CN1160175C - 电子凸轮型旋转切割器控制方法及生成电子凸轮曲线的方法 - Google Patents

Abstract

在电子凸轮型旋转切割器的控制方法中，切割器由伺服电动机(3)驱动并在以电子凸轮曲线为基础根据微分变速进行长型和短型切割作业期间受到控制，在电子凸轮曲线的基础上，在整个区域内形成位置循环，把三次函数电子凸轮曲线用作为非切割区的位置模型(27)，且把二次函数的电子凸轮曲线用作速度模型(26)，从而能够产生自动适应于长型和短型切割作业及线度变化的相同规则算法进行控制。特别是在短型切割期不用减速就能进行这类切割，从而提高了生产率。

Description

电子凸轮型旋转切割器控制 方法及生成电子凸轮曲线的方法

技术领域

本发明涉及控制机器的方法，该方法是通过使用伺服电动机及生成具有对下一个循环进行预测的电子凸轮曲线对一个循环中特定部件的运动进行限定来控制机器，这类特定部件如把连续传送的板纸、铁片等连续切割成恒定长度且不停止传送的旋转切割器，或者在连续传送的膜、纸等同步进行密封作业的连续封装机械。

现有技术

现有技术中作为对旋转切割器进行切割控制的方法，已知如JP-A-5-337729公开的运动控制器。图20是现有技术中这种运动控制器的控制框图。用电子齿轮203以任选的比率对传送工件215的速度和传送距离进行转换，且脉冲配电器(1)204生成命令脉冲。通过设定装置205输入工件的切割长度，利用命令数据计算部206获得转动刀片的相关位置量，从脉冲配电器(2)208输出相关脉冲，通过合成电路209把这些脉冲相互结合，从而进行伺服控制。

但是，在这种情况下，如图21速度模型图所示，把传送工件215的传送速度设定为图21A所示的V₁，并用配电器(1)把旋转刀片213的周速度调整为等于图21B所示的工件传送速度V₁，因传送工件215的切割长度并不是与转动刀片的周长相匹配的，要用速度波形V₂校正该速度生成图21C所示的转动刀片位置校正命令(通过配电器2的输出)，并且，如图21D所示，把切割区控制为与传送工件215的线速度相同的速度，非切割区(校正区)附加控制为速度V₃＝V₂+V₁。

进一步来说，这种情况下如图21E和21F所示校正方向，在长型切割作业中，切割长度大于刀片的周长，在减速操纵中进行实质控制。除了对这种旋转切害器进行控制外，对垂直连续包装机械中的横向密封机等也能进行驱动控制。

图22是表示现有技术中电子凸轮控制一个实例图，并且是JP-A-7-311609公开的电子凸轮控制框图。在图22中的结构中，把根据装载部313的操作特性预备的凸轮曲线319输进计算装置的CPU301中，CPU301输出位置命令值(S)、速度命令值(V)和加速命令值(A)给比较器，该比较器中减数器分别与计数器、V/F转换器或微分器相结合的，并且在PG314的输出脉冲的基础上实现FB控制，该PG314用于检测装载部313的替换。

不过，在现有技术的例子中，如在JP-A-5-337729的情况下，校正方法并不是新方法，该方法是通过对相应于周长和切割长度间差异的变速进行加速(在短型切割作业中)或减速(在长型切割作业中)来调整切割时间，从而达到或形成旋转刀片的周速度等于作业线的线速度V₁。在与控制位置有关的控制存贮器，合适的位置模型也不是由电子凸轮曲线等生成的。因此，速度控制主要是根据校正速度的加速和减速来控制的。

在这种变速控制中，如图24所示，特别是在旋转切割器的控制中，由于在加速和减速期间所需要的转矩峰高，在短型切割作业中必须要减速线速度。这导致的问题是降低了生产率。

在JP-A-7-311609提供的方案中，提出根据预备的凸轮曲线319(位置模型)尽可能地利用控制器减速随后推迟的技术，这种结构使用的不是凸轮曲线而是与现有技术中的线性结构相同的类型。即，图22所示的这种结构是通过CPU把前馈速度和力矩补偿附加到图23所示的位置控制中，并且使用的是传统伺服电动机，属于传统控制技术范围。当只根据速度模型通过CPU生成速度命令(V)和加速命令(A)时，必须在扫描期进行微分作业。这种方式生成的速度命令(V)和加速命令(A)已经落在驱动速度之后。因此，其效果是速度降为原始速度的一半，除非设有预控点计量器。

如上所述，现有技术体系中存在的问题是可追溯性太差，降低了控制精度。

本发明的目的在于提供一种控制电子凸轮型旋转切割器的方法以及生成电子凸轮曲线方法，以对旋转切割器或连续包装机的控制为例，利用伺服电动机进行驱动，在整个区域中进行位置循环的同时进行校位控制，限定了延伸到下一个循环的连续校正体系的电子凸轮控制，由于控制产生能自动适应于长型切割和短型切割长度或袋长度的相同规则算法，特别是提高了短型切割作业中生产率，具有极佳的追溯性，并且能提高控制精度。

