电机2每转一圈时，排线滑轮6的必须运行一个匝距的路程，如图6所示，设排线匝距为λ，则排线滑轮6的线速度v大小与收线电机1的角速度ω之比为

$\frac{\left|v\right|}{\left|\mathrm{\ω}\right|}=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}---\left(1\right)$

即

v＝sig×K×ω                               (2)

上式中 $K=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}$ 为比例常数，sig为运动方向系数，满足：

(2)式表明：排线电机2的速度的大小跟随收线电机1的角速度。

运动方向的控制实质就是确定sig的取值，sig的取值由收线工字轮5的内缘两端8、9在坐标轴上的对应的位置来触发，当排线电机2的位置第一次接触到临界位置，即收线工字轮内侧位置8、收线工字轮外侧位置9时，sig在+1与-1间切换，即执行下列命令：

sig＝-sig                                   (4)

排线伺服系统仿真图如图7所示，a图为收线电机角速度，b图为排线滑轮的线速度(由排线电机的转速折算而得)，c图为排线电机的位置曲线图。图中当排线电机到达临界位置(图中200)时，排线运动速度大小不变，方向折返。

为了防止切割线排成图2所示的不均匀情况，切割机每次断电重起时，需按照图8所示的运动方向连续的方式运行，所以在运行过程中判决排线电机的运动方向，并将方向标志位写入FLASH，保证掉电时记录的信息不丢失，下次重起时以此标志位来决定sig的值，其中图9为排线电机方向判决示意图。

为了提高机械系统设计的灵活性，对收线工字轮5的内缘宽度不做限制；因此，排线滑轮6的左右两侧临界点位置可变。利用电机的绝对值编码器4测量两侧临界点对应的坐标位置，通过人机界面输入确认，并将结果保存到FLASH里，系统将此临界值与排线电机2的位置进行比较，判决比较结果来控制sig的值。

采用上述实施例方法，工字轮内缘两侧的排线较为平整，测试结果表明：整个收线轮柱面整版厚度差及表面粗糙度都较小。可见这种排线方法能显著提高排线效果。

Claims (2)

1、一种基于伺服电机的排线控制方法，其特征在于，首先以排线电机自带的绝对值编码器原点为坐标系原点，以电机相对原点的偏转角度为自变量，建立排线电机的位置坐标系，根据收线工字轮的内缘两端的位置，设定排线滑轮位置移动区间，并将排线电机的速度和位置信息实时向运动控制器反馈，运动控制器再根据排线电机反馈的速度和位置信息和收线电机反馈的角速度，计算下一个采样周期排线电机的指令速度；所述排线电机的指令速度计算公式为：

v＝sig×K×ω；

其中上式中 $K=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}}$ 为比例常数，sig为运动方向系数，满足：

λ为排线匝距，表示当收线电机每转一圈时，排线滑轮运行一个匝距的路程；v表示排线滑轮的线速度大小；ω表示为放线电机的角速度。

2、根据权利要求1所述基于伺服电机的排线控制方法，其特征在于，所述分别连接在收线工字轮、排线滑轮上的收线，排线电机均采用交流伺服电机，采用绝对值光电编码器测量排线电机的速度和位置信息；采用增量型光电编码器测量收线电机的速度。

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