專利名稱：飛剪控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及伺服電機控制領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種飛剪控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
飛剪是一種橫向剪切運行中的軋件的剪切機，其可快速切斷鐵板、鋼管或紙卷等，廣泛應用于冶金軋鋼、造紙等生產(chǎn)線上。隨著工業(yè)自動化的不斷升級以及自動化產(chǎn)品的工藝越來越復雜，為了滿足產(chǎn)品特殊外形及工藝的要求，一些運動控制器增加了多軸曲線插補控制。如圖1所示，是傳統(tǒng)的多軸曲線插補控制方案的實例，通過運動控制器11處理執(zhí)行機構(gòu)位置反饋，并通過伺服放大器12進行電機傳動控制。然而上述傳統(tǒng)控制方案需要編程，實現(xiàn)成本較高、控制難度大而且可靠性相對較弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述飛剪控制方案成本高、可靠性較弱的問題，提供一種飛剪控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提供一種飛剪控制系統(tǒng)，用于對傳送裝置上輸送的材料進行剪切，包括主軸和按設(shè)定軌跡跟隨所述主軸轉(zhuǎn)動的從軸，所述從軸上固定有對待剪切材料進行剪切的刀具；所述飛剪控制系統(tǒng)還包括伺服驅(qū)動器且該伺服驅(qū)動器包括參考位置獲取模塊、多次曲線插補模塊以及伺服驅(qū)動模塊；所述參考軸位置獲取模塊用于獲取主軸位置；所述多次曲線插補模塊根據(jù)所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺 服驅(qū)動模塊的位置環(huán)，所述伺服驅(qū)動模塊根據(jù)所述位置環(huán)的輸入向所述伺服電機輸出控制信號。在本發(fā)明所述的飛剪控制系統(tǒng)中，所述伺服驅(qū)動器還包括存儲模塊，所述多次曲線插補模塊使用一個插補方程計算從軸運行位置，所述存儲模塊中存儲有所述插補方程的多組常量及每一組常量對應的主軸位置，所述多次曲線插補模塊根據(jù)主軸位置從存儲模塊中選擇一組常量代入插補方程進行計算。在本發(fā)明所述的飛剪控制系統(tǒng)中，所述插補方程為Y = AQ+A1X+A2X2+A3X3，其中所述A0> A1^ A2^A3為常量，Y為從軸運行位置，X為主軸位置。在本發(fā)明所述的飛剪控制系統(tǒng)中，所述飛剪控制系統(tǒng)還包括常量設(shè)置模塊，用于調(diào)整所述存儲模塊中常量的值以及每一組常量對應的主軸位置。在本發(fā)明所述的飛剪控制系統(tǒng)中，所述存儲模塊中包括兩組常量，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化。在本發(fā)明所述的飛剪控制系統(tǒng)中，所述參考位置獲取模塊與多次曲線插補模塊通過內(nèi)部數(shù)據(jù)流通信或通過數(shù)據(jù)總線連接。本發(fā)明還提供一種飛剪控制方法，用于對傳送裝置上輸送的材料進行剪切控制，該方法包括以下步驟:步驟(a):獲取主軸位置，從軸按設(shè)定軌跡跟隨所述主軸轉(zhuǎn)動且所述從軸上固定有對待剪切材料進行剪切的刀具；步驟(b):根據(jù)所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅(qū)動模塊的位置環(huán)；步驟(C):所述伺服驅(qū)動模塊根據(jù)所述位置環(huán)的輸入向伺服電機輸出控制信號。在本發(fā)明所述的飛剪控制方法中，所述步驟(b)中使用一個插補方程計算從軸運行位置，該步驟中包括:(bl)根據(jù)所述主軸位置從存儲的所述插補方程的多組常量中選擇一組；(b2)將選擇的一組常量代入插補方程并將主軸位置作為所述插補方程的變量計算從軸運行位置。在本發(fā)明所述的飛剪控制方法中，所述存儲的插補方程的常量包括兩組，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化。本發(fā)明的飛剪控制系統(tǒng)及方法，將主軸位置獲取、插補運算及伺服驅(qū)動集成在一起，減少了指令傳輸中的不可靠因素，增強了飛剪控制的可靠性，同時節(jié)省了成本。本發(fā)明只需知道剪切長度和測量料長裝置的基本參數(shù)，即可進行剪切，而無需編碼。


