采用匯川MD320變頻器實(shí)現(xiàn)高精度位置同步控制

1、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VI圖1采用變頻器控制的切紙機(jī)系統(tǒng)圖1中只畫(huà)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(huà)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

2、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)：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；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

3、調(diào)節(jié)切紙輥，進(jìn)行前后位移調(diào)整；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。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、工作原理框圖設(shè)定圖2切紙機(jī)控制原理五、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，

4、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(huà)出。K的推導(dǎo)計(jì)算如下：送紙線諫度 Vl=5 (m/sj切紙長(zhǎng)度】)式中，N1為送紙電機(jī)轉(zhuǎn)速：K1為送紙機(jī)械減速比;；VI為線速度;D1為送紙輾的直徑二 T玄為切紙輾轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的周凱uL 5 KEO由式、式得T2=-=角。V 八 )1同時(shí)我們可以采用切紙輾的轉(zhuǎn)速NY；T2=N2 lN2tK260*2同時(shí)我們可以采用切紙輾的轉(zhuǎn)速NY；T2=N2 lN2tK260*2N2由式頃與式(4)相等，即乙心定義式(5).為跟蹤諫度增益KK=k m r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

5、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： TOC o 1-5 h z nnr FE-OO= 門(mén))奶-其中FL11B為切紙機(jī)族轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；跛為切紙機(jī)減速比；n為送紙脈沖的每米脈沖數(shù)；L為切紙長(zhǎng)度；FL11A為送紙機(jī)族轉(zhuǎn)端碼器每圈脈沖數(shù)；丫式中，n=07T*Z)1 當(dāng)選擇切紙機(jī)旅轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(F411B)與謎紙機(jī)旅轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(FA11A)相同三 P(F2-.11B)= (F2-11A);；、(9)由式(孫式鬲

6、得FE- OO=?：竺(10)比較式(10)與式(6)完全相等，故(FE-00)脈沖比例設(shè)定和跟蹤速度增益虬兩者 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=打*2,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

7、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)程跟蹤最大誤差醐可以控制在式(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。(11)式中，為誤差脈沖數(shù)，為旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)?？梢钥闯鼍幋a器每轉(zhuǎn)脈沖增大，可 以減小跟蹤誤差，但是由于編碼器接口速度限制，一般不超過(guò)50Hz，選用2000P/R的編碼器 已經(jīng)達(dá)到了極限。假設(shè)D2為400mm，P為2000P/R，K2為14，代入式(11)可以求出最大跟蹤 誤差為0.22mm，穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差為0.08mm。2、速度分辨率誤差1#VF變頻器頻率分辨率為0.01Hz

8、,對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速分辨率為0.3rpm (按照4極電機(jī)考 慮)，經(jīng)過(guò)乂8輸入對(duì)應(yīng)每分鐘脈沖為600個(gè)，每秒鐘則對(duì)應(yīng)10個(gè)。根據(jù)(1)的計(jì)算，速度 分辨率造成的誤差將小于0.44mm/S，假設(shè)切紙機(jī)的最高線速度為2m/S，速度精度將達(dá)到萬(wàn) 分之二，完全可以滿足高速切紙機(jī)的要求。實(shí)際上，由于在本方案中，2#VF完全跟蹤1#VF 轉(zhuǎn)速和位置，即使有速度分辨率誤差，對(duì)切紙精度也無(wú)任何影響。3、脈沖比例設(shè)定（FE-00 ）的分辨率對(duì)精度的影響假設(shè)切紙長(zhǎng)度為5501350mm，最大車(chē)速為2000mm/S，送紙輥的直徑 D1為 400mm,送紙機(jī)械減速比K1為16，切紙機(jī)械減速比K2為14，通過(guò)式（10）可以計(jì)

9、算出脈沖 比例設(shè)定（FE-00）的變化范圍為0.8141.998。脈沖比例設(shè)定（FE-00）的設(shè)定范圍為0.00030.000，分辨率為0.001，如果采用 2000P/R的旋轉(zhuǎn)編碼器，電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為1440rpm，對(duì)應(yīng)最大脈沖頻率為48KHz，對(duì)應(yīng)最 大分辨誤差為24P/S。對(duì)應(yīng)絕對(duì)誤差根據(jù)式（11）計(jì)算為0.717mm。需要說(shuō)明一點(diǎn)的是，此精 度只影響設(shè)定長(zhǎng)度，并不影響切紙長(zhǎng)度的一致性。七、調(diào)試及注意問(wèn)題運(yùn)行調(diào)試時(shí)，首先必須保證送紙電機(jī)和切紙電機(jī)處于完全停機(jī)狀態(tài)，然后通過(guò)上位 機(jī)或外部端子，先讓切紙電機(jī)運(yùn)行，后再讓送紙電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)給送紙電機(jī)設(shè)定頻率。送紙 變頻器的加減速時(shí)間可設(shè)定為306

10、0S，而切紙變頻器的加減速時(shí)間，在不過(guò)壓過(guò)流的情況 下，可以設(shè)定最短的加減速時(shí)間，一般小于0.5S，在精度要求較高的場(chǎng)合，需要快速的起 制動(dòng)控制，有必要添加制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元（18.5KW以上變頻器）。送紙電機(jī)和切紙電機(jī) 最好選用變頻電機(jī)。由于位置控制對(duì)于編碼器的抗干擾和可靠性都有較高的要求，必須選用歐姆龍等廠 家高可靠性的產(chǎn)品，輸出電路形式為集電極開(kāi)路輸出工作電壓為1224VDC，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 為2000P/R。*這里要特別注意，上位機(jī)軟件在更改脈沖比例設(shè)定（FE-00）的時(shí)候，需要設(shè) 定為不存儲(chǔ)方式，防止常期多次存儲(chǔ)造成EEPROM的損壞。八、總結(jié)本文提出的方案具有切紙長(zhǎng)度、相對(duì)精度與工作車(chē)速無(wú)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)PLC通 訊的分時(shí)控制和進(jìn)行切紙長(zhǎng)度的隨意調(diào)整，可大大降低低速引紙速度，可達(dá)額定車(chē)速1/50 以下，降低了工人引紙的操作難度和強(qiáng)度，縮短低速引紙時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率?？傊?，該系統(tǒng)為雙電機(jī)系統(tǒng)，適用于即需要嚴(yán)格的速度同步控制，也需要精密的位 置控制的系統(tǒng)?？赏瓿芍T如高速精確定位，復(fù)雜輪廓加工，角