发明概述

为了达到这个目的，本发明提供了一种配置有电子凸轮的旋转切割器控制方法，由伺服电动机驱动旋转切割器，在长型切割和短型切割作业期间在电子凸轮曲线的基础上通过不同速度模型进行控位，其特征在于在电子凸轮曲线的基础上在每个区域中随时进行位置控制，把用三次函数表示的电子凸轮曲线用作非切割区的位置命令，从而确认包括切割期在整个区域中位置偏差控制到最小。

根据这种结构，要控制的校位模型是先预备的，根据位置模型在包括切割区和非切割区的整个区域上每时进行位置控制，从而能在电子凸轮曲线基础控制校正切割位置。作为电子凸轮曲线，对位置模型使用三次函数，对速度模型使用二次函数。在一种规则算法的基础上，通过对切割作业完成时位置与速度间连续相关性的控制贮存，并在下一个切割作业循环开始时保持这些贮存，能以极佳的追溯性限定切割位置，相同的规则算法能自动地适应于长型切割和短型切割作业以及线速变化。

根据本发明的另一方面，提供了一种配置有电子凸轮的旋转切割器控制方法，在长型切割和短型切割作业期间在电子凸轮曲线的基础上通过不同速度模型进行控位，其特征在于在电子凸轮曲线的基础上在每个区域中随时进行位置控制，把用三次函数表示的电子凸轮曲线用作非切割区的位置命令，同时，把二次函数的速度用于减小切割器伺服电动机的转矩效应值，不必把线速度降至小于现有技术中的大小，从而在保持100％的线速度下进行切割。

根据这种结构，在电子凸轮曲线基础上建立的速度模型是二次曲线，在非切割区中加减速所需力矩是分散在整个区域上的，该力矩的算术平方根小于加减速时间有点短的变速时的力矩算术平方根。特别是在加减速频率较高的短型切割作业中，即使不降低线性速度也能使切割到的长度短于现有技术所切割的长度。

在这种控制电子凸轮型旋转切割器的方法中，在切割区域中螺旋刃片生成凸轮曲线图的速度模型与线性速度一致，在非切割区域中短型切割作业时二次曲线升高而长型切割作业时二次曲线降低；直刀片速度模型与螺旋刀片的速度模型不同，在切割区中直刀片速度只与1/cosθ成比例。

根据这种结构，螺旋刀片和直刀片可以用二次曲线速度模型进行相同的控制。在直刀片的情况下，切割区中的速度模型设定为1/cosθ，在线性速度下使工件连续传送，以与螺旋刀片下相同的方式在垂直于传送方向的方向中被切割。

根据本发明的另一方面，还提供了一种生成电子凸轮曲线的方法，其特征在于，对于由伺服电动机驱动的垂直连续包装机的水平密封机械的旋转机械或把工件切割成恒定长度的旋转切割器来说，在一个循环的特定相区中依次把一个工件进行密封或切割的作业完成后，进行的位置控制使用的是提供位置命令的三次函数和提供前馈速度对一个位置命令公式进行微分所得的二次函数，三次函数是根据包含预测下一个循环作业开始的连续相关控制图得出的，这样能使工件的袋长度或切割长度自动地相应于每个M(M＝1，2，…，密封表面数或刀刃数目)的环状周长大小，从而得到带有包括切割时在整个区域中极大降低位置偏差的最优电子凸轮曲线。

根据这种结构，当转动机械一个循环中的特定相区(密封区或切割区)中与膜、纸或工件的线性速度同步进行密封或切割作业时，把位置模型作为位置命令，把速度模型作为连续相关控制的速度前馈，这种相关控制是把三次函数作为凸轮曲线(位置模型)，该凸轮曲线满足最终位置、特定相区速度、下一个循环特定相区中的起始位置及速度四个限定条件。把微分值的二次函数作为速度模型，包括对下一个循环的的预先控制，并且可以识别出再次满足下一个循环特定相区中起始时与线性速度一致的位置和速度。

在生成凸轮曲线的方法中，密封区或切割区中横向密封机械或切割刀片的转动速度n₂和转动位置y₂是

n₂＝N₁    (rpm)

y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M     (rev)

其中，N₁是起始点的线速度，Y₁是切割点的转动位置，t₃是切割始点的时间，Tc是一个循环的时间，

非密封区或非切割区的曲线方程是具有满足时间T₁和T₂的速度V₁和V₂及位置X₁和X₂四个限定条件的四个相关系数的三次函数，位置x和用微分的位置x获得的速度v表示为：

x＝At³+Bt²+Ct+D    (rev)

v＝3At²+2Bt+C       (rps)

把(T₁，X₁)和(T₂，X₂)代入方程x，把(T₁，V₁)和(T₂，V₂)代入方程v，这些方程用于计算A、B、C和D，把T₁＝0，T₂＝t₃，X₁＝0，X₂＝Y₁，V₁＝N₁/60，V₂＝N₁/60代入方程得出A、B、C和D，把非密封区或切割区的转速设为n₁、转动位置设为y₁，把密封区和非切割区的转速设为n₂、转动位置设为y₂，得出的凸轮曲线方程如下：

n₁＝60(3At²+2Bt+C)    (rpm)

n₂＝N₁(常数)          (rpm)

y₁＝At³+B^t2+Ct+D     (rev)

y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M    (rev)

