基于dsp的伺服电机凸轮机构的设计

基于dsp的伺服电机凸轮机构的设计

0d-压缩机的应用为了实现横截面展览机和膜面的同步运动，传统的枕式收割机通常使用转向机构。因为倾斜机构可以将旋转运动转换为预期的间歇性直线，并将其旋转。但是凸轮机构在包装机的实际应用中也存在着很多局限性:(1)凸轮机构属于高副点线接触,存在较大的接触应力,无法传递较大的功率。加之凸轮在工作过程中高速运行,所以凸轮磨损快,长时间使用会使从动件的运动失真,因而不能用在那些对重复精度要求高的的场合。(2)一个凸轮只能实现一种预定的运动规律,输出运动缺乏柔性,当从动件运动规律改变时,凸轮的生产工艺就需要重新调整或彻底更换。(3)机械结构复杂,装配精度要求高,生产成本高,维修调试不方便。(4)凸轮机构传动过程中存在较大噪声。1电子方向盘的含义和优点1.1电子齿轮替代传统机械齿轮随着科技进步和数字伺服技术的出现,在传动及控制系统中,我们可以利用电子凸轮代替传统的机械凸轮实现各种复杂的往复运动。电子凸轮是以伺服控制技术为基础,并结合先进的微处理器,通过数字化系统实现模拟机械凸轮的功能。1.2电子齿轮与合高速运动的传动装置(1)电子凸轮系统没有机械凸轮的惯性力、弹性变形、刚性冲击等缺陷,故响应速度快,能适合高速运动的传动装置;(2)电子凸轮不存在磨损,凸轮曲线形状不会改变,因而从动件重复实现预期运动的精度高、稳定性好;(3)可以方便地更改运动曲线,只要更改相应的运动参数就可以实现不同的运动曲线,大大降低生产安装成本;(4)传动平稳,机械振动小,噪声低。2系统的整体设计使用MotorolaDSP(DigitalSingalProcessing数字信号处理)56F807芯片为处理器协调伺服驱动器和伺服电机实现电子凸轮的控制系统设计;此DSP芯片在80MHz时钟频率下,每秒可处理40×106条指令,有定时器模块、相位检测模块、PWM输出等功能模块,并具有丰富的外围接口,足够满足电子凸轮的各种曲线需求。2.1轴相对应运动电子凸轮通过DSP的相位检测模块不断读取主轴伺服电机的位置和速度,根据主轴位置和速度计算出从轴相对应的速度和位置实现主从轴凸轮曲线对应关系。伺服电机的功能是将电脉冲信号变换成相应的角位移,即给1个电脉冲信号,电机将转过1个固定的角度(可通过设置伺服电机轴分辨率来实现固定角度)。由于伺服电机的角位移与输入脉冲成比例,调整DSP发出的电脉冲频率,就可以对伺服电机进行调速。2.2速度曲线对应关系(1)确定主从轴的速度曲线对应关系;(2)将一个周期内从动轴的位移分段,根据主从轴速度曲线对应关系确定每段位移内从轴的速度;(3)将每段位移量转化为伺服电机的脉冲数;(4)根据从轴的速度要求计算出DSP所需要的电脉冲频率;(5)将上面计算得到的电脉冲频率作为DSP的PWM模块的模值输出即可控制伺服电机的转速,实现电子凸轮功能。3横封的速度曲线以三伺服枕式包装机为例介绍基于DSP的电子凸轮的具体应用。如图1所示为新型三伺服枕式包装机工作原理图。从图中看到,该机横封切断辊刀、包装膜轴和卸料传送带、送料拨叉轴分别由单独的伺服电机作为动力。该机集自动送料、包装、封口、切断于一体,是一种高效率的连续式包装机。其控制的重点和难点在于三轴的位置及速度同步以及凸轮运动的实现。位置同步:横封的切割点必须在塑料膜的色标点内,且保证横封不能切到物料;速度同步:横封刀切割时的速度与此时塑料膜的速度以及送料速度要相等;凸轮运动:由于包装的袋长在一定范围内是可变的,横封刀旋转1周所经过的距离一般不等于袋长,这就要求横封在一定时间内要完成由同步速度到变速再到同步速度的凸轮运动过程。以包装膜轴为主轴,横封刀轴为从轴,它们的速度曲线根据袋长与横封刀的周长有3种关系:(1)横封刀周长大于一个袋长;(2)横封刀周长小于一个袋长;(3)横封刀周长等于于一个袋长。下面以横封刀周长大于一个袋长为例进行计算。横封刀周长大于一个袋长的速度曲线如图2。其中t1与t2之间为速度同步段;t3为横封刀切割时刻。电脉冲频率为:f=nΖ×w2π=nL2π×LΝ60R=nΖLΝ120πRf=nZ×w2π=nL2π×LN60R=nZLN120πR式中N——自动包装机速度包/minL——袋长/mmC——横封刀宽度/mm,(L>C)R——横封刀半径/mmn——机械传动比w——横封刀角速度w=LN/60RZ——伺服电机编码器分辨率根据主从轴速度曲线可知电子凸轮推程和回程分别做等加速运动和等减速运动,加速度的绝对值相等且二者用时相等,故此时推程对应的电脉冲频率关系式为:f推=nΖ×Vt2πR=nΖ2πR×(LΝ60+(LΝ)21800×(2πR-L)(L-C)2t)f推=nZ×Vt2πR=nZ2πR×(LN60+(LN)21800×(2πR−L)(L−C)2t)同理,可推导出回程对应的电脉冲频率f关系式为:f回=nΖ×Vt2πR=nΖ2πR×(LΝ60×(2πR-C)(L-C)-(LΝ)21800×(2πR-L)(L-C)2×(t-30(L-C)LΝ))将上面计算得到的电脉冲频率作为DSP的PWM模块的模值,通过控制模值数来对伺服电机进行调速,实现横封刀轴与膜轴的速度曲线。4主要的机械装置本文介绍了基于DSP的电子凸轮控制系统及其实现方法,以三伺服枕式包装机为例说明电子凸轮算法的具体实现。三伺服枕式包装机控制系统使用电子凸轮后有以下优势:(1)使包装机的机械结构大大简化,传动部分直接使用链条或同