基于伺服控制技术的zj17卷接机组供纸印刷系统技术改造毕业论文(编辑修改稿)

基于伺服控制技术的zj17卷接机组供纸印刷系统技术改造毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

烟草机械有限责任公司 利用交流伺服系统对 ZJ15 卷接机组进行了技术改进 ， 改进后原设备传动结构大大简化 [12]。 主要改进是 采用交流伺服系统独立驱动粗、细钩子辊， 解决 ZJ15 机组 二次定量供丝存在烟丝供给不均匀的问题 [13]。 20xx 年 许昌烟机还对 卷烟供丝 系统 中所应用的交流伺服控制系统的基本结构、伺服 电动机 的工作特性及其性能 进行总结 [14]， 阐述了卷接机组中所应用的交流伺服伺服控制系统的基本结构、采用的技术路线及其性能优点 ， 着重介绍了 交流伺服驱动代替传统的由主 电动机 、齿轮、皮带组成的传动方式 [15]。 20xx 年河南科技大学杨欣在硕士论文中 指出 ： ZJ15 卷接机组存在着传动链过长 ， 传动齿轮箱体容易漏油等严重影响运行稳定性、精度和烟支质量的缺点 ，提出了以交流伺服系统取代传统的以一 个动力源通过齿轮传动或同步带才能取得固定传动比的全新的卷接机组运动控制方式 [16]。 20xx 年 湖北 中烟 工业有限责任 公司 武汉卷烟厂针对 PROTOS70 卷烟机的工作特点 ， 采用交流伺服系统替代原直流调速主驱动系统 ， 同时改用电气制动取代原机组的气囊刹车系统 [17]。 常德烟草机械有限责任公司 则利用 流化床技术改进供丝系统，烟丝由机械传送改为气流输送，减少了烟丝与机械零件的接触，从而降低了烟丝碎丝率 [18]。 同年， 许昌烟草机械有限责任公司 对 PASSIM 卷烟机独立驱动的纸张力伺服控制装置 进行 改进 ， 增加一个气缸和 PID 速度 调节器 ， 对控制电路作相应的调整 ， 使纸张力伺服控制装置工作稳定 ， 避免断纸和探测臂抖动现象[19]。 20xx 年 湖南 中烟 工业有限责任 公司 长沙卷烟厂 在 小普托卷接机采用伺服放 基于伺服控制技术的 ZJ17 卷接机组供纸印刷系统技术改造 5 大器、伺服 电动机 以及图形操作终端 ， 实现了对烟支长度的控制 [20]。 同年， 许昌烟草机械有限责任公司 在卷烟机中采用交流伺服驱动代替传统传动方式 ， 采用速度环和位置环嵌套的闭环控制技术进行实时跟踪 ， 以减小传动误差、减小噪音 ，增强机组的控制精度与稳定性 ， 简化机电系统的维护与修理 [21]。 20xx 年 营口卷烟厂用伺服系统改造帕西姆卷接机组 卷烟 纸更换系统中的 离合器 ， 取得了良好效果 [22]。 而 许昌烟草机械有限责任公司提出采用博世交流伺服电动机 解决两者的同步问题 ， 并对电气系统的构成及实现进行了论述 [23]。 20xx 年 江西中烟 工业 有限责任 公司 与四川大学 为了提高卷接机组交流伺服驱动系统的稳定性 ， 提出了 一种基于卷接机组运行状态的软件设计方法 ， 根据机组运动功能要求和交流伺服系统的特点 ， 确定了卷接机组的各种运动状态及其关系 [24]。 20xx 年 常德烟草机械有限责任公司 引入色标负反馈环节对钢印的位置进行实时动态检测 ， 以构成钢印闭环 伺服 控制 ， 防止 烟支钢印跑偏 [25]。 常德烟机 还在PASSIM12K 卷接机组改造中，采用了电子同步方式，解决了机械传动中的抖动，保证了烟支交接的稳定性 [26]。 同年， 许昌烟草机械有限责任公司 在 总结了 伦茨9400 系列伺服在卷烟机中的运用 ， 伺服系统与 S7— 300PLC 之间的通讯配置 ， 伺服系统的调整 等内容 [27]。 许昌烟机 还 介绍 了 伺服控制系统在烟机中的运用 情况 ，以及伺服系统的配置与工作原理 [28]。 20xx年 川渝 中烟 工业 有限责任 公司 涪陵卷烟厂 对 PASSIM卷接机组 换纸驱动进行改造， 采用交流 伺服 系统 驱动 卷烟纸 ， 与主机同步速度快 ，以保持 卷烟 纸产生的 张力 均匀 ， 实 现 在高速运行时 自动 拼接 [29]。 陕西中烟工业有限责任公司 宝鸡卷烟厂用交流伺服 控制技术对 PASSIM卷烟机后身供丝系统进行了技术改进 ， 改造后设备运行稳定 ， 减少了烟支空头 [30]。 陕西中烟工业有限责任公司 总结了 伺服控制系统在烟机设备上的应用 ， 分析了伺服控制系统的基本工作原理以及系统硬件组成 ， 说明了伺服控制系统的工作过程 ， 指出了伺服控制系统在使用过程中注意的问题 [31]。 