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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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采用匯川MD320變頻器實(shí)現(xiàn)高精度位置同步控制

采用匯川MD320變頻器實(shí)現(xiàn)高精度位置同步控制

一、 引言
        在造紙行業(yè)中,經(jīng)常需要高精度位置同步控制,特別是切紙機(jī)這樣的機(jī)械,對(duì)于位置精度要求極高的情況下,靠普通變頻器的速度控制已經(jīng)難以滿足要求,一般只有采用直流或者交流伺服來(lái)解決,本文針對(duì)這一情況,提出了采用匯川MD320帶簡(jiǎn)易伺服功能變頻器,實(shí)現(xiàn)高精度位置同步控制在切紙機(jī)中的應(yīng)用方案。

二、 系統(tǒng)組成 

 

 

                                                              圖1采用變頻器控制的切紙機(jī)系統(tǒng)
 
        圖1中只畫出了和送紙和切紙相關(guān)部分的連接圖,放卷控制和傳送帶控制等無(wú)關(guān)部分在圖中未畫出。1#VF采用標(biāo)準(zhǔn)MD320變頻器,2# VF采用帶簡(jiǎn)易伺服功能的MD320非標(biāo)變頻器,兩臺(tái)變頻器都由PLC通過(guò)RS485通信來(lái)控制。1#VF變頻器采用閉環(huán)矢量速度控制模式,速度精度可達(dá)0.1%以上,用來(lái)控制控制送紙輥的轉(zhuǎn)速。同時(shí)送紙電機(jī)的A相速度脈沖,通過(guò)2# VF變頻器高速數(shù)字輸入口DI5輸入,作為同步跟蹤控制的脈沖輸入源,2# VF采用簡(jiǎn)易伺服功能控制模式,用來(lái)控制切紙輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和位置。

三、 帶簡(jiǎn)易伺服功能的MD320非標(biāo)變頻器的突出特點(diǎn):
1.同步控制:實(shí)時(shí)調(diào)整切紙輥運(yùn)行頻率,使切紙輥旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)與DI5輸入的脈沖數(shù)相同,實(shí)現(xiàn)高精度無(wú)差同步控制,并且兩路脈沖的比例關(guān)系可隨意設(shè)定(通訊設(shè)定:FE-00)即可設(shè)定切紙長(zhǎng)度;
2.位置控制:在同步控制過(guò)程中進(jìn)行位移控制,若要調(diào)節(jié)材料的松緊度,通過(guò)UP/DOWN端子調(diào)節(jié)切紙輥,進(jìn)行前后位移調(diào)整;
3.自動(dòng)轉(zhuǎn)速提升:為防止下刀時(shí)擋紙,可自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速提升(FE-02設(shè)為4),自動(dòng)轉(zhuǎn)速提升是通過(guò)檢測(cè)送紙速度,然后通過(guò)切紙輥直徑(FE-04)和切紙輥減速比(FE-05)自動(dòng)計(jì)算的頻率,使切紙輥的線速度在下刀瞬間與材料線速度相一致,轉(zhuǎn)速提升后對(duì)累計(jì)的脈沖誤差進(jìn)行快速調(diào)整。
4.步進(jìn)控制功能:可以設(shè)定步進(jìn)脈沖數(shù),用步進(jìn)給定端子設(shè)定位移量,每步的步進(jìn)量由FE-09設(shè)定,用步進(jìn)控制端子實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)控制。
四、工作原理框圖
 
 五、 原理分析
        1#VF變頻器工作于閉環(huán)矢量控制模式,K1為送紙機(jī)械減速比;2#VF變頻器工作于伺服控制模式,其中K通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行通訊設(shè)定,由切紙長(zhǎng)度L唯一確定,K2為切紙機(jī)械減速比。閉環(huán)矢量控制的速度、電流控制雙閉環(huán)原理框圖在圖中未畫出。

K的推導(dǎo)計(jì)算如下: 
 

        在變頻器MD320簡(jiǎn)易伺服非標(biāo)功能說(shuō)明中的(FE-00)定義為脈沖比例設(shè)定;(FE-00)脈沖比例設(shè)定是指從DI5輸入的指令脈沖與切紙機(jī)變頻器所帶電機(jī)的編碼器脈沖的比例,也就是當(dāng)DI5輸入一個(gè)脈沖需要切紙機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)幾個(gè)脈沖。
 用于切紙機(jī),根據(jù)切紙長(zhǎng)度計(jì)算脈沖比例方法如下:
        比較 (10)(6)完全相等,故FE-00)脈沖比例設(shè)定和跟蹤速度增益K,兩者是完全相同的,只是表述略有區(qū)別。 
        綜上分析:改變不同的紙張長(zhǎng)度L,可根據(jù)式(10)求出不同的脈沖比例設(shè)定(FE-00),只要上位機(jī)實(shí)時(shí)地用通訊設(shè)定方式改變(FE-00)設(shè)定數(shù)值,就可以實(shí)時(shí)地調(diào)整切紙的長(zhǎng)度。另外,特別需要注意的一點(diǎn)是,在本文的分析中,隱含了一個(gè)前提,那就是切紙輥旋轉(zhuǎn)一周,即完成一次切紙過(guò)程。也就是L=,本文中證明過(guò)程省略。
       
六、 精度分析
1、 跟蹤誤差
        由于2#VF采用簡(jiǎn)易伺服控制,由于送紙電機(jī)的加減速過(guò)程一般比較緩慢,加減速時(shí)間可達(dá)30秒到60秒,甚至更長(zhǎng),因此切紙機(jī)位置動(dòng)態(tài)跟蹤誤差可以做到五個(gè)脈沖以內(nèi),則整個(gè)切紙過(guò)程跟蹤最大誤差可以控制在式(11)要求的范圍內(nèi)。在穩(wěn)態(tài)過(guò)程中,由于MD320閉環(huán)矢量的高精度,可以保證穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差小于兩個(gè)脈沖,跟蹤穩(wěn)態(tài)誤差只有動(dòng)態(tài)1/4。
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