圖1是現(xiàn)有飛剪控制方案的示意圖。圖2是本發(fā)明飛剪控制系統(tǒng)第一實施例的示意圖。圖3是本發(fā)明飛剪控制系統(tǒng)第二實施例的示意圖。圖4是本發(fā)明飛剪控制方法實施例的流程圖。圖5是伺服驅(qū)動模塊工作原理圖。圖6是從軸運行曲線示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖2所示，是本發(fā)明飛剪控制系統(tǒng)第一實施的示意圖。在本實施例中，飛剪控制系統(tǒng)20包括主軸、從軸、參考位置獲取模塊21、多次曲線插補模塊22以及伺服驅(qū)動模塊
23。其中按設(shè)定軌跡跟隨所述主軸轉(zhuǎn)動且該從軸上固定有對待剪切材料進行剪切的刀具，通過從軸的轉(zhuǎn)動帶動刀具對傳送裝置上輸送的材料進行切割。在本實施例中，從軸僅做轉(zhuǎn)動，而不跟隨傳送裝置移動。上述伺服驅(qū)動模塊23用于實現(xiàn)伺服電機運行控制，其包括一個位置環(huán)，多次曲線插補模塊22的輸出端直接連接到上述位置環(huán)。參考軸位置獲取模塊21用于通過位置反饋元件獲取主軸位置，多次曲線插補模塊22根據(jù)所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅(qū)動模塊23的位置環(huán)，伺服驅(qū)動模塊23根據(jù)位置環(huán)的輸入向伺服電機28輸出控制信號。為實現(xiàn)增強操作性及可靠性，可將上述參考位置獲取模塊21、多次曲線插補模塊22以及伺服驅(qū)動模塊23集成到同一殼體或同一控制板上。參考位置獲取模塊21與多次曲線插補模塊22可通過內(nèi)部數(shù)據(jù)流通信，也可通過數(shù)據(jù)總線連接。上述主軸可以為執(zhí)行機構(gòu)29中便于獲取其位置的參考軸(例如可以是伺服電機驅(qū)動或者異步電機驅(qū)動并與執(zhí)行機構(gòu)29的主軸同步的轉(zhuǎn)軸)。該主軸也可以是一個虛擬的軸，僅用于表示輸送的材料的當前位置(相對或者絕對)或速度。如果參考位置獲取模塊21直接獲取是送料速度，則該參考位置獲取模塊21需要將該送料速度轉(zhuǎn)換成位置信息。上述飛剪控制系統(tǒng)20可應用于鋼筋冷軋機等生產(chǎn)設(shè)備中，以控制進行鋼筋切割。在上述設(shè)備中個，執(zhí)行機構(gòu)29由伺服電機28驅(qū)動運行，執(zhí)行機構(gòu)29中的從軸通過傳動機構(gòu)連接到執(zhí)行機構(gòu)29的主軸，其中從軸上安裝有切割刀具。多次曲線插補模塊22使用一個插補方程計算從軸運行位置，該插補方程如下:Y = Ao+A^+AaX^AgX3(I)Y' = Α^2.A2x+3.A3X2 (2)其中,其中所述Ac^ApAyA3為常量，Y為從軸運行位置，x為主軸位置。為簡化計算，可將X取值歸一化，有方程(I)、(2)并可得到:Y = A0(3)`
Y = Ag+A^Ag+A3`(4)Y' =A1(5)Y' = Αλ+2.Α2+3.A3(6)通過上述4個運算式(3)-(6)，可解得方程的4個常量&、仏、4、^，作為插補方程的系數(shù)。多次曲線插補模塊22將上述常量代入插補方程，并將參考位置獲取模塊21獲取的主軸位置作為變量X代入插補方程Y = Α0+Α1Χ+Α2Χ2+Α3Χ3,即可計算獲得從軸運行位置，并根據(jù)當前查考主軸的位置Xn計算從軸的當前位置Yn，從而得到從軸當前周期需要運轉(zhuǎn)的位置指令P = Yn-Yn-1。伺服驅(qū)動模塊23用于實現(xiàn)從軸位置到伺服電機28控制信號的計算，其原理如圖5所示，包括有位置環(huán)、速度環(huán)以及轉(zhuǎn)矩環(huán)等。