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伺服电机在点阵式自动喷标机中的应用

The application of楼宇设施 servo motor in dot-matrix Jet Printing Machine

WEI Ai-yu ,LIU Yuan-kai ,XU Ai-quan ,XIANG Zhan-qin

(Institute of Manufacturing Engineering, Zhejiang university , Hangzhou 310027)

Abstract: This paper introduces the application of servo motor in dot-matrix Jet Printing Machine. We pay attention to discuss the selection of the servo motor and the position control theory, analyze the position loop and velocity loop . At last we give the calculator of related parameters and regulated graph.

Key words: position control, moment of inertia ,PI control

1 前言

在钢铁行业中，为了实现质量管理和质量跟踪，产品进入市场必须在产品表面按一定格式写上标号,如石油套管要求以美国石油学会标准API SPEC 5CT进行标号。浙江大学生产工程研究所开发了点阵式钢管喷标机，并在国内钢管生产企业投入使用，取得很好的效果。喷标要达到的主要技术指标如下：

1）字迹清楚，附着力强，点径1mm～2mm；

2）喷字大小连续可调：9mm×7mm～48mm×32mm（高加香机×宽）；

3）喷标速度对标准字体36mm×12mm，可在0到80米/分钟之间调节。

2 系统设计

为了保证系统的可靠性，采用模块化设计，分为喷头、喷头控制系统、伺服运动控制系统，附属机构等。系统以PLC为核心，协调整个工作过程。本文着重介绍伺服运动控制系统的设计及实现。

该伺服运动控制系统的工作原理是：步进梁将钢管搬上台架，PLC检测到钢管到位后，由PLC伺服定位模块发送控制脉冲，经过信号转换卡转换后传送到伺服放大器，然后伺服放大器经过位置控制后控制伺服电机，带动小车和喷头运动，把上位机发送过来的字符喷印在钢管表面上，喷印完成以后，将数据写入数据库。

在本系统中，由于喷印要求定位精度高、快速，并且启动频繁，我们选择用交流伺服电机驱动喷印小车。其闭环控制系统对执行情况进行实时检测，将信息及时反馈到控制端，因此中间环节及外界扰动影响比较小，精度相对要高很多，而它附带的数字化伺服软件能够很好地满足要求，而且内设位置环可和多种上位控制机相配接。

本系统中伺服电机的选取和控制方式的选择是关键问题。

3 伺服电机的选取

3.1惯乌兰察布量匹配

由于伺服电机的运行性能依赖于负载和电机惯量的匹配，为了满足系统灵敏性和稳定性的要求，负载惯量JL应限制在电机惯量JM的15倍之内。等效转动惯量算法如下：

及时画出实验曲线（经常使用力--位移的曲线）

4 伺服电机的控制

伺服电机的运行性能不仅依赖于所带的负载，而且跟控制方式、控制脉冲密切相关。

4.1 位置控制模式

MR-JS-200A伺服放大器提供了位置控制模式、速度模式、转矩模式、位置/速度、位置/转矩、速度/转矩等运行模式。喷标机的主要任务是定位喷标位置，达到规定的精度要求。因此我们设定位置控制模式来控制伺服电机。

当伺服电机带动负载从一点运动到另一点时，为了保证运动的平稳和准确定位，在起动和停止时要进行加减速控制。

本系统的位置控制模式中，为了保证每次喷印距离的准确性，采用了伺服电机的位置斜坡功能，对位置指令加减速时间常数进行了设定，控制伺服电机的起调时间。通过此功能使同步编码器发出指令后，即使是在伺服电机处于运行时启动，同步运行也可以平稳地开始。还由于采用闭环控制，编码器随时事实上可以检测脉冲的差值，返回到输入端，参与系统的控制，使定位准确，精度高。位置指令采用阶跃输入时的运行图如图3所示。

为了保证每次喷印距离不变，不产生累积误差，系统采用了原点定位的功能。在每次开机工作时，需要进行一次原点定位，保证了每批钢管的喷标位置一样。根据所设的位置控制原理，电机在碰到原点定位的传感器后，减速运行，等待PLC检测到编码器返回的零点脉冲，再转动一转第二将更加关注聚氨酯及其改性聚合物领域的基础研发次检测到这个脉冲后，在原点停止，定位成功。然后开始喷印循环操作。

（6）实际调试的结果

根