高定尺精度飛鋸的主從脈衝控制裝置的製作方法
2023-10-09 16:48:14 3
專利名稱：高定尺精度飛鋸的主從脈衝控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於焊管生產設備領域，涉及焊管生產，將連續焊接並且在行進中的鋼管切 斷成符合定尺精度要求的管段的飛鋸的控制，特別涉及高定尺精度飛鋸的主從脈衝控制裝置。 技術背景
飛鋸(FLYING SAW)是焊管生產所需的一臺重要設備,它將連續焊接並行進中的鋼管切斷 成符合定尺精度要求的管段。
為完成切斷任務對飛鋸有一個最基本的要求，即飛鋸必須在行進中完成鋸切，故鋸切時 飛鋸須與鋼管保持嚴格的同步，否則切斷無法順利完成。
第二個要求是定尺的要求，由於當飛鋸與鋼管同步運行時，管與鋸的相對位置再也不發 生變化，故為獲得滿意的定尺必須在飛鋸加速並追蹤鋼管的整個過程中對其運動嚴格控制， 利用兩者的速度差來調整兩者的相對位置以保證在達到同步的那一瞬間鋼管端面相對於鋸的 伸出量正好等於定尺值。
如圖1所示，設飛鋸從零速開始按等加速曲線運行去追蹤鋼管，並設鋼管在追蹤的整個 過程中以不變的速度運行，則在追蹤過程中鋼管的位移量等於，L產V管x (TrTo)，式中
Li --追蹤過程鋼管的位移量，
V管—鋼管速度，
TV-追蹤開始時間，
TV-追蹤結束時間，
而飛鋸的位移量等於L2，追蹤過程鋼管相對飛鋸的附加伸出量為ALHU-L2， AL為追 蹤過程鋼管的附加伸出量。
為獲得定尺，在飛鋸開始追蹤時鋼管相對與飛鋸的予伸量L(TL-AL，
Lo為追蹤開始時鋼管的預伸量，
L為鋼管定尺值。 如上所述，飛鋸完成定尺切斷的控制過程可作如下描述
1) 飛鋸靜止時系統控制預伸量，當預伸量達到U值時，飛鋸立即轉入追蹤過程；
2) 飛鋸在追蹤過程，飛鋸加速運行最終達到同步，而在加速過程嚴格控制附加伸出量AL。 附加伸出量的絕對量並不重要，重要的是它必須是一個不變量。鋼管的運行難免出現波
動，尤其是當生產線啟動與減速過程中，速度變化劇烈，如何使AL保持不變就更為重要。 目前普遍採用的飛鋸DDS(數字直流伺服)控制系統採用速度採樣並用採樣的結果調製一
個直流調速系統來控制追蹤運動曲線以獲得同步與附加伸出量不變的雙重目標。
帶編碼器的測速輪產生直接反映鋼管運動的脈衝序列，計數器在規定的時間間隔內完成
對管脈衝的計數，計數值除以時間間隔值便是鋼管的速度。由於脈衝相位的漂移及計數取整，
脈衝計數可能出現l個脈衝的截斷誤差，此誤差為隨機誤差，無法控制。
設管脈衝序列的頻率為40KHz，採樣周期為4ms，標準釆樣計數為160， 1個脈衝的相對截斷誤差為0.0625%。
當管脈衝序列的頻率減為20KHz,採樣周期減為2ms，標準採樣計數為40， 1個脈衝的相對 截斷誤差增加為2.5%，顯然頻率愈高，採樣周期愈長，相對截斷誤差愈小。
因此減少截斷誤差對控制精度的影響有兩個辦法， 一是增加脈衝序列的頻率，但此措施 受編碼器解析度的限制。二是加大採樣時間間隔，而這又與為提高跟蹤精度須減小採樣間隔 的要求形成對抗。
採用這種速度採樣並利用採樣結果來調製速度的辦法遇到了不可克服的矛盾，因而這就 決定了它不可能得到滿意的定尺精度。 發明內容
為克服現有技術的不足，本實用新型的目的在於提供一種高定尺精度飛鋸的主從脈衝控 制裝置，能夠得到滿意的定尺精度，減少截斷誤差。
為了達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是，高定尺精度飛鋸的主從脈衝控制裝
置，包括依次相連的編碼器、脈衝選擇模塊、數字分頻模塊、脈衝整形模塊、伺服控制器、 產生與鋼管運動成嚴格比率關係或嚴格同步的飛鋸小車運動的伺服電機，脈衝選擇模塊還與 脈衝整形模塊直接相連，脈衝選擇模塊設置有脈衝選通信號輸入端，數字分頻模塊設置有分 頻控制字信號輸入端，伺服控制器設置有方向控制信號輸入端。 數字分頻模塊由4個乘法器組成。