如圖3所示，是本發(fā)明飛剪控制系統(tǒng)第二實施的示意圖。在本實施例中，飛剪控制系統(tǒng)30包括參考位置獲取模塊31、多次曲線插補模塊32以及伺服驅(qū)動模塊33外，還包括存儲模塊34以及常量設(shè)置模塊35。存儲模塊34中存儲有多次曲線插補模塊32的插補方程的多組常量及每一組常量對應的主軸位置。在飛剪控制過程中，多次曲線插補模塊32根據(jù)參考位置獲取模塊31獲取的主軸位置從存儲模塊34中選擇一組常量代入插補方程進行計算。如圖6所示，通?？蓪妮S運轉(zhuǎn)分為調(diào)整段和同步段。針對上述每一段，存儲模塊34中設(shè)有對應的一組常量，即共有兩組常量。在同步段，存儲模塊34中對應的一組常量使插補方程的輸出呈線性變化(例如常量&、A2, A3 = 0，A1 = I)，從軸的速度與主軸的速度相同，此時從軸的切割刀具對鋼筋進行剪切。在調(diào)整段，對應的一組常量使從軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)主軸的位置從同步段的轉(zhuǎn)速減小到零并重新從零增加到同步段的轉(zhuǎn)速。常量設(shè)置模塊35用于調(diào)整存儲模塊34中常量的值以及每一組常量對應的主軸位置。該常量設(shè)置模塊35可采用圖形化人機界面，從而便于操作。通過常量設(shè)置模塊35，可隨時調(diào)整從軸的運轉(zhuǎn)，以適應不同的需求。如圖4所示，是本發(fā)明飛剪控制方法實施例的示意圖，該方法用于控制飛剪運行，包括以下步驟:步驟S41:獲取主軸位置，例如通過位置反饋元件等。步驟S42:根據(jù)主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅(qū)動模塊的位置環(huán)。步驟S43:伺服驅(qū)動模塊根據(jù)位置環(huán)的輸入向伺服電機輸出控制信號。在上述步驟S42中，可使用一個插補方程計算從軸運行位置，例如采用插補方程Y=Ad+Aj+Ay+A#3,其中Ac^ApAyA3為常量，Y為從軸運行位置，x為主軸位置。其中常量A0, A1, A2, A3可預先存儲多組，每一組對應一段主軸位置。在計算從軸運行位置時，可先根據(jù)主軸位置從多組常量中選擇一組，然后將選擇的一組常量代入插補方程并將主軸位置作為插補方程的變量計算從軸運行位置。如圖6所示，通?？蓪妮S運轉(zhuǎn)分為調(diào)整段和同步段。上述每一段對應一組常量，即共有兩組常量，從而在步驟S42計算從軸運行位置時，分別針對每一段選擇一組常量進行計算。在同步段，對應的一組常量使插補方程的輸出呈線性變化(例如常量ApAyA3 =
O,A1 = I)，從軸的速度與主軸的速度相同，此時從軸的切割刀具對鋼筋進行剪切。在調(diào)整段，對應的一組常量使從軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)主軸的位置從同步段的轉(zhuǎn)速減小到零并重新從零增加到同步段的轉(zhuǎn)速。

在上述方法中，還可包括以下步驟:調(diào)整存儲的常量的值以及每一組常量對應的主軸位置。通過該步驟，可隨時調(diào)整從軸的運轉(zhuǎn)，以適應不同的需求。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種飛剪控制系統(tǒng)，用于對傳送裝置上輸送的材料進行剪切，包括主軸和按設(shè)定軌跡跟隨所述主軸轉(zhuǎn)動的從軸，所述從軸上固定有對待剪切材料進行剪切的刀具；其特征在于:所述飛剪控制系統(tǒng)還包括伺服驅(qū)動器且該伺服驅(qū)動器包括參考位置獲取模塊、多次曲線插補模塊以及伺服驅(qū)動模塊；所述參考軸位置獲取模塊用于獲取主軸位置；所述多次曲線插補模塊根據(jù)所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅(qū)動模塊的位置環(huán)，所述伺服驅(qū)動模塊根據(jù)所述位置環(huán)的輸入向所述伺服電機