伺服凸轮曲线控制在制药机械上的应用

1、伺服凸轮曲线控制在制药机械上的应用引言伺服电机以其很高的传动效率和极高的控制精度受到工控行业 的青睐。无论是速度控制、转矩控制还是位置控制，伺服电机都表现 出了无可超越的优势。同时，凸轮曲线的应用，使得控制方式和应用 场合更加广泛和白如。GMP 质量要求极其严格，无疑制药设备制造商只有提高白己技术优势， 才能搏得药厂的芳心。我厂生产的灌装设备，采用全伺服控制，一台 灌装机1220主轴同步加凸轮曲线实现各个轴之间有条不紊的协同工作。 为了提高灌装质量，就要让泵有尽量长的时间用于灌装，为此控制灌 装泵滑阀发切换时间就要被压缩。这需要滑阀电机在极短的时间内移 动一定的距离。由于时间太短，这使得原来的

2、多项式 5 怎样解决这问题并找到最合适的曲线及参数呢？ 这需要从分析曲线开始（1）。从静止到静止的运动有 7 种运动曲线规则可选则：直线、二次抛物线、简单的正弦曲线、多项式 5 级曲线、斜正弦曲线、梯形加速曲 线和修正正弦曲线。说道曲线必须要提到几个关键参数： 速度特性 值（Cv=f , 越小，由于静态负载（力）原因，需要的驱动扭矩越小；加速特性值（Ca 泰大加速度f（z）,|Ca|越小，负载越小；急动度特性参数（ Cj患大动度值f? 越小，倾向更小的震动激励。那每种曲线有什么然加速，会造成震动、噪音和磨损，而且要求运动线路有更 强的弹性， 也是通常不推荐使用的曲线；梯形加速曲线，其优点很明

3、显特别低的加（Ca 值），参数比斜正弦曲线的急动度特性参数大的多，当加速度突变是会导致跃度无穷大，产生柔性冲击，是震动激励源，这也是 常推荐的曲线。其他四种曲线也会有白己的缺点， 但其优点也是明 显的， 下面我们通过曲线来逐一分析。（这里使用的是博世力士乐的 IndraWorks Engineering Cam （凸轮）曲线软件。）简单的正弦曲线关键 参数值 Vmax/Cv=471.2361 ; Amax/Ca=4.9348 ;Jmax/Cj=-3.100Q 简单的正弦曲线虽然从曲线上看各参数的绝对值都 不大，但是加速度（绿色曲线）从一开始从 0 突变到 4.9348,突然加速会造成振动、噪声

4、和磨损。不利于机械系统的稳定。5级曲线关键参数值 Vmax/Cv=562.4946 Amax/Ca=5.773 Jmax/Cj=-12; 项式5 级曲线从曲线上一眼就看到速度的最大值Vmax/Cv 的值太大（蓝色曲线），这对电机的扭矩需求比较大，意思是说在电机转速 较高的情况下还要要求电机输出较高的扭矩。这种情况需要机械工程师选择电机的时候就要考虑的电机的参数， 局。扭矩输出越大，成本越斜正弦曲线关键参数值 Vmax/Cv=425.5308 ; Amax/Ca=7.3854 ;Jmax/Cj=-743.9604Jmax/Cj （粉色曲线）绝对值太大， 产生振动。修正正弦曲线关键参数值 Vmax

5、/Cv=527.8768 ;Amax/Ca=5.5279 ; Jmax/Cj=-13.8933 修正正弦曲线从该曲线参数上看相对前面 3 条曲 线指标都相对中和，也没有明显的缺点，首选这个修正正弦曲线。电机的曲线从原来的多项式5 级曲线改成修正正弦曲线后，跟随 差频率减少。但仍然有电机过冲现象，过冲现象是由于减速度太大， 机输出的扭矩不能够在规定的时间内将速度减到0,因此电机的实 际停车位置会超过理论停机位置。解决这个问题有2 个方法：减小速度；增加电机输出扭矩；电机输出扭矩是和选择的电机有关， 一旦电机选择好了，输出扭矩的最大值和额定值就是定的了。在我们的这个案例里面，我们是可以通过优化曲线

6、来使得用小电机完成大任 成为可能。简单的想，只有让减速时间长一点，就可以减小减速度 的绝对值，这样需要尝试提前速度的拐点，也就是说让加速段的时间 缩短， 从而让减速段有更多的时间，以达到减小减速度的目的，多次 反复试验后，加速度的拐点从 0.5 修改成0.3,更改速度拐点后的曲 线为：从图中绿色的加速度/减速度曲线可以看出，在运动减速时的减 速度由原来的 5.527mm/sec2 降到现在 3.962 mm/sec2 ,实际测试后过冲现象明显减小，在跟随误差范围内，系统会白动调整回来，可以 接受。曲线经过这样修改后，现场经过三个多月的整机测试后， 证实跟随误差报警不再出现；滑阀切换瞬间的噪声也明显减小； 电机过冲现象也不明显了。达到了满意的测试结果。这个简单的案