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电子摇床头的设计与研究

电子摇床头的设计与研究

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作者：朱云峰昆明理工大学

学位级别：硕士

论文以电子摇床头为研究对象,把电子“凸轮”机构应用到云锡式凸轮杠杆摇床头中进行了理论和试验研究。阐述了电子摇床头和电子“凸轮”机构的定义及其研究内容,确定了电子摇床头的整体设计方案。本文对电子摇床头和机械凸轮杠杆式摇... 详细信息

论文以电子摇床头为研究对象,把电子“凸轮”机构应用到云锡式凸轮杠杆摇床头中进行了理论和试验研究。阐述了电子摇床头和电子“凸轮”机构的定义及其研究内容,确定了电子摇床头的整体设计方案。本文对电子摇床头和机械凸轮杠杆式摇床头进行了对比。介绍了了电子摇床头的工作原理,采用西门子S7-300CPU317T-2DP PLC控制SINAMICS120驱动器配套的1FK7标准型伺服电机作为电子摇床头的执行机构。根据西门子S7-300CPU317T-2DP PLC的控制原理,将T-CPU的运动控制过程分为5个步骤。概述了云锡Ⅰ型摇床头和云锡Ⅱ型摇床头的构造,具体应用了数学分析在凸轮杠杆式摇床头运动曲线分析中,应用了凸轮杠杆式摇床床面的位移方程,即普拉特-奥运动方程。具体阐述了电子摇床头的功能、整体设计方案和结构设计。介绍了伺服系统的研究内容及其选用原则,经过伺服电机选用步骤选定了西门子SINAMICS S120驱动器配套的西门子1FK7标准型伺服电机作为本设计的动力源。通过比较增量式光电编码器和绝对式光电编码器,本设计确定选用增量式编码器实现半闭环控制。同时根据滚珠丝杠的众多优点确定本设计选用滚珠丝杠作为电子摇床头的传动机构。具体阐述了电子摇床头的硬件设计与实现,绘制了由电子摇床头代替传统的机械凸轮杠杆式摇床头组成的摇床的三维图。具体阐述了电子摇床头的软件设计与实现。最终通过STEP-7编程精确模地拟普拉特-奥运动曲线实现对摇床的运动控制,最终实现了对机械凸轮杠杆式摇床头的机电一体化改造。

关键词：电子“凸轮”机构 T-CPU 伺服电机凸轮电子摇床头

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高动态响应电子摇床头伺服系统的研究

高动态响应电子摇床头伺服系统的研究

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作者：李洪锋昆明理工大学

学位级别：硕士

选矿摇床属于流膜选矿类设备,在选别锡、钨、煤、有色和稀有金属矿石方面应用广泛,在重力选矿机械装备中占据重要地位。摇床的全自动化进程,随着工业互联网及电子与伺服控制技术的飞速发展而迅速推进,但摇床床面运动的复杂性与高频特性... 详细信息

选矿摇床属于流膜选矿类设备,在选别锡、钨、煤、有色和稀有金属矿石方面应用广泛,在重力选矿机械装备中占据重要地位。摇床的全自动化进程,随着工业互联网及电子与伺服控制技术的飞速发展而迅速推进,但摇床床面运动的复杂性与高频特性,给床面控制提出了难度极高的控制要求,使得对选矿摇床床面运动的数字化控制,成为选矿摇床全自动化进程中的一个技术难点。由于传统选矿摇床的床面运动曲线固定与不容易发生改变。在选别不同的稀有金属矿物或不同颗粒度的稀有金属时,床面的运动曲线不同,因此导致出现类型繁多的选矿摇床。为了促进选矿厂的全自动化和车间的去繁求简,本课题提出了高动态响应电子摇床头的控制系统。在整个系统方案中,电子摇床头伺服系统通过PROFINET通讯,采用SIMATIC S7-1200作为控制器来控制与SINAMICS V90-PN驱动器相配套的1FL6伺服电机,再由伺服电机作为执行机构带动床面高速运动。根据以上方案搭建了实验平台。本文的工作内容如下:(1)对本课题研究的电子摇床头控制系统运用Matlab/Simulink进行建模仿真,将响应的参数输入到模型中,仿真出来的结果为系统输出震荡收敛,并且在2个波内收敛,所用时间为0.03s;在无负载时,运动曲线误差波动的最大值为0.4mm;施加负载时,运动曲线误差波动的最大值为0.9mm。(2)依凸轮杠杆式摇床头为例,对摇床进行数学分析,得出床面的运动曲线。结合S形曲线对床面运动曲线进行调整,得出电子摇床头控制器中的新运动曲线;然后选择基本定位器模式为系统的控制策略。(3)电子摇床头系统的三层构架以自下而上的顺序依次构建。由滚珠丝杠、伺服电机和伺服驱动器构成系统的最底层的运动执行层;利用SIMATIC S7-1200 PLC控制器作为系统中间运动控制层;顶端为运动管理层主要是由触摸屏和工控机连接工业互联网所组成。最后对系统的安全保护功能进行设计。(4)基于设计的电子摇床头系统进行实验,以验证和测试系统的动态响应性能。速度控制模式的动态响应时间为30ms,基本定位器控制模式的动态响应时间为16.2ms。将运动曲线加入控制器中,床面空载时,运动曲线的一个周期为220ms,位置跟随误差为0.4mm,所达到的最大扭矩为3.2Nm;当床面负载时,运动曲线的一个周期也为220ms,位置跟随误差为0.5mm,所达到的最大扭矩为4.6Nm,此时床面的冲次为272.7次/min。并进一步探究该系统所能达到的性能数据冲次为 387 次/min。本文首先以凸轮杠杆摇床为例研究出床面的运动曲线,然后选择控制策略和硬件设备,最后搭建实验平台得出电子摇床头的运动参数。

关键词：电子摇床头伺服电机伺服系统高动态响应

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