许昌烟草机械有限责任公司 总结了 PLC、伺服 电动机 及驱动器在 烟机 存储输送装置 YF17中的运用 ， 以及系统的配置与工作原理 [32]。 20xx 年 中国 电子科技集团介绍了 PASSIM卷接机组 卷烟 纸拼接控制系统的电气改造 ， 采用独立的交流伺服系统替代磁粉离合器装置 [33]。 河南 中烟 工业有限责任 公司 驻马店卷烟厂在 ZJ15XG 型机组上构建了由伺服系统、微型 PLC 组成的 重量 控制系统 ， 有效地解决了重量控制精度偏低、维修费用较高的问题 [34]。 川渝 中烟 工业有限责任 公司 重庆卷烟厂通过对后身原电磁离合器传动系统进行改造 ， 采用伺服 电动机 独立驱动后身供丝系统 ，解决 后身供丝不均匀 问题 [35]。 湖北 中烟 工业有限责任 公司 恩施卷烟厂 提出了利用伺服控制技术 ， 降低标准偏差的对策 、 措福州大学工程硕士学位论文 6 施 [36]。 川渝 中烟 工业有限责任 公司 黔江 烟厂 采用基于 PLC 控制的伺服 电动机 柔性控制技术 ， 对供料系统高速轴传动进行改进 ， 提高了供丝均匀性 [37]。 20xx 年 许昌烟草机械有限责任公司 介绍 了 BOSCH 伺服控制系统成功应用于ZJ19B 卷接机组传动系统中，使机器供丝、供纸、刀头、嘴机部分各个电机的运行更加稳定，控制精度显著提高 [38]。 20xx 年 至 20xx 年我 公司与 南京金茂林电子科技有限公司 合作， 对 ZJ17 卷接机组的供纸印刷系统进行改进，有效减少了该系统的故障 维修时间和维修费用。 本文 研究内容 本课题拟 通过改造，取 消原机的机械差动机构 ，并改进传动链 ，换用伺服 电动机 ，加装轴编码器获取主机速度，将原机的 B2 B2 B29 三个接近开关的信号输送给伺服控制器，由控制器驱动 电动机 转速快慢来实现 卷烟纸张力 调节。 本课题 将 阐述 所采用 伺服控制 系统各硬件 的 选型 和机械 结构 设计 过程， 分析了系统的 工作原理 ， 总结 伺服控制系统在使用过程中的问题 并进行优化， 比较改进前后技术路线及其性能优点。 其中主要内容如下： （ 1） 第一部分 ， 在 对 ZJ17 卷接机组的传动系统进行 介绍的基础 上，详细分析 供纸印刷系统存在的问题， 并 提出 卷烟纸补偿 伺服控制系统 和 供 纸印刷 系统传动链的改进设计 方案 ，为供纸印刷系统的改进设计和优化打下基础。 （ 2） 第二部分 ， 介绍 卷烟纸补偿的 伺服控制系统硬件 选型过程和 伺服控制系统 主要零件 设计 ，包括与伺服 电动机 连接传动轴和编码器传动零件的设计过程， 并校核 轴的强度、刚度，平键连接的刚度，从 控制和 机械方面保证伺服系统能够稳定、可靠地工作。 （ 3） 第三部分 ， 介绍 了 系统调试过程， 探讨 伺服控制系统的优化 方法。 基于伺服控制技术的 ZJ17 卷接机组供纸印刷系统技术改造 7 第二章 卷烟纸补偿伺服控制系统 的 设计 在对 ZJ17 卷接机组供纸印刷系统进行伺服控制技术改造设计之前， 需要 分析伺服控制系统组 成部件的影响因素和供纸印刷系统存在的问题， 充分分析改造的可行性和必要性， 才能有效 达到 改造 目标。 伺服控制系统的组成 和 发展 伺服 两字系英语“ servo” 的音义，是指系统由外部命令控制，按照人们规定的位置、速度和力矩进行运动。 伺服 控制系统的任务是按照命令要求，对功率进行放大、变换和调控等处理，灵活、方便地控制驱动装置输出的位置、速度和力矩。 随着 伺服控制 系统技术的发展，其成本也逐渐接近纯机械的方案，而它具有的高精度、 高速度、高效率和高可靠性的优点日益凸显， 因此 在许多行业得到广泛采用。 例如在 数控机床 中 ，伺服 控 制 系统 可以按照编程产生的 位移、速度指令，经 处理后 由 伺服 电动机 和 机械 传动 系统 驱动机床 的 主轴，带动 执行部件 ——刀具 做出 各种复杂的运动，加工出 使用者 所要求的工件。 控制器 是 伺服 控制 系统 的核心，它 按照给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量。 伺服 电动机 是 伺服 控制 系统 的 控制对象， 作用是通过 转矩、转速和转角 等形式，将电势能转化为机械能，以 实现 设计者对 运动机械的运动要求。 为了得到高的响应速度 ，即高的 加速度 ， 一般 伺服 电动机 转动惯量 都比较小。 二十世纪 80 年代初， 随着 电动机 技术、电力电子技术、控制技术等支撑技术的 发展，交流 伺服技术的发展极为迅速，先前困扰 交流 伺服系统的控制技术过于复杂、调速性能差等问题得以解决 ， 以 交流伺服电动机为执行元件的交流伺服控制系统逐渐取代直流伺服电动机。 