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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

2010/9/28 11:49:00

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RS485通信來控制。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：在同步控制過程中進(jìn)行位移控制，若要調(diào)節(jié)材料的松緊度，通過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)速提升是通過檢測(cè)送紙速度，然后通過切紙輥直徑（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：

比較式(10)與式(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，即完成一次切紙過程。也就是L=

，本文中證明過程省略。

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)切紙過程跟蹤最大誤差