根据这种结构，当把四个限定条件(T₁，X₁)和(T₂，X₂)及(T₁，V₁)和(T₂，V₂)的系数代入具有四个系数的三次函数时，

位置x＝At³+Bt²+Ct+D

其微分方程或速度v＝3At²+2Bt+C

用该方程来求A、B、C和D，得出下式：

A＝{2(X₁-X₂)-(T₁-T₂)(V₁+V₂)}/K

B＝[(V₁-V₂)(T₁-T₂)(T₁+2T₂)-3(T₁+T₂){X₁-X₂-V₂(T₁-T₂)}]/K

C＝{6(X₁-X₂)T₁·T₂+3(T₁+T₂)(V₁·T₂ ²-V₂·T₁ ²)+2(T₁ ²+T₁·T₂+T₂ ²)(V₂·T₁-V₁·T₂)}/K

D＝-[(X₁-V₁·T₁)T₂ ²(3T₁-T₂)+(X₂-V₂·T₂)T₁ ²(T₁-3T₂)+2(V₁-V₂)T₁ ²·T₂ ²]/K

K＝-(T₁-T₂)³

当把T₁→0(切割或密封区的终止时间)，T₂→t₃(下一个循环切割区的起始时间)，X₁→0(T₁时的位置)，X₂→Y₁(T₂＝t₃时的位置)，V₁→N₁/60(T₁＝0时的速度)，V₂→N₁/60(T₁＝0时的速度)代入计算A、B、C和D公式而获得A、B、C和D值时，就可以获得凸轮曲线方程：

n₁＝60(3At²+2Bt+C)

n₂＝N₁(常数)

y₁＝At³+Bt²+Ct+D

y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M

附图简要说明

图1是本发明一个第一实施例中电子凸轮型旋转切割器控制方框图；

图2是图1所示旋转切割器的模式图；

图3A和3B是表示图2所示各种旋转切割刀片图；

图4A至4D是表示图2所示旋转切割刀片的结构图；

图5是表示图2所示旋转切割刀片和工件间位置关系的示图；

图6A和6B是表示图1中旋转切割器中螺旋刀片的凸轮曲线图；

图7A和7B是表示构成图6所示凸轮曲线的函数图；

图8是表示构成图6所示凸轮曲线的凸轮曲线方程图；

图9A和9B是表示图1所示切割器的为直刀片时的凸轮曲线图(此后该图将参照为图9)；

图10是表示图9所示凸轮曲线的凸轮曲线方程的示图；

图11A和11B是表示转矩和图6所示速度模型关系图(此后将该图参照为图11)；

图12A和12B是表示包括图6所示二次函数速度模型和现有技术中变速模型的示图(此后将该图参照为图12)；

图13A和13B是表示图12所示变速模型的生成示图(此后将该图参照为图13)；

图14是图1所示旋转切割器的LV曲线图；

图15本发明一个第二实施例中垂直连续包装机中横向密封机械的控制方框图；

图16A和16B是表示图15所示横向密封机械结构示图(此后该图将参照为图16)；

图17是表示图16中双加热器式横向密封机械中位置关系示图；

图18A和18B是表示图15中横向密封机械凸轮曲线图(此后该图将参照为图18)；

图19是表示图18所示凸轮曲线的凸轮曲线方程示图；

图20是表示现有技术运动控制器的控制方框图；

图21A至21F是表示图20所示控制器的速度模型图；

图22是表示现有技术中电子凸轮控制的方框图；

图23是表示现有技术中伺服电动机的控制方框图；

图24A和24B是表示现有技术的变速波形模型及转矩的示图(此后该图将参照为图24)。

本发明实施的最佳方式

下面，结合附图说明本发明的一个第一实施例。

图1至图14表示本发明的第一实施例。

参照图1，1表示进行常量扫描控制的数字控制器，2表示驱动伺服电动机3的伺服驱动器，4表示用于电动机3的脉冲发电机，11表示把纸、铁片等切割成恒定长度的旋转切割器，12表示探测工件传送距离的测量辊，13表示传送工件的喂入辊，14表示探测工件注册标记的注册标记探测器。

参照号20表示计数器，21表示根据命令值对伺服驱动器2进行转换的D/A转换器，22表示微分电路，23表示倍增器。参照号24表示能在一个切割长度的一个循环中生成波相的锯齿波生成路，25表示波相，26表示电子凸轮曲线的速度模型生成器，27表示位置模型生成器，28表示注册标记校正电路，29表示位置命令，30表示位置控制增益。

下面，说明作业。

第一实施例用于控制旋转切割器，该切割器连续地把图2所示连续运送的板纸、铁片等切割成恒定长度且不停止传送。如图3所示，11可以根据刀片安装架的形状装上图3A所示的直刀片和图3B所示的螺旋刀片，由于切割作业中直刀片需要很高的压力，常不使用直刀片。因此，将主要说明螺旋刀片。而对于直刀片，仅以补充方式对其控制方程等进行说明。如图4A、4B、4C和4D所示，除了使用单刀切割器外，还可以使用双刀、三刀或四刀(刀片的数目用M表示)切割器，这些切割器基本是以同一方式进行作业的，除了切割长度的一个循环变为周长/2、周长/3或周长/4。因此，将只描述单刀片切割器。

在这个实施例中，如图5所示，在把同步区(切割区)的终点设定到一个循环始点t＝0的同时，确认利用连续相关控制的电子凸轮控制，并且生成包括对下一循环切割区起点预测的电子凸轮曲线。

