基于dsp的伺服電機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

基于dsp的伺服電機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

0d-壓縮機(jī)的應(yīng)用為了實(shí)現(xiàn)橫截面展覽機(jī)和膜面的同步運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的枕式收割機(jī)通常使用轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。因?yàn)閮A斜機(jī)構(gòu)可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為預(yù)期的間歇性直線，并將其旋轉(zhuǎn)。但是凸輪機(jī)構(gòu)在包裝機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中也存在著很多局限性:(1)凸輪機(jī)構(gòu)屬于高副點(diǎn)線接觸,存在較大的接觸應(yīng)力,無(wú)法傳遞較大的功率。加之凸輪在工作過(guò)程中高速運(yùn)行,所以凸輪磨損快,長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)使從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)失真,因而不能用在那些對(duì)重復(fù)精度要求高的的場(chǎng)合。(2)一個(gè)凸輪只能實(shí)現(xiàn)一種預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,輸出運(yùn)動(dòng)缺乏柔性,當(dāng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律改變時(shí),凸輪的生產(chǎn)工藝就需要重新調(diào)整或徹底更換。(3)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝配精度要求高,生產(chǎn)成本高,維修調(diào)試不方便。(4)凸輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)過(guò)程中存在較大噪聲。1電子方向盤(pán)的含義和優(yōu)點(diǎn)1.1電子齒輪替代傳統(tǒng)機(jī)械齒輪隨著科技進(jìn)步和數(shù)字伺服技術(shù)的出現(xiàn),在傳動(dòng)及控制系統(tǒng)中,我們可以利用電子凸輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。電子凸輪是以伺服控制技術(shù)為基礎(chǔ),并結(jié)合先進(jìn)的微處理器,通過(guò)數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬機(jī)械凸輪的功能。1.2電子齒輪與合高速運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置(1)電子凸輪系統(tǒng)沒(méi)有機(jī)械凸輪的慣性力、彈性變形、剛性沖擊等缺陷,故響應(yīng)速度快,能適合高速運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置;(2)電子凸輪不存在磨損,凸輪曲線形狀不會(huì)改變,因而從動(dòng)件重復(fù)實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)的精度高、穩(wěn)定性好;(3)可以方便地更改運(yùn)動(dòng)曲線,只要更改相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)曲線,大大降低生產(chǎn)安裝成本;(4)傳動(dòng)平穩(wěn),機(jī)械振動(dòng)小,噪聲低。2系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)使用MotorolaDSP(DigitalSingalProcessing數(shù)字信號(hào)處理)56F807芯片為處理器協(xié)調(diào)伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)電子凸輪的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì);此DSP芯片在80MHz時(shí)鐘頻率下,每秒可處理40×106條指令,有定時(shí)器模塊、相位檢測(cè)模塊、PWM輸出等功能模塊,并具有豐富的外圍接口,足夠滿足電子凸輪的各種曲線需求。2.1軸相對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)電子凸輪通過(guò)DSP的相位檢測(cè)模塊不斷讀取主軸伺服電機(jī)的位置和速度,根據(jù)主軸位置和速度計(jì)算出從軸相對(duì)應(yīng)的速度和位置實(shí)現(xiàn)主從軸凸輪曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系。