瓦楞纸板横切机伺服驱动控制器设计与研究

论文摘要

瓦楞纸板横切机,用于对生产线上连续产出的瓦楞纸板进行动态定长剪切,俗称“飞剪”。要求剪切时切刀速度跟随纸板速度变化,即速度跟随;同时,在跟随过程中实现定长控制,即位置控制。因此,其“飞剪”控制是一个复杂的运动控制问题。为实现快速跟随,则要求驱动装置具有响应快,无超调,能快速停车定位。目前国内外还未见有专门的横切机驱动控制器。直流驱动方式由于其换向器问题应用较少;普通变频器驱动方式难以满足快速性要求。本文主要针对横切机控制系统开展设计与研究工作。论文以交流伺服控制技术为基础,提出了一种智能型横切机伺服控制器设计方案。主电路由三相整流模块和智能功率模块构成,控制电路采用DSP芯片TMS320F2812实现全数字化设计,利用DSP芯片PWM输出功能实现PWM控制。以交流永磁同步伺服电机数学模型为理论基础,提出采用电压空间矢量脉宽调制SVPWM与基于id = 0的转子磁场定向矢量控制相结合的方案,实现对横切机的控制。软件设计利用模块化编程思想,针对横切机驱动系统特点,速度和电流环采用PI控制,以提高系统的快速跟踪能力,位置环采用P控制。仿真及试验结果表明该设计是有效、可行的,该控制器有较好的速度跟随特性,满足系统要求,为高性能横切机整套设备的研制积累了经验。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 瓦楞纸板横切机控制技术发展现状
• 1.2.1 国内外瓦楞纸板生产技术发展现状
• 1.2.2 国内外瓦楞纸板横切机驱动与控制发展现状
• 1.3 国内横切机控制存在的主要问题
• 1.4 本文主要工作
• 2 横切机伺服控制策略研究
• 2.1 横切机伺服控制的矢量控制策略
• 2.1.1 PMSM 在dq 轴下的数学模型
• 2.1.2 PMSM 的矢量控制原理
• 2.2 基于SVPWM 逆变器的调制策略
• 2.2.1 SVPWM 的原理
• 2.2.2 SVPWM 的实现
• 3 瓦楞纸板横切机伺服控制器的设计
• 3.1 切刀运动规律解析和算法实现
• 3.2 切刀启动时刻的确定
• 3.3 提高控制精度的措施
• 3.4 伺服控制器的总体设计
• 3.5 伺服控制器的三闭环控制
• 3.5.1 电流环控制器的设计
• 3.5.2 速度环控制器的设计
• 3.5.3 位置环控制器的设计
• 3.6 系统仿真研究
• 4 基于DSP 的横切机伺服控制硬件设计
• 4.1 伺服系统硬件结构框图
• 4.2 控制芯片选型
• 4.3 系统硬件总体设计
• 4.3.1 逆变部分主电路设计
• 4.3.2 IPM 过压过流过热保护电路
• 4.4 系统参数显示电路设计
• 4.5 通讯接口电路
• 4.6 电流采样及AD 转换
• 5 系统软件设计
• 5.1 DSP 系统初始化程序
• 5.1.1 系统上电引导程序
• 5.2 横切机伺服控制主程序及中断的设计
• 5.2.1 横切机伺服控制主程序
• 5.2.2 SVPWM 中断服务子程序
• 5.2.3 SCI 与上位机通信子程序
• 5.2.4 电流采样子程序
• 5.2.5 转速检测算法的实现
• 5.3 上位机监控界面设计
• 6 系统试验及其分析
• 6.1 试验目的
• 6.2 试验环境
• 6.3 试验内容
• 6.3.1 驱动控制器测试实验及波形
• 6.3.2 伺服电机运行实验
• 6.3.3 速度跟随性实验
• 6.4 试验结果分析及总结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集
• 详细摘要