在实践中，进行类似图6所示电子凸轮曲线的控制。图6A表示速度模型，图6B表示位置模型，区(1)是非切割区，区(2)是切割区。N₁是切割区的转速，n₂是切割区的速度，t₃是开始切割作业的时间，y₁是非切割区的位置模型，y₂是切割区的位置模型，Y₁是切割作业开始位置。

对于生成这种凸轮曲线的方法来说，当切割半径类似图5中r＝(mm)、切割数＝N₀(bpm)、切割长度(长型切割或短型切割)＝L₀(mm)，同步角＝θ₀(°)时，可得出下式：

工件(纸等)速度V_L＝N₀×L₀/1000(m/min)

一个循环时间Tc＝60/N₀(sec)

切割起点的速度N₁是

N₁＝1000×V_L/2πr    (rpm)

当切割区的时间是t₀(sec)时，从切割区的传送距离可以得出下式：

N₁/6₀×t₀＝θ₀/360

∴t₀＝θ₀/6N₁

因此，可以获得切割起点时间：t₃＝Tc-t₀(sec)和在t＝t₃j时的转动位置Y₁＝1/M-θ₀/360    (rev)

随后，获得图6所示的切割区(2)中切割器的速度和位置如下：

速度n₂＝N₁    (rpm)

位置y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M    (rev)

其中在单刀片切割器的情况下，1/M＝1。

通过对比，对于切割区(1)来说，所要求的曲线方程要满足图6所示t＝0时的速度N₁(rpm)和位置0(rve)以及t＝t₃时的速度N₁(rpm)和位置Y₁(rev)。

总的来说，如图7A所示，具有四个系数的三次函数符合满足t＝T₁时的速度V₁和位置X₁及t＝T₂时的速度V₂和位置X₂四个限定条件的位置曲线方程。

因此，当位置是x＝At³+Bt²+Ct+D    (rev)，(1)

通过对位置微分所得公式(2)计算出速度v

速度v＝3At²+2Bt+C    (rps)，(2)

当把四个系数(T₁，X₁)和(T₂，X₂)代入上述公式(1)，并把(T₁，V₁)和(T₂，V₂)代入公式(2)时，且把公式用K除后用下列公式(3)得出A、B、C和D：

A＝{2(X₁-X₂)-(T₁-T₂)(V₁+V₂)}/K

B＝[(V₁-V₂)(T₁-T₂)(T₁+2T₂)-3(T₁+T₂){X₁-X₂-V₂(T₁-T₂)}]/K

C＝{6(X₁-X₂)T₁·T₂+3(T₁+T₂)(V₁·T₂ ²-V₂·T₁ ²)+2(T₁ ²+T₁·T₂+T₂ ²)(V₂·T₁-V₁·T₂)}/K

D＝-[X₁-V₁·T₁)T₂ ²(3T₁-T₂)+(X₂-V₂·T₂)T₁ ²(T₁-3T₂)+2(V₁-V₂)T² ₁·T₂ ²]/K

K＝-(T₁-T₂)³    (3)

当把图6所示的动态模型系数

T₁→0(切割区的终止时间)，

T₂→t₃(下一个循环切割区的终止时间)，

X₁→0(T₁时的位置)，

S₂→Y₁(T₂＝t₃时的位置)，

V₁→N₁/60(T₁＝0时的速度)，

V₂→N₁/60(t₃时的速度)代入A、B，C和D的计算公式得出A、B、C和D值时，

n₁＝60(3At²+2Bt+C)    (rpm)

n₂＝N₁(常数)          (rpm)

y₁＝At³+Bt²+Ct+D     (rev)

y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M    (rev)

如同旋转切割器螺旋刀片的凸轮曲线方程，在单刀片切割器情况下1/M＝1。

图8表示旋转切割器螺旋刀片的凸轮曲线方程。该方程完全满足t＝0和t＝t3时的速度及位置限制条件。因此，相同的规则算法能自动地符合切割长度长于园周长的长型切割作业情况、切割长度短于园周长的长型切割作业情况，也符合线性速度变化的情况。所以，图6A所示的模型，在区域(1)的非切割区以二次函数的形式提高了在短型切割割作业中的速度，而以二次函数的形式降低了在长型切割作业中的速度。

图9和10表示直刀片时的凸轮曲线方程和凸轮曲线模型。对于非切割区(1)的凸轮曲线来说，螺旋刀片的凸轮曲线严格地与直刀片的凸轮曲线一致，并且，在直刀片的情况下，切割区(2)的速度与1/cosθ成比例，如图9A所示。

下面参照图1来进一步说明利用所得出的速度及位置凸轮曲线方程所进行的旋转切割器电子凸轮控制。

从测量辊12取出用于探测类似纸或铁片工件传送距离的脉冲输出，输进数字控制器1，该数字控制器进行恒定期扫描控制，然后由计数器20a计数。利用锯齿波生成电路24重复得出一个循环中最大值等于相应切割长度脉冲量θM的相值θ。再利用上述图6所示的凸轮曲线把该相值θ输入与一个循环相适应的位置模型生成电路27和速度模型生成电路26，得出每时的位置命令Yref29和速度命令。

