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1、. . . . 摘 要横切机是瓦楞纸板生产线末端的一个重要设备，其性能是影响产品质量和生产效率的重要因素之一。传统的横切机采用机械连杆带动不同的凸轮来完成横切动作，优点是价格低廉，缺点是维护困难，可调围小。论文采用交流伺服控制永磁同步电机的电气控制方式来代替传统的机械控制方式，分析了系统的数学模型，并进行了仿真研究，在此基础上，对瓦楞纸横切机控制系统进行了详细的设计。根据在生产现场积累的实践经验，在消化引进技术的基础上，本文以现代控制理论和经典控制理论为理论依据，分析了采用位置伺服控制方式的UNGERER飞剪控制系统的特点，以与系统参数调整的依据;结合生产现场的实际情况，提出了系统故障诊断方法
2、，进一步完善了系统的控制性能，增强了控制系统的鲁棒性。 针对这其中的问题，滑模变结构可通过简单的开关控制使系统状态变量沿事先规定的滑模线运动，不需对系统精确观测，控制率整定方法简单，不仅可在滑模运动段保证系统的动态性能，且对参数摄动和外扰具有完全的自适应能力，当扰动出现时系统响应和调整速度快。基于这些独特的优点，滑模变结构控制在交流伺服系统中得到了广泛的研究，并获得了许多成功的应用。关键词：横切机，剪切控制，滑模变结构控制，交流伺服AbstractCutting machine is the end of the corrugated board production line is an i
3、mportant device, its performance is the impact on product quality and productivity of the important factors. The traditional cross machine driven by mechanical linkage to complete the cross-section of different cam action, the advantage of low cost, disadvantage is difficult to maintain, the small t
4、uning range. AC servo-controlled study of permanent magnet synchronous electric motor control method instead of the traditional mechanical control, mathematical model of the system is analyzed, and simulation studies, in this based on the control system of corrugated cross-section of a detailed desi
5、gn.Production site based on practical experience accumulated in the digest, based on imported technology, this classic of modern control theory and control theory as the theoretical basis of the position servo control using the UNGERER flying shear control system characteristics, and the adjustment
6、of system parameters basis; with the production site to the actual situation of the system fault diagnosis method to further improve the control performance of the system to enhance the robustness of the control system.For which the problem of sliding mode control via a simple switch to make the sys
7、tem state variable along the predetermined sliding line of motion, no precise observation of the system, the control rate setting method is simple, not only can guarantee the sliding motion segment dynamic performance, and on the parameter perturbation and external disturbance with full adaptive cap
8、acity, when the disturbance occurs, the system response and adjust the speed. Based on these unique advantages, sliding mode control in AC servo system has been extensively studied, and obtained many successful applications.Keywords: Cutting Machine, Cutting Control, Sliding Mode Control, AC Servo 第
