定如表所示。 表转矩模式下的主要伺服参数设定 系统设计 系统采用三菱系列模块构建，其中及作为系统与伺服系统之 间的信息接口，触摸屏通过与相连。如图所示。由于系列中每点为个模块 位置号，因此在程序中的位置编号为在系统中的位置号为。 图系统采用三菱系列模块构建图 数模转换模块 转矩速度模拟信号都是通过系统中的通道模数转换模块向伺服控制器输出的， 的性能规格如表所示， 表的性能规格 表的性能规格 其中模拟输出值最大分辨率数字输入值，其中模拟输出值为模块向伺服控制器输出 的扭矩转速等控制电压，而对应的数字输入值则通过程序内部计算后得出。 在程序中的初始化模块的语句如图所示。 图程序中的初始化模块的语句 其中为模块在系统中的位置号，第条指令是将进制数 放到模块缓冲储存期地址上，表示允许模拟输出第条指令的是将进制数值 以组传送的方式送到模块的内部软元件上为开始的输出编号，表示通道均允许 转换数值输出。 模数转换模块 伺服电机的转速信号是通过系统中通道模块来转换的，的性能规 格如表所示。其中数字输出值最大分辨率模拟输入值，而模拟输入值为伺服控制器 将旋转编码器脉冲转换后的电压值，上表中当电机速度为额定速度时，输入到系统中的数字 值为。 在程序中的初始化语句如图所示。 图程序中的初始化的语句 其中为模块在系统中的位置号，第条指令是将进制数值放到 模块缓冲储存区地址上，表示允许通道变换允许第条指令与第条指令是将通道的数值按次进行平均处理，周期时。第条指令是设定分 辨率为，最后条指令是将模块通道的值分别送到的数据寄 存器上，这里实际上返回的是放卷收卷的转速信号。 控制程序 由于系统采用无张力反馈的开环控制模式，系统必须要对收卷轴的速度张力进行实时 的计算及输出。 速度限制指令 伺服转矩模式下只需系统给出个的速度指令也就是收卷的最大线速度，伺 服控制器在运转过程中将会根据实际负载电流的检测情况而自动调节角速度使线速度达到速度 指令值，在此过程当中并不需要计算收卷轴上产品的卷径大小，伺服控制器实际上控制的是收卷 轴的角速度。 内部数字信号电机角速度线速度的关系图如图所示其中地址上，表示允许通道变换允许第条指令与第条指令是将通道的数值按次进行平均处理，周期时。第条指令是设定分 辨率为，最后条指令是将模块通道的值分别送到的数据寄 存器上，这里实际上返回的是放卷收卷的转速信号。 控制程序 由于系统采用无张力反馈的开环控制模式，系统必须要对收卷轴的速度张力进行实时 的计算及输出。 速度限制指令 伺服转矩模式下只需系统给出个的速度指令也就是收卷的最大线速度，伺 服控制器在运转过程中将会根据实际负载电流的检测情况而自动调节角速度使线速度达到速度 指令值，在此过程当中并不需要计算收卷轴上产品的卷径大小，伺服控制器实际上控制的是收卷 轴的角速度。 内部数字信号电机角速度线速度的关系图如图所示其中参数是传动比与最小 卷径的乘积，为常数。 图内部数字信号电机角速度线速度的关系图 比例系数的确定假设收卷轴最小直径为，伺服电机额定转速为，传动 比为，可以得到收卷轴空卷在额定转速下的速度米分钟。 假设我们速度限制值米分钟，可以计算出电机此时的转速为，由于电机额 定转速对应电压，则有系统中的内部数字值，因此可以得到在最大 限制速度下向模块输出的数字信号为。 此时将触摸屏上的米分钟数度设置值乘以，得到最大速度时的输入要求值为， 根据以上关系可以得出当输入要求值为时，速度内部输出数值为，这样就得到个比 例。有程序如图所示。 图速度处理程序 其中第段是做速度限制，第二段是计算向输出的数字信号值。 转矩指令 伺服转矩模式下，伺服控制器只控制输出转矩，张力属于间接张力控制。般张力曲线模型 有递减递增恒定等三种，但实际上无论那种模型，要完全符合是很困难的，因此根据不同 材料不同厚度等情况选取不同的收卷曲线，这就要求张力曲线是可调的。 由于本系统中张力是由转矩间接控制的，因此实际控制对象就变为控制转矩了。般认为收 卷电机输出实时转矩由下公式表示 式中实时转矩空载时的负载转矩系统阻尼转矩增加的负载惯量转矩。 般，均为常数，因此实际上变化的是收卷过程中逐渐增加的负载惯量转矩。因此在 转矩算法中必须要使收卷输出转矩随着卷径的增加而自动变化。 卷径的自动计算 设为线速度米分钟，为收卷轴直径，为收卷轴转速转分钟，为伺服电机 转速转分钟，为传动比，有 ∫∫ 线速度角速度 由于线速度是恒定的，故只需求出收卷轴的角速度即可计算出收卷轴的实时卷径。有以下程 序图所示 图转矩卷经处理程序 其中为内部转速信号的补偿值，为内部数字转速信号与实际电机的比例系数， 为传动比。