对于位置命令Yref来说，当一个循环完成时，对该一个循环的最大位置值(相应于切割长度的伺服电动机的转动脉冲量)进行附加，从而把该旋转切割器11控制为在同样的方向中连续旋转。

对于以此所生成的位置命令来说，使用来自伺服电动机3的脉冲发生器的脉冲计数值进行后馈控制，并且使用生成的位置控制使位置误差ε接近0，从而每时确认电子凸轮控制。

对于速度模型来说，图8或图10的凸轮曲线方程是在纸等传送速度100％稳态条件下先获得的。把利用微分电路22得出的动态速度标准化所获得的V(p，u)与速度模型生成电路26的输出相乘，根据纸等动态传送速度把该速度作为前馈速度以加强追溯性。

当切割预印纸等时，对同时印刷着的每页印刷的注册标记(条码)由注册标记探测器14来探测，由注册标记校正电路28来校正位置误差或类似误差。

图8和图10所示凸轮曲线方程是在与其相关的该t时得出的。或者，在一个控制中所用这种方程也可以用纸等传送距离来代替该时间，即用相θ(脉冲)。

当纸等传送距离表示为V_L(mm/s)时，在一个循环中t＝t_n时的纸等传送距离表示为x_n(mm)，把一个循环中相同时间的脉冲计数量表示为P_n(脉冲)，脉冲重量表示为P_w(mm/p)，得出下式：

P_n·P_w＝V_L·t_n

P_n＝V_L/P_w×t_n

＝K×t_n其中，K＝V_L/P_w

结果，可以用来自测量辊12的脉冲计数量P_n(即相θ)代替时间t_n。

在现有技术的控制中，如图24所示，表示现有技术体系中的速度模型和转矩，图24A所示的非切割区的速度模型具有不规则波形，为了满足循环时间并获得切割前稳定速度的时间，如图24B所示，把加速或减速时间设定为某种短的程度。因此，加速或减速期间所需的转矩峰变高，转矩Trms的算术平方根趋于变大。特别是在短型切割作业中，加速或减速的频率增高，因此Trms超过100％。为了阻止生成这种现象，必须降低线速度，结果大大降低了生产率。

所示的图14表示线速度与切割长度的关系，表示旋转切割器生产率的重要指数LV曲线的特性大大受损，参见点划线所示。

进行对比，图11是表示本发明速度模型和转矩的示图。在本发明的实施例中，非切割区(1)的速度模型是图11A所示的二次曲线。因此加速或减速所需的转矩在图11B所示的整个区域(1)上消失，因此能提高效率。

图12是本发明的二次函数速度模型与现有技术中变速模型比较的示图。用诸如图12A的二次函数速度模型进行非切割区中相同距离上的运动，而以诸如图12B的变速模型进行类似运动，为了简化说明，假设在二次函数类型的情况下，经过时间t＝0和1时的二次函数最大值为1，并且在面积S₁(相当于非切割区)进行运动。在这种情况下，二次函数速度方程用下列方程表示：

N＝-4(t-0.5)²+1                       (4)

由微分公式(4)得出加速a如下：

α＝dN/dt＝-8(t-0.5)                  (5)

如公式(6)所示，传送距离S1由从t＝0至t＝1时积分公式(4)得出

S₁＝∫¹ ₀{-4(t-0.5)²+1}dt

＝2/3

≌0.667                               (6)

当把加速αrms的算术平方根用作转矩的算术平方根时，得出下式(7)：

$\mathrm{\αrms}=\sqrt{{{\∫}_0}^1\{-8{(t-0.5)}^2\}\mathrm{dt}}$

$=4/\sqrt{3}$

$\≅2.309--------\left(7\right)$

在图12B的不规则波形的情况下，把加速或减速的时间定为tα＝0.1，当速度的最大值是Nt时，传送距离S2是：

S₂＝(0.8+1)×Nt/2

从S₁＝S₂

Nt＝0.7407                            (8)

加速如下

当0≤t＜0.1时     α＝0.7407/0.1＝7.407

当0.1≤t＜0.9时   α＝0

当0.9≤t≤1时     α＝-7.407          (9)

公式(9)具有三个αs，

从公式(9)，获得加速的算术平方根为公式(10)

$\mathrm{\αrms}=\sqrt{{\left(7.407\right)}^2\×0.1+{(-7.407)}^2\×0.1}$

$=3.312---------\left(10\right)$

由上述计算可以看出，二次函数波形的算术平方根公式(7)与不规则波形情况中的公式(10)间的关系是(7)＜(10)，或者二次函数的αrms小于不规则波形的αrms。

在这个实施例中不规则波形中加速的时间tα＝0.1。图13是表示由图12所示不规则波形得出的速度模型，并设定0＜tα＜0.5。当生成加速或减速时间，且认为在这种方式中达到tα时，图13中的传送距离S2为：

S₂＝{(1-2tα)+1}×Nt/2

因S1＝S2，得出下式：

Nt＝2/3(1-tα)                        (11)

加速如下

当0≤t＜tα时           α＝Nt/tα

当tα≤t＜(1-tα)时     α＝0

当(1-tα)≤t≤1时       α＝-Nt/tα   (12)

公(12)具有三个αs，

从公式(12)，获得加速的算术平方根为公式(13)

