基于臺(tái)達(dá)機(jī)電技術(shù)的同步與張力傳動(dòng)控制解決方案

1引言

　　在傳統(tǒng)的電力拖動(dòng)領(lǐng)域，同步控制、張力控制是非常經(jīng)典的控制環(huán)節(jié)。同時(shí)因?yàn)榭刂茖?duì)象、工藝要求及控制精度、效果的不同，存在相應(yīng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)。同步控制廣泛的應(yīng)用于紡織、印染、造紙等行業(yè)，因?yàn)檫@樣的控制要求，出現(xiàn)了例如中達(dá)同步控制器這樣的產(chǎn)品。但隨著客戶(hù)對(duì)設(shè)備技術(shù)含量和成本的要求，簡(jiǎn)單的利用同步控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)同步控制已越來(lái)越不能滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，用人機(jī)、PLC、變頻器、伺服、直流調(diào)速等產(chǎn)品來(lái)集成精度更高的同步控制和恒張力控制已經(jīng)成為新的技術(shù)趨勢(shì)。臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品利用自身的特點(diǎn)及較高的性?xún)r(jià)比能夠?yàn)榭蛻?hù)提供成熟、完善的同步和張力控制的方案和系統(tǒng)。

2傳統(tǒng)同步控制及張力控制方案

圖1 多級(jí)同步與張力控制系統(tǒng)框圖

2.1同步控制及張力控制控制原理

　　根據(jù)圖1所示多級(jí)同步與張力控制框圖，整個(gè)系統(tǒng)以1單元機(jī)架為主，1單元的速度為主給定乘以1通道的同步比例系數(shù)。即Out1=Kd1*Vo（其中Kd1為1通道同步比例系數(shù)，Vo為主給定）。Out2=Kd2*Vo+Kf2*Vf2(Kd2為2通道同步比例系數(shù)，Kf2為2通道反饋比例系數(shù)，Vf2為通道2反饋信號(hào))，同理Out5=Kd5*Vo+Kf5*Vf5(Kd5為5通道同步比例系數(shù)，Kf5為5通道反饋比例系數(shù)，Vf5為通道5反饋信號(hào))。這就是傳統(tǒng)的同步控制系統(tǒng)。張力輥的同軸安裝一個(gè)電位器，電源為+5V電源，當(dāng)張力輥處于中間平衡位置時(shí)將電位器的輸出調(diào)整為0V，當(dāng)張力輥偏離平衡位置時(shí)，反饋信號(hào)即會(huì)有變化，變化的范圍在+5V之間，這樣反饋量乘以反饋系數(shù)，再加上同步比例系數(shù)乘以主給定，所得到的結(jié)果就是總輸出。因此當(dāng)張力輥偏離平衡位置時(shí)，相應(yīng)的同步控制器的輸出會(huì)減小或增大，自動(dòng)調(diào)整變頻器的頻率，達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡，使得張力輥始終在平衡位置附近輕微的擺動(dòng)，起到同步的效果。

　　張力控制通過(guò)張力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)張力、通過(guò)張力控制器或PLC進(jìn)行張力的PID運(yùn)算，這種張力控制的實(shí)質(zhì)是通過(guò)調(diào)整速差實(shí)現(xiàn)張力的動(dòng)態(tài)恒定。

2.2應(yīng)用領(lǐng)域

　　多級(jí)同步與張力控制系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于紡織、印染、造紙等行業(yè)（染漿聯(lián)合機(jī)、印染設(shè)備）。

2.3缺點(diǎn)及不足分析

　　首先，可以看出該系統(tǒng)同步屬于開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)負(fù)載變化較大的時(shí)候，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率會(huì)加大，相應(yīng)張力輥會(huì)偏離平衡位置。相應(yīng)電機(jī)的速度會(huì)發(fā)生變化，如果是對(duì)同步的要求非常嚴(yán)格的場(chǎng)合，可能會(huì)有一定的局限性。同時(shí)因?yàn)樗俣冉o定及反饋都是模擬量信號(hào)，而且對(duì)于生產(chǎn)線比較長(zhǎng)，設(shè)備安裝等不可預(yù)知的因素，可能會(huì)比較容易受到到各種電氣耦合的干擾，造成系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。

張力控制采用PID，由于積分的作用，如果積分增益調(diào)整的不好，容易造成系統(tǒng)的振蕩或響應(yīng)的滯后。對(duì)于PID運(yùn)算的各參數(shù)要求較高。但在要求不是非常高的場(chǎng)合，該系統(tǒng)還是比較穩(wěn)定的，應(yīng)用也比較廣泛。

3 基于臺(tái)達(dá)機(jī)電技術(shù)的張力傳動(dòng)控制解決方案

圖2硬同步及開(kāi)環(huán)張力閉環(huán)矢量控制方案

表1 臺(tái)達(dá)機(jī)電自動(dòng)化平臺(tái)配置

3.1 開(kāi)環(huán)張力閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　硬同步及開(kāi)環(huán)張力閉環(huán)矢量控制方案框圖參見(jiàn)圖2。系統(tǒng)配置參見(jiàn)表1。

為了克服由于負(fù)載的變化造成電機(jī)轉(zhuǎn)差率變大，電機(jī)特性曲線偏軟的缺點(diǎn)，在每個(gè)單元的電機(jī)后加編碼器反饋，并將編碼器信號(hào)接入變頻器，形成閉環(huán)矢量控制。這樣電機(jī)的特性曲線會(huì)比較硬，能夠有效避免負(fù)載小變化時(shí)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的下降。達(dá)到硬同步控制的效果。所有單元變頻器的頻率給定方式是通過(guò)RS485，這樣不僅省略了同步控制器，同時(shí)有效避免了電氣耦合對(duì)模擬量信號(hào)的干擾。系統(tǒng)運(yùn)行更加的穩(wěn)定而且成本也較低，控制效果也更好

3.2 控制算法設(shè)計(jì)

　　速度同樣以1單元為主，在人機(jī)上設(shè)定的一般為線速度，要將線速度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率。由于1單元與2單元之間在機(jī)械方面的差異、傳送介質(zhì)的打滑等因素的存在，勢(shì)必決定了1單元變頻器與2單元變頻器的運(yùn)行頻率不可能完全一致，存在一定的系數(shù)關(guān)系。同理2單元與3單元、3單元與4單元、4單元與5單元之間、5單元與6單元之間也存在不同的系數(shù)關(guān)系。依據(jù)如下的算法處理每?jī)蓚€(gè)單元之間的速度關(guān)系：Vn=Kdn*Vn-1+Kfn*Vn-1。整個(gè)控制的核心及編程思想?yún)⒁?jiàn)圖3。

圖3 控制核心及編程思想

　　在調(diào)試時(shí)需要嚴(yán)格的按照步驟進(jìn)行：主速設(shè)定后，通過(guò)調(diào)整1單元的比例系數(shù)K（D530），將實(shí)際用速度表測(cè)出的線速度調(diào)整到與主速設(shè)定的一致，即完成了1單元的調(diào)試；同理，其它任意兩單元之間的同步關(guān)系的調(diào)試也是同理。直到每?jī)蓡卧g的同步系數(shù)全部確定下來(lái)為止。