采用汇川MD320变频器实现高精度位置同步控制.docx

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1、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zhangting导语：在造纸行业中，经常需要高精度位置同步控制，十分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知足要求一、引言在造纸行业中，经常需要高精度位置同步控制，十分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知足要求，一般只有采用直流或沟通伺服来解决，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align=center图1采用变频器控制的切纸机系

2、统/align图1中只画出了和送纸和切纸相关局部的连接图，放卷控制和传送带控制等无关局部在图中未画出。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通讯来控制。1#VF变频器采用闭环矢量速度控制形式，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形式，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

3、与DI5输入的脉冲数一样，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：在同步控制经过中进展位移控制，假设要调节材料的松紧度，通过UP/DOWN端子调节切纸辊，进展前后位移调整；3自动转速提升：为防止下刀时挡纸，可自动进展转速提升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展快速调整。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

4、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形式，K1为送纸机械减速比；2#VF变频器工作于伺服控制形式，其中K通过上位机进展通讯设定，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简易伺服非标功能讲明中的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：比拟式10与式6完全相等，故FE-00脉冲比例设定和跟

5、踪速度增益K，两者是完全一样的，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，十分需要留意的一点是，在本文的分析中，隐含了一个前提，那就是切纸辊旋转一周，即完成一次切纸经过。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经过一般比拟缓慢，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，那么整个切纸经过跟踪最大误差可以控制在式11要求的范围内。在稳态经过中，由于MD320闭环矢量的高精度，可以

6、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。式中，p为误差脉冲数，为旋转编码器每转脉冲数。可以看出编码器每转脉冲增大，可以减小跟踪误差，但是由于编码器接口速度限制，一般不超过50Hz,选用2000P/R的编码器已经到达了极限。假设D2为400mm，P为2000P/R，K2为14，代入式11可以求出最大跟踪误差为0.22mm，稳态跟踪误差为0.08mm。2、速度分辨率误差1#VF变频器频率分辨率为0.01Hz，对应电机转速分辨率为0.3rpm按照4极电机考虑，经过X8输入对应每分钟脉冲为600个，每秒钟那么对应10个。根据1的计算，速度分辨率造成的误差将小于0.44mm/S，假设切

7、纸机的最高线速度为2m/S，速度精度将到达万分之二，完全可以知足高速切纸机的要求。实际上，由于在本方案中，2#VF完全跟踪1#VF转速和位置，即使有速度分辨率误差，对切纸精度也无任何影响。3、脉冲比例设定FE-00的分辨率对精度的影响假设切纸长度为5501350mm，最大车速为2000mm/S，送纸辊的直径D1为400mm，送纸机械减速比K1为16，切纸机械减速比K2为14，通过式10可以计算出脉冲比例设定FE-00的变化范围为0.8141.998。脉冲比例设定FE-00的设定范围为0.00030.000，分辨率为0.001，假如采用2000P/R的旋转编码器，电机最大转速为1440rpm，对

8、应最大脉冲频率为48KHz，对应最大分辨误差为24P/S。对应绝对误差根据式11计算为0.717mm。需要讲明一点的是，此精度只影响设定长度，并不影响切纸长度的一致性。七、调试及留意问题运行调试时，首先必须保证送纸电机和切纸电机处于完全停机状态，然后通过上位机或者外部端子，先让切纸电机运行，后再让送纸电机运行，同时给送纸电机设定频率。送纸变频器的加减速时间可设定为3060S，而切纸变频器的加减速时间，在不过压过流的情况下，可以设定最短的加减速时间，一般小于0.5S，在精度要求较高的场合，需要快速的起制动控制，有必要添加制动电阻或者制动单元18.5KW以上变频器。送纸电机和切纸电机最好选用变频电

9、机。由于位置控制对于编码器的抗干扰和可靠性都有较高的要求，必须选用欧姆龙等厂家高可靠性的产品，输出电路形式为集电极开路输出工作电压为1224VDC，每转脉冲数为2000P/R。这里要十分留意，上位机软件在更改脉冲比例设定FE-00的时候，需要设定为不存储方式，防止常期屡次存储造成EEPROM的损坏。八、总结本文提出的方案具有切纸长度、相对精度与工作车速无关的优点，易于实现PLC通讯的分时控制和进展切纸长度的随意调整，可大大降低低速引纸速度，可达额定车速1/50以下，降低了工人引纸的操纵难度和强度，缩短低速引纸时间，进步了消费效率。总之，该系统为双电机系统，适用于即需要严格的速度同步控制，也需要精细的位置控制的系统。可完成诸如高速准确定位，复杂轮廓加工，角度和速度的准确同步随动跟踪等各种简单的伺服控制任务，它应用广泛，不仅适用于切纸机，对其它系统如印刷多色套准控制、枕式包装机横切刀定位控制、蜡染机蜡染辊速度同步控制、印花机多色套准控制、精细浇铸起重机、高速横切机、高速定位及曲线切割控制、食品医药流体高速定量灌装等，各种需要高速同步定位控制的场合，本方案有一定的参考价值。0