自动纠偏控制装置设计研究.pdf

《自动纠偏控制装置设计研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第１１期总第２4５期农业科技与装备Ｎｏ.１１ＴｏｔａｌＮｏ．２4５２０１4年１１月ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＮｏｖ.２０１4自动纠偏控制装置设计研究徐雪海，顾军（苏州大学机电工程学院，江苏苏州２１５００６）摘要：纠偏控制系统是纸张回卷机的核心部件，决定回卷后的纸卷边缘整齐程度及回卷机性能。介绍自动纠偏系统的工作原理及结构组成，使用超声波纠偏传感器，设计制造一种具有自动纠偏装置的纸张回卷机。纠偏性能测试结果表明：采用类似恒张力控制回卷机时，不要设定过大的张力。关键词：纠偏系统；纠偏传感器；边缘检

2、测器；回卷机中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ文章编号：1674-1161（2014）１１-00７９-03常见回卷机由一个放卷轴和一个收卷轴组成，边缘参差不齐的纸卷置于放卷轴，经过回卷后，在收卷轴上得到一个边缘整齐的纸卷，实现资源的再利用。整个过程中，纠偏控制系统的作用举足轻重。据不完全统计，使用纠偏系统可节约材料１０％～２０％。图２控制系统原理框图１回卷机的结构Ｆｉｇｕｒｅ２Ｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｐｒｉｎｃｉｐｌｅ回卷机设计结构如图１所示，由放卷轴、张力控经过控制器放大、校准后，输出至线性驱动器；线性驱制、纠偏装置和收卷轴４

3、部分组成。动器根据信号的大小，驱动纠偏导正机构，将偏移的
纸张恢复至设定位置。
传感器通常分为红外线传感器、超声波传感器和图１设计结构框图ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ电荷耦合器件）照相机。Ｆｉｇｕｒｅ１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｄｅｓｉｇｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ２．１．１红外线传感器光源发出的红外线光线由透镜转为使回卷后的纸卷边缘整齐，收卷前设计一个纠换成平行光束（如图３及图４所示），再投向接收端，偏装置。同时，为保证回卷后的纸卷不松弛，整个回卷随后被会聚透镜投到接收端的光敏元件（光敏电阻、过程要求有一个张力控制。放卷轴和收卷

4、轴通常采用光电池等）上。在平行光束到达接收端的途中，部分光气胀轴，由伺服电机驱动。机器大多由ＰＬＣ（可编程控束受因被测纸张的遮挡而使传到光敏元件的光通量制）控制，高端机器采用ＨＭＩ（人机界面）来操作，低减少。端机器则由简单的电气按钮来完成操作。２回卷机的纠偏系统一套典型的自动纠偏系统包括纠偏控制器、纠偏传感器、纠偏框架及驱动器，是一个典型的闭环反馈系统（如图２所示）。２．１纠偏传感器首先，纠偏传感器探测纸张的边缘，读出纸张的实际位置及与设定位置的偏移量，并将偏移量转换成与之成正比的电信号，再将电信号送入控制器；信号收稿日期：２０１４－１０－２３图３红

5、外线传感器感应范围示意图作者简介：徐雪海（１９７９—），男，硕士，工程师，从事机电一体Ｆｉｇｕｒｅ３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｒｅｓｐｏｎｓｅｒａｎｇｅｏｆ化技术及其应用方面的研究。ｉｎｆｒａｒｅｄｓｅｎｓｏｒ８０农业科技与装备２０１4年1１月图６超声波传感器工作示意图图４红外线传感器工作原理示意图Ｆｉｇｕｒｅ６ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｅｎｓｏｒＦｉｇｕｒｅ４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｓｅｎｓｏｒ之间，接收器接收到未被材料阻隔的超声波部分，再

6、经电路转换成电信号。超声波易受气流和温度变化的图５为用光电池作为接收端。在光电式边缘位置影响，因此精度较红外线传感器差。检测器中，光源发出的光线经透镜变为平行光束，投２．１．３ＣＣＤ照相机ＣＣＤ照相机的最大的优点是测量向会聚透镜，被会聚的光斑落到光电池Ｅ１上。在平行范围广。ＣＣＤ照相机可同时侦测多个不同材料，适用光束到达会聚透镜的途中，有部分光线受到被测纸张于检测材料宽度或中心校正，但成本较高。ＣＣＤ照相的遮挡，使到达光电池的光通量Ф减少，光电流ＩΦ也机测量多种不同材料及测量多种相同材料的示意图减小。Ｅ１，Ｅ２是相同型号的光电池，Ｅ１作为测量元件分别

7、见图７和图８。装在纸张下方，而Ｅ２用遮光罩罩住，起温度补偿作用。当纸张处于正确位置（中间位置）时，由运算放大器Ａ１、Ａ２组成的两路光电池短路电流放大电路输出相同，即Ｕｏ１＝Ｕｏ２，则比较电路Ａ３的输出电压Ｕｏ３为零。当纸张右偏时，遮光面积减少，光电池Ｅ１的受光面积增大，输出电流增加，导致Ａ３的输出电压Ｕｏ３为负值（它反映纸张跑偏的方向及大小）。经处理被送到伺服电机，向左推动纸张机构，达到纠偏的目的。红外线传感器可检测纸张等不透明材料，透明薄膜建议使用超声波传感器。图７ＣＣＤ照相机测量多种不同材料Ｆｉｇｕｒｅ７Ｍｅａｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒ

8、ｉａｌｓｂｙＣＣＤｃａｍｅｒａ图８ＣＣＤ照相机测量多种相同材料图５红外线传感器工作电路图Ｆｉｇｕｒｅ８Ｍｅａ