控制系统第8讲.ppt

本讲主要内容 第八章运动控制系统应用实例 8.1高速电子锯 8.2胡萝卜汁的灌装 8.3点胶机 8.4包装生产线 8.5缠绕生产线 8.6恒压供水系统 8.1 高速电子锯 1．问题提出 2．功能分析 1．问题提出 高速电子锯是剪裁设备的一种类型，用于各类固体板材的切割分离。图8-1所示的就是一个实用型高速电子锯。本节将通过四幅切割流程图对整个高速电子锯的应用进行一个完全的解析。 2．功能分析 高速电子锯是一个典型的运动系统。从所实现的任务功能看，其根据客户或者实际生产的需要裁剪木板，木板的几何长度可根据要求输入给控制器。图8-1所示的是高速电子锯的整体结构图，由图可以看出高速电子锯的运动是由以下几个运动组成的。首先，建立一个运动坐标系xyz，其方向如图8-1所示。V0为木板运动的速度，方向从左向右（y轴方向），由输送带负责实现。V1为高速电子锯锯刀沿着x轴方向运动的速度，以实现高速电子锯进刀裁切木板和切完退刀归位，由二维平面工作台负责实现。 很显然，锯刀做往复运动。V2为高速电子锯工作头的速度，锯刀沿着y轴方向运动，由于裁切木板时，木板自身沿着y 轴以V0的速度在运动，因此锯刀要沿着y轴方向以V0的速度与输送带同步运动，以确保切割的运动轨迹是一条直线。待切割完成后，锯刀工作头也要归位，可见其也做往复运动。V3为锯刀沿着z 轴上下运动的速度，当裁切板材时，工作头下移，锯刀与木板高速接触，立即完成切割运动。待裁切完成后，工作头上移与木板分离，归位等待下一次裁切。高速电子锯的特点是其工作轨迹为多轴复合运动合成的结果。具体的运动轨迹如图8-2所示。 图8-2所示的是高速电子锯运动轨迹分析。其中，图8-2(a)是速度矢量点位图，y轴坐标点分别有(V2/V0, 0, 0)和(-, 0, 0)，表明木板运动方向只有一个，从左至右；锯刀沿着y轴的运动有两种形式：①切割时，锯刀沿y轴的运动速度与木板的移动速度相等，即两轴同步运行，以确保切割的运动轨迹是一条直线； 5．结论 本实例的重点不是对控制系统进行解构，而是站在运动学的角度对生产需求的运动形态进行分析，这是进行运动控制的基础。本实例首先研究锯刀的运动轨迹，然后从实现的角度，建立独立的四轴驱动系统，最后通过对每一个独立的轴进行驱动，得到所期望的结果，从而实现高速切割。 8.2 胡萝卜汁的灌装 1．问题提出 2．功能分析 3．运动对象分析 4．系统组成 5．灌装流程图解 1．问题提出 灌装在诸多领域都有着极其广泛的应用。如何提高灌装的效率，对于企业而言是一个核心的技术问题。本实例通过一个胡萝卜汁的灌装问题，对此类系统的应用进行一下图示解析。 2．功能分析 3．运动对象分析 图8-5所示的是胡萝卜汁灌装生产线的运动分析示意图，V1是灌装瓶输送带的速度，由专门的交流电机控制；灌装工作头的运动是往复运动，其速度用V2来表示。对灌装液体流量Q也需要一台电机进行控制。所以，对于这样的一条胡萝卜汁的灌装生产线可演化为3台电机的运动控制问题。需要计算的参数V1为 4．系统组成 如图8-6所示，灌装生产线主要是由9大部件组成，分别是：①输送带，其功能是输送空瓶至灌装工作位，并把灌装之后的产品送到下一工作位；②主编码器，其功能是对输送带的运行速度进行检测，并反馈到运动控制器，运动控制器按照输送带主编码器的反馈值，对灌装工作头灌装态时的速度V2进行同步控制； ③灌装工作头，其功能是对空瓶进行定量灌装；④空瓶位置检测传感器，其功能是对输送带上是否有空瓶进行检测，只有当检测到待灌装位具有三个空瓶时，才运行灌装工作头进行灌装操作；⑤灌装结束位置传感器，其功能一是提示运动控制器灌装结束，二是具有保护功能，以防滚珠丝杠运动过头；⑥无刷直流伺服电机，其功能是驱动滚珠丝杠，带动灌装工作头按照实际需要运动，根据灌装工作头的要求，伺服电机必须做往复式运动，而且来回的运动速度是不同的，回程时的速度是灌装态的3～5倍； ⑦滚珠丝杠，其功能是带动灌装工作头移动；⑧运动控制器，其功能是按照灌装的要求，对整个工艺过程进行全自动控制，本例中采用的是西门子公司的单轴1394运动控制器，有关1394的详细资料，可以登录西门子公司的网站进行查询；⑨人机操作界面，其功能是实现控制参数设定，控制过程数据实时检测，结果实时反馈，本系统的人机界面采用的是Panel View 550，有关Panel View 550的详细资料和技术参数，读者可以通过相关网站查询。 5．灌装流程图解 灌装流程图解的目的，就是希望借助图片的顺序使读者了解和掌握各类灌装的工艺流程，达到快速理解的效果。 图8-7所示的是一个完整的灌装工艺的流程。其中，图8-7(a)是空瓶到位，等待灌装； 图8-7