$\mathrm{\αrms}=\sqrt{{(\mathrm{Nt}/\mathrm{t\α})}^2\·\mathrm{t\α}+{(-\mathrm{Nt}/\mathrm{t\α})}^2\·\mathrm{t\α}}$

$=2/3(1-\mathrm{t\α})\×\sqrt{2/\mathrm{t\α}}---------\left(13\right)$

为了得到给出公式(13)的最小值的tα，设定dαrms/d tα＝0，得出下式

tα＝1/3                              (14)

因此，最小值变为公式(15)

α_rms|tα＝1/3＝√6

≌2.45                                (15)

从上述可以看出，在范围0＜tα＜0.45中且在不规则波的情况下，如图13B所示，得出αrms≥2.45

即使在这种情况下，得出(7)＜(15)，或者，即使当不规则波的速度模型设定为具有任何增时或减时时，二次函数速度模型转矩的算术平方根较小。

结果在图14的LV曲线中，根据现有技术不规则波形，短型切割作业中的线速度必须较早地降低。但根据本发明的体系，切割作业可以改进为即使在相当短的范围内线速度也能保持为100％。因此，与现有技术中不规则波形体系相比，能提高生产率。如上所述，现有技术中不规则波形速度模型中减速或加速时tα通常设定的有点短。随后，这种效果却极大。

下面，参照附图说明本发明的第二实施例。

图15-19涉及本发明第二实施例的示图。

参照图15，41表示进行恒定扫描控制的数字控制器，42表示驱动伺服电动机43的伺服驱动器42，44表示电动机43的脉冲生成器，45表示探测传送类似纸或膜工件线性速度的线PG，46a和46b表示具有加热面及正密封密封面的包装机的横向包装机械。

参照号50a和50b表示计数器，51表示根据命令值对伺服驱动器2进行转换的D/A转换器，52表示微分电路，53表示减倍器，54表示倍增器。55表示能在密封的一个循环中生成波相的锯齿波生成电路，56表示相，57表示电子凸轮曲线的速度模型生成器，58表示位置模型生成器，59表示位置命令60表示位置控制流。

下面，将说明作业。

第二实施例是如图16所示的垂直连续包装机的横向包装机械，图16A是具有单一加热器的横向包装机械，图16B是具有双加热器的横向包装机械。该机械是由伺服电动机43驱动的。为了连续进行横向密封而不停运类袋膜等，每个顶部末端的加热器面构成周边部分的横向密封机械安置为双边对称，且在周速等于膜速的状态下横向加热器压在膜上，确认预定时(密封时间)的横向密封。

图17表示横向密封机械中双加热面46的位置关系。理论上加热器的数目可以是复数或3，4个，因此，可以根据要生成的面数M(M＝1，2，)进行这种考虑。

在这个实施例中，如图17所示，在由连续相关控制确认电子凸轮控制的同时，把密封区终点设定为一个循环的起点t＝0，并且生成具有对下个循环密封区开始点预定的凸轮曲线。

在实际中，进行的是类似图18所示的凸轮曲线模型导出的控制。图18A表示速度模型，图18B表示位置模型，区(1)是非密封区，区(2)是密封区。N₁是密封区中的转速，n₂是非密封区中的转速，T_c是一个循环时间，t₃是开始密封作业的时间，y₁是非密封区的位置模型，y₂是密封区的位置模型，Y₁是密封作业的开始位置。

对于生成这种凸轮曲线的方法来说，如图17所示，当横向密封机械的半径＝r(mm)时，要形成的袋数＝N₀(bpm)、袋长＝L₀(mm)、同步角＝θ₀(°)

具有下列关系：

膜及类似物速度V_L＝N₀×L₀/1000(m/min)

一个循环的时间T_c＝60/N₀(sec)

并且，密封开始点的速度N1是

N₁＝1000×V_L/2πr    (rpm)

当密封区的时间是t₀(sec)时，根据密封区的传送距离得出下式

N₁/60×t₀＝θ₀/360

∴T₀＝θ₀/6N₁

因此，获得密封开始时间t₃＝Tc-t₀(sec)，并且，在t＝t3时的转动位置是

Y₁＝1/M-θ₀/360    (rev)

随后，得出图18所示密封区(2)中横向密封机械的转速和位置如下：

转速n₂＝N₁    (rpm)

转动位置y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M

同非密封区(1)相比，曲线方程满足了图18所示t＝0时的速度N₁(rpm)和位置0(rev)，并要求t＝t₃时的速度N₁(rpm)和位置Y₁(rev)。

如在前一个实施例中的7A所示，在进行与第一个实施例相同的推导过程，具有四个相应于位置曲线方程系数的三次函系数满足四个限定条件：t＝T₁时的速度V₁和位置X₁，t＝T₂时的速度V₂和位置X₂。

用相同的方式，所以，当位置是x＝At³+Bt²+Ct+D    (rev)，(1)

时，通过对位置微分所得方程(2)得出速度v

速度v＝3At²+2Bt+C    (rps)    (2)

把四个系数(T₁，X₁)和(T₂，X₂)代入上述方程(1)且把(T₁，V₁)和(T₂，V₂)代入方程(2)，用K除该方程，求出A，B，C和D，得出下列方程(3)的(A，B，C，D)

