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采用汇川MD320变频器实现高精度位置同步控制

采用汇川MD320变频器实现高精度位置同步控制

一、 引言
        在造纸行业中,经常需要高精度位置同步控制,特别是切纸机这样的机械,对于位置精度要求极高的情况下,靠普通变频器的速度控制已经难以满足要求,一般只有采用直流或者交流伺服来解决,本文针对这一情况,提出了采用汇川MD320带简易伺服功能变频器,实现高精度位置同步控制在切纸机中的应用方案。

二、 系统组成 

 

 

                                                              图1采用变频器控制的切纸机系统
 
        图1中只画出了和送纸和切纸相关部分的连接图,放卷控制和传送带控制等无关部分在图中未画出。1#VF采用标准MD320变频器,2# VF采用带简易伺服功能的MD320非标变频器,两台变频器都由PLC通过RS485通信来控制。1#VF变频器采用闭环矢量速度控制模式,速度精度可达0.1%以上,用来控制控制送纸辊的转速。同时送纸电机的A相速度脉冲,通过2# VF变频器高速数字输入口DI5输入,作为同步跟踪控制的脉冲输入源,2# VF采用简易伺服功能控制模式,用来控制切纸辊的转动速度和位置。

三、 带简易伺服功能的MD320非标变频器的突出特点:
1.同步控制:实时调整切纸辊运行频率,使切纸辊旋转的脉冲数与DI5输入的脉冲数相同,实现高精度无差同步控制,并且两路脉冲的比例关系可随意设定(通讯设定:FE-00)即可设定切纸长度;
2.位置控制:在同步控制过程中进行位移控制,若要调节材料的松紧度,通过UP/DOWN端子调节切纸辊,进行前后位移调整;
3.自动转速提升:为防止下刀时挡纸,可自动进行转速提升(FE-02设为4),自动转速提升是通过检测送纸速度,然后通过切纸辊直径(FE-04)和切纸辊减速比(FE-05)自动计算的频率,使切纸辊的线速度在下刀瞬间与材料线速度相一致,转速提升后对累计的脉冲误差进行快速调整。
4.步进控制功能:可以设定步进脉冲数,用步进给定端子设定位移量,每步的步进量由FE-09设定,用步进控制端子实现定长控制。
四、工作原理框图
 
 五、 原理分析
        1#VF变频器工作于闭环矢量控制模式,K1为送纸机械减速比;2#VF变频器工作于伺服控制模式,其中K通过上位机进行通讯设定,由切纸长度L唯一确定,K2为切纸机械减速比。闭环矢量控制的速度、电流控制双闭环原理框图在图中未画出。

K的推导计算如下: 
 

        在变频器MD320简易伺服非标功能说明中的(FE-00)定义为脉冲比例设定;(FE-00)脉冲比例设定是指从DI5输入的指令脉冲与切纸机变频器所带电机的编码器脉冲的比例,也就是当DI5输入一个脉冲需要切纸机电机转过几个脉冲。
 用于切纸机,根据切纸长度计算脉冲比例方法如下:
        比较 (10)(6)完全相等,故FE-00)脉冲比例设定和跟踪速度增益K,两者是完全相同的,只是表述略有区别。 
        综上分析:改变不同的纸张长度L,可根据式(10)求出不同的脉冲比例设定(FE-00),只要上位机实时地用通讯设定方式改变(FE-00)设定数值,就可以实时地调整切纸的长度。另外,特别需要注意的一点是,在本文的分析中,隐含了一个前提,那就是切纸辊旋转一周,即完成一次切纸过程。也就是L=,本文中证明过程省略。
       
六、 精度分析
1、 跟踪误差
        由于2#VF采用简易伺服控制,由于送纸电机的加减速过程一般比较缓慢,加减速时间可达30秒到60秒,甚至更长,因此切纸机位置动态跟踪误差可以做到五个脉冲以内,则整个切纸过程跟踪最大误差可以控制在式(11)要求的范围内。在稳态过程中,由于MD320闭环矢量的高精度,可以保证稳态跟踪误差小于两个脉冲,跟踪稳态误差只有动态1/4。
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