9、一章 绪论1绪论1.1瓦楞纸横切机国(外)的研究概况国技术水平现状为缩小同发达国家包装行业的差距，我国制定了该行业的总体目标:瓦楞纸板生产线向机电一体化、智能化、自动控制方向发展;以控制理论和计算机技术为先导，引进新技术，增强自主开发能力;促进机械技术和自动化技术的结合，推进瓦楞纸板生产线机电一体化，进而向包装智能化迈进。伺服系统需要很高的静态和动态性能，且大部分上作机械需要在低速时具有很大的转矩和稳定控制。在五十年代，由于当时电气伺服系统尚未发展成熟，因此多采用液压伺服系统因液压伺服系统刚性好、力矩大等优点，比较适用于机床等工作机械的工作条件。随右直流电动机性能的改进与品闸的出现，由它们组成
10、的电气服系统开始被广泛应。六十年代初期，在日本开始出现了实用的开环步进电机伺服系统。因其价格较低，使用方便，曾一度被广泛采用。但这种开环系统因精度较低，驱动机械的速度不高以与电机功率不能做得很大等缺点，到了七十年代又被新兴的直流伺服电动机(宽调速直流电动机)所组成的高性能直流伺服系统所代替。该伺服系统具有:精度高，在位置伺服系统中定位精度高，在速度伺服系统中，调速精度高，即静态静差度好、动态速降小;效率高。能驱动机械运动部件以很高的速度作快速移动;调速围宽，输出转矩大，提高了传动性能。直到日前为止，该类系统仍在数控系统中占有很大比例。 随着大功率晶体管与计算机技术的成熟，人们将脉宽调制(PWM
11、)技术应用于伺服系统，发展了脉宽调制型伺服系统。特别是以矢量控制为代表的新型调速理论的诞生和应用，使得交流电机和永磁同步电机在伺服系统中占越来越大的比例，并进一步提高了伺服系统的性能。国外技术水平现状： 先进工业国家厂商早在70年代末和80年代初就推出了同步交流伺服系统。新一代的交流伺服技术已进入实用化阶段。例如:1978年在汉诺威贸易博览会上西德的MANNE SMANN公司推出MAC永磁交流伺服电机系列与其驱动系统，目前己有92个规格的完整系列;同时，Simens公司推出力矩围为0 .2Nm一11 5Nm的IFT5系列三相交流电动机，共有98个规格;日本FANUC公司80年代初也紧跟交流化的
12、发展动向开发了S和L两个系列的交流伺服电动机，力矩围为0.25Nm一55.9Nm，共有18种规格:美国Hotornetics公司研制了一种磁阻式伺服电机，该电机的特点是以低速大力矩直接驱动机器人，无离潜波齿轮减速，这种新型电机已成功应用于Adept-one型机器人，有良好的定位精度和加速能力;美国Gould公司生产出了几个系列的交流伺服电动机，配套的驱动器使用16位微处理器构成数字伺服环;美国的KOllmorgen公司也推出几个系列的交流伺服电动机和驱动器。UNGERER飞剪是武钢冷轧厂90年代从国外引进的改造设备。根据在生产现场积累的实践经验，在消化引进技术的基础上，本文以现代控制理论和经典
13、控制理论为理论依据，分析了采用位置伺服控制方式的UNGERER飞剪控制系统的特点，以与系统参数调整的依据;结合生产现场的实际情况，提出了系统故障诊断方法，进一步完善了系统的控制性能，增强了控制系统的鲁棒性。1.2基本设计要求 横切机控制系统是一类具有复杂时变速度给定、负载干扰、参数不确定和要求速度同步跟随控制的非线性控制系统。在纸板的剪切过程中，要求切刀与进给纸板的接触瞬间到剪切完毕为止的整个过程中都必须保持与纸板进给的线速度一致，即实现同步剪切。但是由于在实际剪切过程中，存在的一些扰动，如纸板进给传送的测速误差，测速辊与进给纸板接触不良造成的打滑现象以与设备机械方面自身的问题等等都会随机地带
14、来一些大的干扰，当然还包括由于切刀与纸板之间的剧烈摩擦与其它的一些随机未知扰动，所有这些都能引发系统参数的跳变，影响二者速度的一致性、稳定性，给控制系统带来了不少的麻烦，因而导致切纸精度的明显下降。由于以上的非线性特性，使得以往线性的常参数PID调节器常常顾此失彼，不能使系统在各种工况条件下都保持设计时的性能指标，也就是说鲁棒性不能尽如人意。智能控制可以充分利用其非线性、变结构、自寻优等各种功能来克服系统这些变参数与非线性因素。目前智能控制方法的种类很多，常用的有模糊控制、神经网络、滑模变结构控制等。复杂伺服系统具有非线性和不确定性，存在很多不利于系统性能提高的因素，如非线性因素、参数变化、机
15、械谐振与高频未建模动态、测量延迟与测量噪声。由于上述因素的存在，建立精确的数学模型是很困难的，只能建立一个近似的数学模型。在建模时，要做合适的近似处理，要忽略对象中的不确定因素，诸如参数误差、未建模动态、测量噪声以与不确定的外干扰等。由近似模型出发设计控制器，设计中被忽略的不确定因素会引起控制系统品质的变化，甚至导致系统不稳定。因此，考虑对象的不确定性，使所设计的控制器在不确定性对系统品质的破坏最严重时也能满足要求，具有一定的理论和工程实际意义，针对这其中的问题，滑模变结构可通过简单的开关控制使系统状态变量沿事先规定的滑模线运动，不需对系统精确观测，控制率整定方法简单，不仅可在滑模运动段保证系统的动态性能，且对参数摄动和外扰具有完全的自适应能力，当扰动出现时系统响应和调整速度快。基于这些独特的优点，滑模变结构控制在交流伺服系统中得到了广泛的研究，并获得了许多成功的应用。2、横切机的工作原理2.1飞剪系统改造前的状况剪切是冷轧薄板精加工过程中一个十分关键的工序，飞剪长度控制系统直接影响着剪切的精度。随着自动控制技术的发展，飞剪的长度控制装置也在不断改进。为提高冷轧产品的质量，武钢冷轧厂对飞剪系统进行了改造，使定尺剪切的精度有了明显提高。武钢冷轧厂普板线上有三条横切线和一条纵切线。横切线使用的是七十年代从西德引进