注意，当系统运行速度较低时，材料线速度和伺服控制器的输出转速都较低，较小的 检测误差就会使卷径计算产生较大的误差，所以要在程序中设定个最低线速度，当材料线速度 低于此值时卷径计算停止，卷径当前值保持不变。 转矩的计算 根据，需要补偿的是值，因此设定个递增递减系数，选 择设定的曲线函数使能够随半径的变化而变化。 经过试验，设定以下转矩控制曲线，如图所示。 图转矩控制曲线 根据三角等比关系得到的关系函数为 其中为实时转矩，为空载转矩与阻尼转矩之和，为递增减系数，为空轴直径， 为最大直径。 将求出的直径数值代入上式即可求出不同递增减系数下的实时转矩，再根据 从而得到如下类似双曲线的张力直径曲线，如图所示。 有以下程序如图所示。 图张力直径曲线 图张力处理程序 结论 在实际收卷生产中，这种基于伺服及的开环控制系统由于在应用上不需要很准确的精度 数学模型，只需按负荷分配按实际效果设定递增系统的特性，能够应用在多种不同厚度不同 品种的材料收卷上，而且效果很好。基于伺服及的收卷张力控制系统 基于伺服及的收卷张力控制系统 编辑简介本文介绍种基于三菱伺服系统及三菱系列系统的开环张力控 制系统，经过试验，能够应用在级材料的收卷上，而且收卷质量完全可以媲美闭环 控制的质量。文章对系统软硬件设计均进行了详细的描述。 摘要 关键词伺服收卷张力控制系统 前言 在实际生产中如果以中心收卷方式来收卷的话，收卷轴的直径是不断变化的。不断变化的收 卷直径引起角速度的变化，从而引起材料上张力也随之出现的波动张力过小，材料收卷时会松 弛起皱横向走偏张力过大则导致材料拉伸过度，在纵向上会出观张力纹甚至出现纵向隆起。 因此在收卷的过程中为保证生产效率和收卷的质量，张力控制系统就显得尤为关键。张力控 制模式般有开环闭环控制两种模式，其中开环控制模式没有张力检测和反馈环节。设计结 构上相对简单但控制精度和稳定性较差。闭环控制模式则般有卷径检测装置和张力反馈环节， 控制的随机性很强，具有较高的控制精度和响应速度，但系统的控制设计比较复杂而且元器件较 多，在小型设备上的应用受到定的限制。 本文介绍种基于伺服系统及系统的开环张力控制系统，经过试验，能够应用在 级材料的收卷上，而且收卷质量完全可以媲美闭环控制的质量，其系统构成如图所示。 图系统构成框图选用伺服控制系统是基于它的转矩控制模式在收卷方面具有控制简单精度高的特点。在转 矩模式下，不需要对收卷的速度进行控制，只需给出个速度限制值即可使收卷轴的角速度根据 转矩的大小而自动浮动，并实现恒线速度收卷。同时伺服控制器的内部转矩检测功能可以精确的 检测输出电流，从而实现转矩的高精度控制。 系统的转矩速度指令及收卷的半径等参数通过系统内部计算得出，使系统得到进步 的简化。 系统控制原理 系统的控制模型如所示，整个收卷系统主要由三菱伺服系统三菱系列系 统触摸屏构成。 图系统的控制模型图 其中速度转矩指令在触摸屏上设定，然后传送到中，经过的计算后通过 形成的模拟信号，传送给伺服系统。伺服系统接受信号后再经过内部单元转换成电机的 速度转矩控制信号，从而控制电机精确运转。在伺服电机运转过程，伺服电机的旋转编码器 将瞬时转速经模块转换成数字信号输入中，然后计算出瞬时卷径，再根据计算卷 径的大小变化输出转矩，从而实现张力稳定有规律的控制。 伺服系统设计 三菱伺服系统有位置控制模式速度控制模式转矩控制模式三种控制方式，本系 统选用的是转矩控制模式。 转矩控制模式的接线图如图所示 图转矩控制模式的接线图 转矩控制指令 模拟量转矩指令输入电压和伺服电机输出转矩间的关系如图所示。 图模拟量转矩指令的输入电压和伺服电机输出转矩间的特性 对应最大转矩输入时所对应的输出转矩可用在伺服系统参数改变，例如 ,表示当输入电压为时，对应的输出转矩最大转矩。 由于受系统精度限制，在输入电压低于时，系统将会无法准确地设定输出转矩。 在使用时，可以通过设定输出电压的极性来控制电机的正反转。 速度限制指令 当伺服电机处在转矩模式时，其最大角速度将会受到模拟量速度输入电压的限制，并且伺服 系统将会根据检测的转矩电流大小负载而自动调节速度。模拟量速度限制电压与伺服电机速度的关系如图所示。 图模拟量速度限制电压与伺服电机速度特性 伺服参数设定 转矩模式下的主要伺服参数设定如表所示。 表转矩模式下的主要伺服参数设定 系统设计 系统采用三菱系列模块构建，其中及作为系统与伺服系统之 间的信息接口，触摸屏通过与相连。如图所示。由于系列中每点为个模块 位置号，因此在程序中的位置编号为在系统中的位置号为。 图系统采用三菱系列模块构建图 数模转换模块 转矩速度模拟信号都是通过系统中的通道模数转换模块向伺服控制器输出的， 的性能规格如表所示， 表的性能规格 表的性能规格 其中模拟