A＝{2(X₁-X₂)-(T₁-T₂)(V₁+V₂)}/K

B＝[(V₁-V₂)(T₁-T₂)(T₁+2T₂)-3(T₁+T₂){X₁-X₂-V₂(T₁-T₂)}]/K

C＝{6(X₁-X₂)T₁·T₂+3(T₁+T₂)(V₁·T₂ ²-V₂·T₁ ²)+2(T₁ ²+T₁·T₂+T₂ ²)(V₂·T₁-V₁·T₂)}/K

D＝-[(X₁-V₁·T₁)T₂ ²(3T₁-T₂)+(X₂-V₂·T₂)T₁ ²(T₁-3T₂)+2(V₁-V₂)T¹ ₂·T₂ ²]/K

K＝-(T₁-T₂)³                    (3)

当所图18所示的动态模型系数T₁→0(密封区的终止时间)，T₂→t₃(下一个循环密封区的终止时间)，X₁→0(T₁时的位置)，X₂→Y₁(T₂＝t₃时的位置)，V₁→N₁/60(T₁＝0时的速度)，V₂→N₁/60(t3时的速度)代入A、B，C和D的计算公式得出A、B、C和D值时，把得出的

n₁＝60(3At²+2Bt+C)    (rpm)

n₂＝N₁                (rpm)

y₁＝At³+Bt²+Ct+D      (rev)

y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M    (rev)

作为类似图19的横向密封机械的凸轮曲线方程。

图19表示的是横向密封机械46的凸轮曲线方程。该方程完全满足t＝0和t＝t₃时的速度和位置限定条件。如图18所示，在袋长＝(周长/M)的情况下，速度是N₁(常量)，在袋长＜(周长/M)的情况下，速度以二次函数的形式提高，在袋长＞(周长/M)的情况下，速度以二次函数的形式减速。

在本实施例中，可以自动确认上述内容。甚至在条件变化的情况下，如要形成的袋体长度变化的情况下，由控制器41来处理四个未知同步方程，瞬间得出新的凸轮曲线(位置模型、速度模型)，确认具有极佳追溯性的控制。

下面参照附图15进一步说明横向密封机46的电子凸轮控制，这种控制是通过使用中得出的速度和位置凸轮曲线方程来进行的。

把来自探测膜、纸等的线路PG45的输出脉冲传送给数字控制器41，该控制器进行稳期扫描控制，然后由计数器50a计数。通过锯齿波生成电路55重复得出一个循环中的相θ，最大值等于对应于袋长度的脉冲量θ_M。把该相输进与上述一个循环相对应的位置模型生成电路58和速度模型生成电路57，在每个瞬间都得到位置命令Yref59和速度命令，

对于位置命令Yref来说，当完成一个循环时，进行该循环的最大位置值(与横向密封机械的1/Mrev相应的伺服电动机43的转动脉冲量)附加，从而把横向密封机械46控制为在相同方向中连续转动。

对于由此所生成的位置命令来说，通过使用来自伺服电动机43的脉冲发生器44的脉冲计数值进行反馈控制，使导出的位置的位置误差ε接近0，从而确认每瞬时的电子凸轮控制。对于速度模型来说，图19的凸轮曲线方程是在膜、纸等100％传送速度状态下预先得出的。把除以由微分电路52得出的动态速度V而获得的V(p，u)用速度模型生成电路57的输出增倍为100％速度(100％)的倍数，根据动态膜、纸等的动态传送速度，把该速度用作一种反馈，以便强化追溯性。

图19所示的凸轮曲线方程是与t时相关的。或者，用膜、纸等传送距离即相θ(脉冲)替换时间的同时，把这种方程用在控制中。

当膜或类似物的传送距离表示为V_L(mm/s)时，在一个循环中t＝t_n时膜或类似物的传送距离表示为x_n(mm)，在一个循环中相同时间时的脉冲计数量表示P_n(脉冲)，脉冲重量表示为P_w(mm/p)，得出下式：

P_n·P_w＝V_L·t_n

P_n＝V_L/P_w×t_n

  ＝K×t_n，其中K＝V_L/P_w

结果，时间t_n可以用来自测量辊12的脉冲计数量P_n(即相)来替换。

如上所述，该实施例具有很高的追溯性，并能以完全自动的方式符合条件的变化。在现有技术体系中，横向密封机械是装配在用于输送类似膜的工件的驱动轴上的，并且在恒定转动条件下被驱动。因此，在单加热器类型中，只能密封相应于周长的一个长度的袋，在同轴180的双加热器密封机械类型中，只能密封相当于半个周长长度的一个袋。当另一个长度的袋将被密封时，必须用具有不同半径的横向密封机械来替换该横向密封机械。在这种情况下，能被密封的袋的是一个袋的长度而不是一个周长或半个周长。因此延长了准备时间，且降低了工作效率。与此相比较，本实施例利用电子凸轮能迅速自动符合所有袋长度。所以，显著降低了成本，提高了生产率。

工业实用性

如上所述，根据本发明，在控制电子凸轮型旋转切割器的方法中，以电子凸轮曲线为基础在整个区域内形成定位环，把三次函数的电子凸轮曲线用作非切割区的位置模型，把二次函数的电子凸轮曲线用作速度模型，从而能用生成的相同规则算法自动符合长型和短型切割作业以及线速度变化。因此，使用电子凸轮曲线的电子凸轮控制产生的效果是由生成的同样规则算法的控制能自动符合长型和短型切割作业以及条件变化，在这种电子凸轮曲线中非切割区的位置模型是三次函数，而速度模型是二次函数，极大地加强了其追溯性，改善了旋转切割器的控制效率。

