PDF《电子凸轮在三伺服包装机中的应用》

63 电子凸轮在三伺服包装机中的应用 摘要:本文根据电子凸轮的优点,设计出基于DSP的电子凸轮控制系统及 其实现方法,以三伺服自动包装机为例说明电子凸轮的具体应用,取得了 良好的控制效果.

文章编号:130204 青岛科技大学? 自主导航与智能控制研究所? 韩玉坤

1 背景 传统的自动包装机多采用机械式控制,如凸轮 分配轴式,后来又出现了光电控制、气动控制等控 制形式.但是,随着食品加工工艺的日益提高,对 包装参数的要求不断增多,原有的控制系统已难以 满足发展的需要,应采用新的技术改变食品包装机 的面貌.

2 电子凸轮定义及优点 2.1 机械凸轮 传统枕式包装机为了实现横封刀轴与膜轴的同 步切膜运动实现大部分通过机械凸轮机构;

凸轮机 构能将旋转运动转换为预期的间歇直线往复运动或 往复摆动等.但是凸轮机构在包装机的实际应用中 也存在着很多局限性: (1)机械凸轮传动机构属于高副的点、线接 触,存在较大的接触应力,不能传递较大的功率;

同 时由于机械凸轮在工作过程中是高速运行,因此凸轮 磨损快,长时间使用会使接触运动部件运动失真,因 而不能用在那些有较高的重复精度要求的场合. (2)一个机械凸轮系统只能实现一种设定的 运动规律, 其输出运动缺乏柔性,当需要从动件运动 规律改变时,凸轮的设计、生产工艺等就需要重新 调整或彻底更换. (3)机械结构复杂,对机械安装人员的要求 高,生产成本高,维修调试不方便. (4)凸轮机构传动过程中存在较大噪音. 2.2 电子凸轮 The application of electronic cam in the three-servo packaging machine 随着科技进步和数字伺服技术的出现,在传动 及控制系统中我们可以利用电子凸轮代替传统的机 械凸轮实现各种复杂的往复运动.电子凸轮是以伺 服运动控制技术为基础,并结合先进的微处理器, 通过数字化系统实现模拟机械凸轮的功能. (1)电子凸轮系统不存在机械凸轮系统中的 惯性应力、弹性变形、刚性冲击力等各种机械接触 破坏,故响应速度快,因此更能适合高速运动传动 场合. (2)电子凸轮系统不存在磨损, 凸轮传动曲线 形状只要设计完成就不会改变, 因而从动件重复实现 预期运动的精度更高、稳定性更好. (3)可以方便的更改运动传动曲线,通过更 改相应的运动参数就可以实现不同的运动传动曲 线,大大降低生产安装更换成本. (4)传动平稳,机械振动小,噪音低,使用 寿命更长.

3 电子凸轮技术的实现 本文实现电子凸轮的通用运动控制器使用 Motorola DSP(Digital Singal Processing 数字信号 处理)的是56F807芯片为处理器,通过此芯片协调 伺服驱动器和伺服电机实现电子凸轮的控制系统设 计;

此DSP芯片在80MHz时钟频率下,每秒可处理 40*106 条指令,同时有定时器模块、相位检测模 块、PWM输出、AD采集等功能模块,并具有丰富 的外围接口,足够满足电子凸轮的各种曲线需求 . 3.1 电子凸轮的DSP控制 [相关链接] http://www.chuandong.com/ tech/detail.aspx?id=6726 三伺服包装机

64 三伺服包装机 本文的电子凸轮是通过DSP的相位检测模块不 断读取主轴伺服电机的位置和速度,根据主轴位置 和速度计算出从轴相对应的速度和位置实现主从轴 凸轮曲线对应关系.伺服电机的功能是将电脉冲信 号变换成相应的角位移,即给1个电脉冲信号,电机 将转过1个固定的角度(可通过设置伺服电机轴分辨 率来实现固定角度).由于伺服电机的角位移与输 入脉冲成比例,调整DSP发出的电脉冲频率,就可 以对伺服电机进行调速. 3.2 电子凸轮的实现步骤 (1)确定主从轴的速度曲线对应关系. (2)将一个周期内从动轴的位移分段,根据主 从轴速度曲线对应关系确定每段位移内从轴的速度. (3)将每段位移量转化为伺服电机的脉冲数. (4)根据从轴的速度要求计算出DSP所需要 的电脉冲频率. (5)将上面计算得到的电脉冲频率作为DSP 的PWM模块的模值输出即可控制伺服电机的转速, 实现电子凸轮功能.