伺服電機(jī)的功能是將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移,即給1個(gè)電脈沖信號(hào),電機(jī)將轉(zhuǎn)過(guò)1個(gè)固定的角度(可通過(guò)設(shè)置伺服電機(jī)軸分辨率來(lái)實(shí)現(xiàn)固定角度)。由于伺服電機(jī)的角位移與輸入脈沖成比例,調(diào)整DSP發(fā)出的電脈沖頻率,就可以對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。2.2速度曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系(1)確定主從軸的速度曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系;(2)將一個(gè)周期內(nèi)從動(dòng)軸的位移分段,根據(jù)主從軸速度曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系確定每段位移內(nèi)從軸的速度;(3)將每段位移量轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)的脈沖數(shù);(4)根據(jù)從軸的速度要求計(jì)算出DSP所需要的電脈沖頻率;(5)將上面計(jì)算得到的電脈沖頻率作為DSP的PWM模塊的模值輸出即可控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)電子凸輪功能。3橫封的速度曲線以三伺服枕式包裝機(jī)為例介紹基于DSP的電子凸輪的具體應(yīng)用。如圖1所示為新型三伺服枕式包裝機(jī)工作原理圖。從圖中看到,該機(jī)橫封切斷輥刀、包裝膜軸和卸料傳送帶、送料撥叉軸分別由單獨(dú)的伺服電機(jī)作為動(dòng)力。該機(jī)集自動(dòng)送料、包裝、封口、切斷于一體,是一種高效率的連續(xù)式包裝機(jī)。其控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于三軸的位置及速度同步以及凸輪運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。位置同步:橫封的切割點(diǎn)必須在塑料膜的色標(biāo)點(diǎn)內(nèi),且保證橫封不能切到物料;速度同步:橫封刀切割時(shí)的速度與此時(shí)塑料膜的速度以及送料速度要相等;凸輪運(yùn)動(dòng):由于包裝的袋長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)是可變的,橫封刀旋轉(zhuǎn)1周所經(jīng)過(guò)的距離一般不等于袋長(zhǎng),這就要求橫封在一定時(shí)間內(nèi)要完成由同步速度到變速再到同步速度的凸輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程。以包裝膜軸為主軸,橫封刀軸為從軸,它們的速度曲線根據(jù)袋長(zhǎng)與橫封刀的周長(zhǎng)有3種關(guān)系:(1)橫封刀周長(zhǎng)大于一個(gè)袋長(zhǎng);(2)橫封刀周長(zhǎng)小于一個(gè)袋長(zhǎng);(3)橫封刀周長(zhǎng)等于于一個(gè)袋長(zhǎng)。下面以橫封刀周長(zhǎng)大于一個(gè)袋長(zhǎng)為例進(jìn)行計(jì)算。橫封刀周長(zhǎng)大于一個(gè)袋長(zhǎng)的速度曲線如圖2。其中t1與t2之間為速度同步段;t3為橫封刀切割時(shí)刻。電脈沖頻率為:f=nΖ×w2π=nL2π×LΝ60R=nΖLΝ120πRf=nZ×w2π=nL2π×LN60R=nZLN120πR式中N——自動(dòng)包裝機(jī)速度包/minL——袋長(zhǎng)/mmC——橫封刀寬度/mm,(L>C)R——橫封刀半徑/mmn——機(jī)械傳動(dòng)比w——橫封刀角速度w=LN/60RZ——伺服電機(jī)編碼器分辨率根據(jù)主從軸速度曲線可知電子凸輪推程和回程分別做等加速運(yùn)動(dòng)和等減速運(yùn)動(dòng),加速度的絕對(duì)值相等且二者用時(shí)相等,故此時(shí)推程對(duì)應(yīng)的電脈沖頻率關(guān)系式為:f推=nΖ×Vt2πR=nΖ2πR×(LΝ60+(LΝ)21800×(2πR-L)(L-C)2t)f推=nZ×Vt2πR=nZ2πR×(LN60+(LN)21800×(2πR?L)(L?C)2t)同理,可推導(dǎo)出回程對(duì)應(yīng)的電脈沖頻率f關(guān)系式為:f回=nΖ×Vt2πR=nΖ2πR×(LΝ60×(2πR-C)(L-C)-(LΝ)21800×(2πR-L)(L-C)2×(t-30(L-C)LΝ))將上面計(jì)算得到的電脈沖頻率作為DSP的PWM模塊的模值,通過(guò)控制模值數(shù)來(lái)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,實(shí)現(xiàn)橫封刀軸與膜軸的速度曲線。4主要的機(jī)械裝置本文介紹了基于DSP的電子凸輪控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法,以三伺服枕式包裝機(jī)為例說(shuō)明電子凸輪算法的具體實(shí)現(xiàn)。三伺服枕式包裝機(jī)控制系統(tǒng)使用電子凸輪后有以下優(yōu)勢(shì):(1)使包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化,傳動(dòng)部分直接使用鏈條或同