超高速卷接机多轴同步伺服控制技术研究

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传统卷接机组中的同步系统一般采用齿轮、同步带等机械传动方式,其加工速度、运行精度、系统柔性都受到了一定的限制。采用独立伺服驱动技术应用于卷接机的同步控制系统能大大简化传动结构、降低机器噪音、提高运动精度,同时还能方便机组的柔性化设计。而多电机伺服同步控制系统是一个强耦合、非线性、多变量的复杂系统,加上卷接机生产过程中负载扰动的影响,其同步精度和稳定性还有待进一步提高。本文针对卷接机多轴同步伺服控制系统的同步精度问题进行了研究,提出了一种模糊补偿相邻耦合同步控制策略,仿真和实验表明这种同步控制策略具有很高的同步精度和稳定性。本文首先分析了交流永磁同步电机的基本结构和工作原理,在此基础上研究了其物理数学模型,采用矢量控制方法建立了电机仿真模型。电机运动控制策略采用三闭环控制,并建立了电机三闭环仿真模型。研究分析了传统多轴同步控制策略,对比了其性能的优劣和适用场合,得出相邻耦合同步控制策略较适用于卷接机多轴同步控制系统,在传统相邻耦合同步控制策略的基础上提出了模糊补偿相邻耦合同步控制策略。对几种典型的同步控制策略以及模糊补偿相邻耦合同步控制策略进行了建模,通过仿真对比,表明模糊补偿相邻耦合同步控制策略在负载扰动的情况下具有更好的同步精度和稳定性。在对卷接机工艺流程、传动系统以及鼓轮动力学分析的基础上选取了接装机上8个典型的鼓轮作为研究对象。采用相邻耦合同步控制策略,对于有动态负载的鼓轮及它们的相邻轴之间,加上模糊补偿控制器,来进一步保证系统的同步精度。对卷接机8鼓轮同步控制系统进行了建模仿真,仿真结果表明8鼓轮系统同步控制策略同步精度高、响应速度快、稳定性好,满足应用要求。最后在多轴同步运动控制实验平台上进行了实验验证,对比分析了主令式同步控制策略、相邻耦合同步控制策略以及模糊补偿相邻耦合同步控制策略在负载扰动情况下的同步性能。实验表明,相邻耦合同步控制策略可以满足一般鼓轮同步精度,对于有负载波动的鼓轮,采用模糊补偿相邻耦合同步控制策略也能很好保证其同步控制精度和较高的鲁棒性。
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