本實用新型具備以下技術效果本實用新型不試圖對管脈衝進行任何測量，只對管脈衝 即主脈衝序列進行分頻改造獲得從脈衝送往伺服控制器作為該控制器的觸發脈衝，從而產生 與鋼管速度有嚴格比率關係或嚴格同步的飛鋸小車運動，使飛鋸在行進中完成鋸切，且在追 蹤過程中所形成的鋼管附加伸出量為一個與鋼管速度波動無關的不變值，獲得滿意的定尺精 度，最大限度減小了截斷誤差；本實用新型還具有結構簡單精度高的特點。
圖l是鋸追蹤運行曲線圖。圖中l是附加伸出量，2是管運行曲線，3是同步點，4是鋼 管運行曲線，5是飛鋸運行曲線，6是追蹤過程管位移，7是飛鋸行程。
圖2是主從脈衝控制櫃圖。
具體實施方式
速度採樣加速度調製方式出現不可避免的截斷誤差與速度跟隨滯後(滯後一個採樣周期) 的缺陷。其根本毛病出在6試圖用測量一組脈衝然後根據測量結果產生一個相似的跟蹤運動。
主從脈衝控制系統採用完全不同的控制思路，它並不試圖對管脈衝進行任何測量，也不 產生任何新的脈衝序列。它只對管脈衝序列進行改造，當需要系統產生與鋼管完全同步的運 動時，系統便將管脈衝直接送往交流伺服系統作為系統的觸發脈衝，於是系統便產生與鋼管 完全同步的運動；當飛鋸在加速運行時，在某一特定時段，要求其速度是鋼管速度的某一比 率，可將管脈衝送至一組多位，本實用新型數字分頻模塊為16位的數字分頻器，此分頻器在 計算機輸出的控制字(二進位的分頻比率)的控制下將輸入的主脈衝改造成所需頻率的從脈 衝序列(相對誤差小於1/216)此脈衝經整形後送往交流伺服系統，便產生一個與管速度有極 高精度比率關係的飛鋸小車運行速度。本實用新型有一個編碼器在鋼管帶動下產生主脈衝序列進門電路構成的選擇單元，在計 算機輸出的脈衝選通信號作用下，選擇單元有2條脈衝輸出通道，其一是同歩脈衝通道，此 脈衝直接送往由CD4024構成的脈衝整形模塊然後再送往伺服控制器，驅動伺服電機產生與鋼 管嚴格同歩的飛鋸小車運動；另一通道將脈衝送往由4個CD4089乘法器組成的16位數字分 頻器，在計算機輸入的16位控制字的控制下將主脈衝分頻成所需比率的從脈衝，此脈衝進一 步送往CD4024經整形後也送往伺服控制器，驅動伺服電機產生與鋼管成嚴格比率關係的飛 鋸小車的運動。
此外本實用新型還可將計算機輸入的方向信號傳遞給伺服控制器，控制伺服電機的正反轉。
本實用新型在計算機的監控下，分段向數字分頻器遞送控制字，實現鋸小車與管速度的 比率關係；同時利用一個計數器監控制各分段的管脈衝計數與鋸小車位移量以達到控制附加 伸出量的目的。
主從脈衝的嚴格比率關係實現了鋼管運動與飛鋸小車的自然反饋與百分之百的跟蹤。在 飛鋸追蹤過程，由於鋸與管運動的嚴格比率關係，使得附加伸出量AL值變成與飛鋸速度變 化無關的不變量，它使得飛鋸運動的雙目標控制的實現變得十分自然與方便。
權利要求1、一種高定尺精度飛鋸的主從脈衝控制裝置，其特徵在於，包括依次相連的編碼器、脈衝選擇模塊、數字分頻模塊、脈衝整形模塊、伺服控制器、產生與鋼管運動成嚴格比率關係或嚴格同步的飛鋸小車運動的伺服電機，脈衝選擇模塊還與脈衝整形模塊直接相連，脈衝選擇模塊設置有脈衝選通信號輸入端，數字分頻模塊設置有分頻控制字信號輸入端，伺服控制器設置有方向控制信號輸入端。
2、 根據權利要求1所述的一種高定尺精度飛鋸的主從脈衝控制裝置，其特徵在於，數字分頻模塊是由4個乘法器組成的16位分頻器。
專利摘要本實用新型屬於焊管生產設備領域，特別涉及高定尺精度飛鋸的主從脈衝控制裝置。為提供一種高定尺精度飛鋸的主從脈衝控制裝置，能夠得到滿意的定尺精度，減少截斷誤差，且結構簡單精度高。本實用新型採用的技術方案是，包括依次相連的編碼器、脈衝選擇模塊、數字分頻模塊、脈衝整形模塊、伺服控制器、產生與鋼管運動成嚴格比率關係或嚴格同步的飛鋸小車運動的伺服電機，脈衝選擇模塊還與脈衝整形模塊直接相連，脈衝選擇模塊設置有脈衝選通信號輸入端，數字分頻模塊設置有分頻控制字信號輸入端，伺服控制器設置有方向控制信號輸入端。
文檔編號G05B11/26GK201378264SQ20092009579
公開日2010年1月6日 申請日期2009年3月6日 優先權日2009年3月6日
發明者淦 陳, 陳曉更 申請人:天津市福臣機電設備開發有限公司