基于PCC的瓦楞纸横切机交流伺服控制系统的应用研究

论文摘要

横切机是瓦楞纸板生产线末端的一个重要设备,其性能是影响产品质量和生产效率的重要因素之一。传统的横切机采用机械连杆带动不同的凸轮来完成横切动作,优点是价格低廉,缺点是维护困难,可调范围小。论文采用交流伺服控制永磁同步电机的电气控制方式来代替传统的机械控制方式,分析了系统的数学模型,并进行了仿真研究,在此基础上,对瓦楞纸横切机控制系统的下位程序和上位界面进行了详细的设计。本文对横切机同步剪切的过程进行了深入的分析,根据切长和刀辊周长的不同分成五种情况进行论述,详细分析了切刀的运行规律。针对以往采用直流和交流变频实现方式的种种缺点,采用交流伺服控制永磁同步电机的驱动方式,分析了系统的数学模型。采用i_d=0的矢量控制和滑模变结构相结合的方法,对基于永磁同步电机的交流伺服系统进行了仿真研究。针对横切机运行的工艺特点,做了空载、系统参数变化和阶跃负载的仿真实验,结果表明,滑模变结构具有转速无超调,鲁棒性好的特点。在仿真结果证明方案可行的基础上,论文对横切机控制系统的软硬件进行了详细地设计。采用先进的交流伺服ACOPOS和永磁同步电机,精确的电子凸轮控制技术,加上高速的实时工业以太网Ethernet Powerlink,可以实现精确的同步剪切。同时对控制系统的下位程序和上位界面进行了详细的设计,并在实验室的环境下进行了实验测试,实验波形完全符合工艺要求,说明此种方案完全可行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外瓦楞纸生产发展现状
• 1.2 国内外瓦楞纸生产线发展概况
• 1.3 瓦楞纸横切机控制系统发展概况
• 1.4 横切机控制策略研究现状
• 1.5 本文的主要工作及研究内容
• 第二章 系统工艺分析及数学模型的建立
• 2.1 系统简介
• 2.1.1 横切机切刀的分类
• 2.1.2 系统控制方案的选择
• 2.1.3 系统的性能指标
• 2.2 横切机同步剪切的运动分析
• 2.3 系统数学模型的建立
• 2.3.1 电力拖动系统运动方程
• 2.3.2 永磁同步电机矢量控制理论
• 2.4 永磁同步电机交流伺服运动控制系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于变结构的横切机控制系统仿真研究
• 3.1 横切机控制系统中存在的问题
• 3.2 滑模变结构基本原理
• 3.2.1 滑动模态存在的条件
• 3.2.2 滑模变结构系统的基本设计方法
• 3.2.3 变结构系统的抖振问题
• 3.3 横切机控制系统滑模变结构设计
• 3.3.1 系统状态方程的建立
• 3.3.2 横切机控制系统滑模变结构设计
• 3.4 横切机控制系统变结构仿真
• 3.4.1 系统仿真结构图
• 3.4.2 负载为空载
• 3.4.3 系统参数变化
• 3.4.4 负载阶跃变化
• 3.5 本章小结
• 第四章 横切机的贝加莱运动控制方案
• 4.1 运动控制系统简介
• 4.1.1 运动控制系统组成
• 4.1.2 运动控制系统发展趋势
• 4.2 横切机的贝加莱运动控制方案
• 4.3 永磁同步电机及伺服驱动器选型
• 4.4 可编程计算机控制器 PCC
• 4.4.1 PCC硬件介绍
• 4.4.2 PCC软件介绍
• 4.5 伺服驱动器ACOPOS
• 4.6 贝加莱NC概念
• 4.7 电子凸轮AUTOMAT
• 4.8 网络通讯-Ethernet Powerlink
• 4.9 本章小结
• 第五章 横切机运动控制系统软件设计
• 5.1 控制系统下位程序设计
• 5.1.1 系统的主程序流程图
• 5.1.2 剪切控制子程序流程图
• 5.1.3 订单子程序流程图
• 5.1.4 换单子程序流程图
• 5.2 控制系统上位界面设计
• 5.2.1 初始界面设计
• 5.2.2 主界面设计
• 5.2.3 订单设定界面设计
• 5.2.4 历史纪录界面设计
• 5.2.5 参数设定界面设计
• 5.2.6 报警界面设计
• 5.3 控制系统调试
• 5.3.1 触摸屏和伺服的通讯调试
• 5.3.2 系统的抗干扰措施
• 5.4 实验结果
• 5.4.1 纸板长度大于刀辊周长
• 5.4.2 纸板长度小于刀辊周长
• 5.5 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 附录1
• 附录2
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间参与的科研课题
• 学位论文评阅及答辩情况表