铝质散热管飞剪机控制系统的设计与实现

摘要

飞剪机是汽车散热管生产线末端的重要设备，用于纵向剪切运动的铝质散热管，在剪切时铝质散热管不需要停顿、并持续不断的供给，整个剪切过程为一个动态的过程。飞剪机在剪切散热管时需要保持切刀的速度与目标速度一致，即速度同步跟踪;与此同时，在速度同步跟踪的过程中还需完成对散热管的定长剪切，即位置控制。速度同步跟踪与位置控制是相互联系、互相影响的。因此，对飞剪机的控制是一个复杂的运动控制问题。
　　 论文在深入分析国内外飞剪机控制技术发展现状与趋势的基础上，利用伺服控制技术与电气传动知识，针对目前国内飞剪机所存在的问题，以“HMI+伺服控制器+伺服驱动器+伺服电机”的结构形式，设计了散热管飞剪机伺服控制系统。本文通过建立切刀数学模型和分析飞剪机的生产工艺，规划了切刀运动轨迹，并按照设定的剪切长度L分五种情况设计了剪切控制算法。
　　 本文所设计的飞剪机伺服控制系统以SM-ApplicationsPlus为核心控制器，SP驱动器作为驱动装置。散热管的实时速度和长度由测速轮测量，并由通信电缆传输给伺服控制器。伺服控制器按照剪切控制算法计算出实时给定速度，以指令的形式发送给SP驱动器，伺服控制器通过SP驱动器来控制伺服电机的速度。散热管飞剪机控制系统实现了电流、转速双闭环控制。电流环确保了电机输出转矩的精确控制，速度环确保了电机转速的精确控制。
　　 通过对上述所设计控制系统的模拟试验，结果表明该伺服控制系统具有良好的速度跟随特性及较高的定尺剪切精度，能够满足生产需要与工艺规格，对高性能飞剪机整套设备的研发具有借鉴意义。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 飞剪机控制系统发展现状

1．2．1 飞剪机的分类及其应用

1．2．2 国内外飞剪机控制技术发展现状

1．2．3 飞剪机控制系统的发展趋势

1．2．4 国内飞剪机控制系统存在的主要问题

1．3 课题来源及论文体系结构

2．飞剪机的工作原理与剪切算法研究

2．1 汽车换热器的焊管生产工艺

2．2 飞剪机的工作原理与散热管技术指标

2．2．1 飞剪机的工作原理

2．2．2 散热管生产技术指标

2．3 飞剪机控制需求分析及其关键技术

2．3．1 飞剪机控制需求分析

2．3．2 飞剪机控制关键技术

2．4 飞剪机数学模型的建立

2．4．1 飞剪机的机械结构模型

2．4．2 飞剪机的数学模型

2．5 切刀运动轨迹分析及剪切算法设计

2．5．1 切刀运动轨迹的分析

2．5．2 剪切长度的划分

2．5．3 剪切算法的设计

2．6 本章小结

3．永磁同步电机的矢量控制算法仿真分析

3．1 永磁同步电机的组成结构及数学模型

3．1．1 永磁同步电机的内部结构

3．1．2 PMSM电机的数学模型

3．2 PMSM电机矢量控制系统的原理

3．2．1 矢量控制算法的基本思想

3．2．2 矢量控制算法中的坐标变换

3．2．3 PMSM电机的矢量控制方法

3．3 SVPWM调制技术

3．3．1 SVPWM的基本原理

3．3．2 SVPWM调制算法的实现步骤

3．4 PMSM电机的系统仿真

3．4．1 矢量控制系统的实现原理

3．4．2 仿真模型的搭建

3．5 矢量控制系统的仿真结果分析

3．6 本章小结

4．飞剪机控制系统的设计

4．1 控制系统的方案设计

4．1．1 伺服控制系统组成

4．1．2 飞剪机控制系统结构方案设计

4．2 控制系统硬件选型

4．2．1 永磁同步电机的选型

4．2．2 驱动器与伺服控制器的选型

4．3 驱动器以及伺服控制器的描述

4．3．1 驱动器的描述

4．3．2 伺服控制器的描述

4．4 飞剪机系统的硬件设计

4．4．1 控制系统的硬件架构

4．4．2 主回路硬件电路设计

4．4．3 SM-Resolver与旋转变压器的连接

4．5 飞剪机系统的软件设计

4．5．1 用户程序开发平台与编程语言的描述

4．5．2 系统的主程序设计

4．5．3 切刀的初始化程序设计

4．5．4 回零点程序设计

4．5．5 剪切控制子程序设计

4．5．6 HMI界面设计

4．6 本章小结

5．飞剪机控制系统的试验分析

5．1 实验平台的建立

5．2 试验内容

5．2．1 飞剪机的调试

5．2．2 试验结果分析

5．3 本章小结

6．总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 未来工作展望

致谢

参考文献