輸出控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛剪控制系統(tǒng)，其特征在于:所述伺服驅(qū)動器還包括存儲模塊，所述多次曲線插補模塊使用一個插補方程計算從軸運行位置，所述存儲模塊中存儲有所述插補方程的多組常量及每一組常量對應的主軸位置，所述多次曲線插補模塊根據(jù)主軸位置從存儲模塊中選擇一組常量代入插補方程進行計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛剪控制系統(tǒng)，其特征在于:所述插補方程為Y=Ac^A1X-A2XiA3X3,其中所述m 為常量，Y為從軸運行位置，X為主軸位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛剪控制系統(tǒng)，其特征在于:所述飛剪控制系統(tǒng)還包括常量設(shè)置模塊，用于調(diào)整所述存儲模塊中常量的值以及每一組常量對應的主軸位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的飛剪控制系統(tǒng)，其特征在于:所述存儲模塊中包括兩組常量，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛剪控制系統(tǒng)，其特征在于:所述參考位置獲取模塊與多次曲線插補模塊通過內(nèi)部數(shù)據(jù)流通信或通過數(shù)據(jù)總線連接。
7.一種飛剪控制方法，用于對傳送裝置上輸送的材料進行剪切控制，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟(a):獲取主軸位置，從軸按設(shè)定軌跡跟隨所述主軸轉(zhuǎn)動且所述從軸上固定有對待剪切材料進行剪切的刀具； 步驟(b):根據(jù)所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅(qū)動模塊的位置環(huán)； 步驟(C):所述伺服驅(qū)動模塊根據(jù)所述位置環(huán)的輸入向伺服電機輸出控制信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的飛剪控制方法，其特征在于:所述步驟(b)中使用一個插補方程計算從軸運行位置，該步驟中包括: (bl)根據(jù)所述主軸位置從存儲的所述插補方程的多組常量中選擇一組； (b2)將選擇的一組常量代入插補方程并將主軸位置作為所述插補方程的變量計算從軸運行位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的飛剪控制方法，其特征在于:所述存儲的插補方程的常量包括兩組，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種飛剪控制系統(tǒng)，用于對傳送裝置上輸送的材料進行剪切，該飛剪控制系統(tǒng)包括主軸和按設(shè)定軌跡跟隨所述主軸轉(zhuǎn)動并固定有刀具的從軸；所述飛剪控制系統(tǒng)還包括伺服驅(qū)動器且該伺服驅(qū)動器包括參考位置獲取模塊、多次曲線插補模塊以及伺服驅(qū)動模塊；所述參考軸位置獲取模塊用于獲取主軸位置；所述多次曲線插補模塊根據(jù)所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅(qū)動模塊的位置環(huán)，所述伺服驅(qū)動模塊根據(jù)所述位置環(huán)的輸入向所述伺服電機輸出控制信號。本發(fā)明還提供一種對應的控制方法。本發(fā)明將主軸位置獲取、插補運算及伺服驅(qū)動集成在一起，減少了指令傳輸中的不可靠因素，增強了飛剪控制的可靠性，同時節(jié)省了成本。
文檔編號B23D36/00GK103157851SQ201110426048
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者匡兩傳, 高峰宇 申請人:蘇州匯川技術(shù)有限公司, 深圳市匯川技術(shù)股份有限公司