在控制旋转切割器的方法中，以电子凸轮曲线为基础在整个区域内形成定位环，把三次函数的电子凸轮曲线用作非切割区的位置模型，把二次函数的电子凸轮曲线用作速度模型，即使在长度范围短于现有技术范围的情况下也不用降低线性速度，能在保持100％线速度的同时进行切割作业。在短型切割作业中，不降低速度也能切割，大大提高了生产效率。

在由伺服电动机驱动后，在旋转机械一个循环的特定区域中，与类似膜或纸工件同步进行密封作业、切割作业等，根据包含预测下一个循环中作业开始点的连续相关控制系统，把三次函数用于位置命令，把二次函数用于速度前馈，从而获得最适电凸轮曲线，同时，使一个袋长或工件的切割长度自动地相应于周长/M值。因此，在一个密封作业、一个或其它的作业完成后，能特定的获得包括对下一个循环中的密封或切割开始位置进行预定的位置和速度模型，效果是自动地得出最佳凸轮曲线，同时使袋长度或切割长度自动相应于周长/M的大小关系。

Claims (5)

1、一种配置有电子凸轮的旋转切割器控制方法，由伺服电动机驱动旋转切割器，在长型切割和短型切割作业期间在电子凸轮曲线的基础上通过不同速度模型进行控位，其特征在于在电子凸轮曲线的基础上在每个区域中随时进行位置控制，把用三次函数表示的电子凸轮曲线用作非切割区的位置命令，从而确认包括切割期在整个区域中位置偏差控制到最小。

2、一种配置有电子凸轮的旋转切割器控制方法，在长型切割和短型切割作业期间在电子凸轮曲线的基础上通过不同速度模型进行控位，其特征在于在电子凸轮曲线的基础上在每个区域中随时进行位置控制，把用三次函数表示的电子凸轮曲线用作非切割区的位置命令，同时，把二次函数的速度用于减小切割器伺服电动机的转矩效应值，不必把线速度降至小于现有技术中的大小，从而在保持100％的线速度下进行切割。

3、根据权利要求1或2所述的配置有电子凸轮的旋转切割器控制方法，其特征在于螺旋刀刃凸轮曲线图速度模型中在切割区域中与线速度相同，在非切割区域中，短型切割作业时提高形成向上凸的二次曲线，长型切割作业时降低形成向下凸的二次曲线；与螺旋刀刃的速度模型相比，直刀刃速度模型是不同形式的速度模型，在切割区中的速度只与1/cosθ(θ表示切割时即时向下的刀刃角度)成比例。

4、一种生成电子凸轮曲线的方法，其特征在于，对于由伺服电动机驱动的垂直连续包装机的水平密封机械的旋转机械或把工件切割成恒定长度的旋转切割器来说，在一个循环的特定相区中依次把一个工件进行密封或切割的作业完成后，进行的位置控制使用的是提供位置命令的三次函数和提供前馈速度对一个位置命令公式进行微分所得的二次函数，三次函数是根据包含预测下一个循环作业开始的连续相关控制图得出的，这样能使工件的袋长度或切割长度自动地相应于每个M(M＝1，2，…，密封表面数或刀刃数目)的环状周长大小，从而得到带有包括切割时在整个区域中极大降低位置偏差的最优电子凸轮曲线。

5、根据权利要求4所述的生成凸轮曲线的方法，其特征在于，把密封区或切割区分别相应的水平密封机械或切割工具的转动速度设为n₂，把转动位置设为y2，起始点的线速度设为N₁，切割开始点的转动位置设为Y1，切割始点的时间设为t₃，一个循环的时间设为Tc，那么：

n₂＝N₁    (rpm)

y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M    (rev)

非密封区或非切割区的曲线公式是由三次函数给出的，该三次函数具有满足时间T₁和T₂的速度V₁和V₂及位置X₁和X₂四个限定条件的四个相关系数，位置x和对位置微分得出的速度v表示为：

x＝At³+Bt²+Ct+D    (rev)

v＝3At²+2Bt+C       (rps)

把上述(T₁，X₁)和(T₂，X₂)代入方程x，把上述(T₁，V₁)和(T₂，V₂)代入方程v，得出解A、B、C和D的公式，把T₁＝0，T₂＝T₃，X₁＝0，X₂＝Y₁，V₁＝N₁/60，V₂＝N₁/60代入公式得出A、B、C和D值；

把非密封区或非切割区中的转速设为n₁、转动位置设为y₁且把密封区或切割区的转速设为n₂、转动位置设为y₂，得出如下凸轮曲线方程：

n₁＝60(3At²+2Bt+C)    (rpm)

n₂＝N₁(常数)          (rpm)

y₁＝At³+Bt²+Ct+D     (rev)

y₂＝(1/M-Y₁)/(Tc-t₃)×(t-Tc)+1/M    (rev)

只要提供切割完成时的切割刀的位置与速度以及下一个切割开始时的切割刀位置和速度四个限定条件就可以得出非切割区位置命令公式和速度前馈公式。

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