在交流伺服控制系统中，先后出现了感应式交流系统，永磁交流系统 ， 以及磁阻交流系统。 90 年代初，又出现了具有直接驱动能力的各类直线伺服电动机及其驱动系统，揭开了交流直线伺服控制系统取代交流旋转伺服控制系统的序幕，其中以永磁交流伺服电动机驱动系统发展最快，在当前已占据了主导地位。 而在国内， 70 年代我国开始跟踪并开发交流伺服技术，科研单位和高等 院校是主要研究力量，应用方向主要集中在军工和宇航卫星方面。 八十年代以后，交流伺服技术开始成规模进入我国的民用工业领域。 但是在 20xx 年前，国产的伺服控制系统的总体状况仍然是小批量、高价格、技术水平低，难以满足工业自动化发展的需要。 福州大学工程硕士学位论文 8 20xx 年之后，随着中国制造业的快速发展，国内对伺服控制系统的需求也越来越大，这时期国内 很多有远识的厂商 推出的自主品牌的伺服产品影响逐步加大。 目前影响较大的的国产伺服品牌（厂家）有华中数控、广州数控、大森数控、凯奇数控等。 伺服控制系统的性能要求 对伺服系统的基本要求有 高 稳 定性、 可控性好 和快速响应性 、 高 精度。 高 稳定性是指 作用在系统上的扰动消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态的能力。 伺服系统 要求具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。 可控性好是指控制信号消失后，系统应立即停止运转。 快速响应性有两方面含义，一是指动态响应过程中，输出量随输入指令信号变化的迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。 为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信 号的响应要快，因为系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小过渡误差。 精度 是指 输出量复现输入指令信号的精确程度。 衡量 交流 伺服系统 的性能指标 包括定位精度、 调速范围、转矩波动、 动态响应和运行稳定性 等。 定位精度 是 判断 伺服系统定位准确度的关键指标 ， 是指交流伺服 系统 的 最终定位点 和 指令目标值的静态误差 ，现在主流交流伺服 系统 的 定位精度都能达到177。 1 个脉冲。 很多 伺服系统 要求 低速加工 、 高速返回 ，而这可以通过 调速范围来衡量。 调速范围是指伺服 电动机 最低平稳转速和最高转速的比值。 交流 伺服 系统 的调速范围从高到低分为三个档次：低档范围 1： 1000～ 1： 5000，中档 1： 5000～ 1： 10000，高档 1： 10000 以上。 若要达到 低速加工和高速返回的要求 ， 则调速范围需要在高档以上。 转矩波动直接影 响 提高伺服系统的位置和速度精度 ， 转矩波动是由驱动器、电动机 以及负载共同决定的。 转矩波动 是通过 转矩波动系数 来定量描述的，可表示为 一周 期 内 的最大 转矩与最小 转矩 之 差 对其和 的 比 值。 通常动态响应是通过系统最高响应频率来衡量的，其测量方法为：输入一定频率的正弦速度指令，若系统输出速度波形的相位滞后小于 90O或者幅值 大于 基于伺服控制技术的 ZJ17 卷接机组供纸印刷系统技术改造 9 50%，则正弦速度指令能达到最大频率即为最高响应频率。 主流进口伺服 电动机的最高响应频率可达到 900Hz 以上，而国产伺服 电动机 则一般在 200～ 500Hz之间。 运行稳定性，是指伺服系统在电压波动、负载波动等系统内部因素和外部环境影响下，系统输出变化能够维持允许范围内的能力。 与国产产品相比较，主流进口伺服系统的运行稳定性方面仍然占有很大优势。 伺服系统性能的影响因素 对 伺服控制系统的主要部件的影响因素进行全面的分析，才能在系统设计过程中采取措施予以克服。 伺服 电动机 伺服电动 机 对伺服系统性能的 主要影响是转矩波动和齿槽效应。 转 矩 波动 的影响 伺服系统 使用 过程中， 伺服 电动机 的 输出 转矩 T 不是恒定的， 而是 始终 处于轻微波动。 由于 输出 转矩 波动 振幅绝对值不大 ， 若伺服 电动机 运行在 中高速 ，波 动对系统的影响可以忽略不计。 而伺服 电动机 工作在 低速 时 ， 由于 定子绕组上的控制信号 很小 ， 输出转矩。