工控商务网：卷烟机中同步驱动的应用案例

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1、工控商务网：卷烟机中同步驱动的应用案例文章来自：中国工控网本卷烟机组生产速度为8000支/分钟，对传动系统的控制精度要求很高。我们取消原传动结构中的齿轮箱，采用交流伺服驱动系统，由伺服系统的中央控制模块和PLC控制各电机的运行，根据需要设置参数，如控制方式设定（位置控制/速度控制/转矩控制）、增益设定（位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数）、速度指令输入增益设定等。伺服系统组成硬件伺服系统由电源模块、中央控制模块、伺服驱动模块和伺服电机组成。选用分辨率为96000p/r的正弦增量编码器。中央控

2、制模块将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于中央处理器中，它是伺服系统的核心，通过RS485口与上位机通讯；通过伺服系统内部的信号线进行模块间的数字通信。驱动模块对电机编码器反馈信号进行采样，它与伺服电机一起构成了具有自动控制调节功能、高转矩特性和同步跟踪性能的执行单元。模块内部的转换器配有开关频率很高的功率半导体器件（IGBT），控制器卡内部的微型计算机循环计算每个指定相位的瞬时电流值，相位的实际电流值代表转子的当前位置。系统运转稳定时，被触发的IGBT与来自电机绕组

3、电流呈正弦曲线的8kHz的基础时钟同步。轴编码器是系统的位置检测组件，其输入/输出传动信号决定电机与电机编码器间的传动信号比，比值结果必须为整数，且设定值与电机控制器运算法则相适应。利用编码器获得实际位置值，激活实际位置反馈，即编码器检测到电机的实际脉冲数经4倍频后产生反馈脉冲，它直接影响运行模式的闭环控制。它将各电机输出轴的位置转换成16位二进制码，送给驱动模块。伺服电机在额定转速内，输出额定转矩；达到额定转速时，输出恒功率，实现功率、输出转矩、动态特性和结构要求的统一。软件伺服系统软件采用PID

4、算法编制实时控制程序，设置驱动器所需的转距、速度、位置值，由程序功能块进行参数调整；通过表插补的快速功能产生多轴同步运转。设备加电后，中央控制模块完成初始化。发出信号跟踪命令后，即开始定时，在每个采样周期内，上位机向伺服系统发送输入信号，伺服系统接收上位机返回的系统输出量和控制量，完成相应的控制动作后，将采集到的系统输出数据、当前的控制量和各状态信息送至上位机。程序的参数可调，加/减速时间、最小/最大速度值等参数都需根据现场要求进行设定。调试时根据典型的PID调节原理进行各参数的整定，主要兼顾到系统

5、速度调节特性和位置调节特性中超调量、快速性和稳定性等要素。基本工作原理系统以各交流伺服电机作为驱动元件，以机械位置或角度作为被控制对象，电机速度和位置的实际值来源于编码器信号。同步控制的乘法器脉冲和除法器脉冲构成主设置值与被控对象之间的同步比率（SVH），即本系统的电子齿轮比。根据整机运行的实际情况和成品烟支的规格要求，控制电机的参考信号和程序中指令的参考信号一致，位置要求严密的电机，在每次起动之前，必须先回零。回零结束后，延时7s左右；然后，再跟踪主电机运转。卷烟机在生产过程中，各执行机构的动作时

6、序及电控系统与机械传动之间的同步，需要有一个参照基准，即卷烟机的时钟脉冲。轴编码器随电机的旋转产生与电机转速成正比、与电机轴角位移增量等值的电脉冲，输出两路900相差的脉冲信号Ua1,Ua2和一路用作参考零位的标志脉冲Ua0。编码器的正弦波信号转换成积分和参考的两路方波信号；输出方波给外部CNC提供实际位置反馈信号，或者作为同步控制系统中独立驱动系统的主控制脉冲。该正交编码脉冲通过四倍频电路产生四倍频脉冲信号，由计数电路对其计数，获得转速、转子位置的瞬时值。电机轴的旋转速度和定位由同一传感器来检测，

7、因而在同一转内可实现高分辨率、高精度的位置检测和旋转次数的检测，从而实现传动系统的速度闭环和位置闭环的控制，并将计数脉冲送入位置控制系统进行计算。控制原理模拟量输入信号交流伺服驱动系统包括三种指令形式，即脉冲指令，速度指令，转矩指令。结合实际的应用，采用模拟量脉冲指令的形式对伺服驱动系统加以控制，见图1。图1驱动模块的模拟量输入驱动模块中，设置2个10V的模拟量输入（A1，A2），通过电压/频率变换来确定输出脉冲的值，输出频率可控且范围取决于系统时钟脉冲。模拟值A1作为输入速度或扭矩的设置值，通过改

8、变模拟电压A2的值去改变扭矩极限。微处理器每250μs执行一个循环。计数或脉冲的设定值通过中央控制模块输入，再由内部的信号线分配给每个驱动模块。电机转速的大小依赖于A1的输入电压值。由速度偏移量来补偿模拟输入值的浮动值，得到与模拟输入相应的恒定速度值。但持久地补偿至零速度是不可能的。转矩控制和速度控制驱动器将收到的连续变化的速度指令信号与实际速度反馈信号进行比较，产生差值；速度控制器将差值放大，并求出输出量，该信号与实际位置进行比较，经处理后，作为脉宽调制发生器的调制