超高速卷接机多轴同步伺服系统的研究

论文摘要

在超高速卷接机传动系统中，采用多轴同步独立伺服驱动方式替代传统的齿轮加同步带的机械刚性传动方式是未来发展的主要方向。首先可以极大地简化机械传动结构，降低机器噪音，减少机械摩损。其次，能提高整个机组的柔性化，尤其在改变烟支规格时，可大大减少所需更换的变换件数量，缩短调整时间，可以满足高速卷接机的柔性化要求。本文以超高速卷接机传动系统为背景，对超高速卷接机多轴独立伺服驱动技术进行研究。首先，对卷接机传动系统中各轴运动的同步关系进行分析，提出了接装机部分各鼓轮轴的同步性要求，计算了各传动轴的同步速度。并根据具体的控制需求，提出了运动控制系统各个组成单元的选型要求及依据，在此基础上构建了基于伺服控制系统的多轴同步控制实验平台。其次，对多种同步控制方法进行研究分析，结合本系统的同步性要求采用了基于虚拟主轴的同步控制模型，并利用实验系统中电子齿轮功能模块与电子凸轮功能模块组建了同步运动控制系统，通过负载突变实验分析了同步控制在动态过程中响应情况。同步控制实验结果表明，基于虚拟主轴的电子齿轮同步控制与电子凸轮轮同步控制在稳态情况下，同步效果较好。在负载突变等外界干扰情况下，系统同步效果会被破坏。最后，针对虚拟主轴控制的同步精度问题，提出了对各轴速度进行补偿的同步优化策略，搭建了基于SIMULINK的交流伺服系统同步控制仿真模型，并通过常规虚拟主轴控制与带速度补偿器的虚拟主轴同步控制两组仿真实验，进行了对比研究。优化后的仿真结果证明，速度同步补偿器对多轴同步过程中的负载突变所带来的速度偏差具有良好的补偿作用，带有速度补偿器的多轴同步控制系统在负载变化时各轴仍具有优越的同步性能。本文通过BECKHOFF公司运动控制实验系统，针对卷接机中基于虚拟主轴的多轴伺服同步控制进行了探索性研究，这将对多轴同步控制在卷接机中的应用与进一步研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题来源及研究意义
• 1.2 多轴同步伺服控制技术的研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 多轴同步伺服控制技术
• 2.1 伺服系统的概述
• 2.1.1 伺服系统的组成及分类
• 2.1.2 伺服系统的原理
• 2.2 多轴同步伺服控制的研究
• 2.3 本章小结
• 第3章 多轴同步运动实验系统的构建
• 3.1 卷烟机传动系统
• 3.2 实验系统硬件配置
• 3.2.1 系统总体结构设计
• 3.2.2 伺服控制系统构建
• 3.3 系统软件平台 TWINCAT
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于 BECKHOFF 系统的多轴同步运动的实现
• 4.1 卷接机传动系统的同步关系分析
• 4.2 基于 BECKHOFF 平台的多轴同步控制的实现
• 4.2.1 基于虚拟主轴的电子齿轮同步控制
• 4.2.2 基于虚拟主轴的电子凸轮同步控制
• 4.3 同步实验及结果分析
• 4.3.1 电子齿轮同步实验结果分析
• 4.3.2 电子凸轮同步实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 多轴同步控制的优化
• 5.1 虚拟主轴同步控制存在的问题及优化策略
• 5.2 同步速度补偿器的设计
• 5.3 仿真实验与分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 多轴同步控制 SIMULINK 仿真结构图
• 附录 B 程序源代码