專利名稱：高定尺精度飛鋸的主從脈沖控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于焊管生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，涉及焊管生產(chǎn)，將連續(xù)焊接并且在行進(jìn)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沖控制裝置。 技術(shù)背景
飛鋸(FLYING SAW)是焊管生產(chǎn)所需的一臺(tái)重要設(shè)備,它將連續(xù)焊接并行進(jìn)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(wù)對(duì)飛鋸有一個(gè)最基本的要求，即飛鋸必須在行進(jìn)中完成鋸切，故鋸切時(shí) 飛鋸須與鋼管保持嚴(yán)格的同步，否則切斷無(wú)法順利完成。
第二個(gè)要求是定尺的要求，由于當(dāng)飛鋸與鋼管同步運(yùn)行時(shí)，管與鋸的相對(duì)位置再也不發(fā) 生變化，故為獲得滿意的定尺必須在飛鋸加速并追蹤鋼管的整個(gè)過(guò)程中對(duì)其運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格控制， 利用兩者的速度差來(lái)調(diào)整兩者的相對(duì)位置以保證在達(dá)到同步的那一瞬間鋼管端面相對(duì)于鋸的 伸出量正好等于定尺值。
如圖1所示，設(shè)飛鋸從零速開(kāi)始按等加速曲線運(yùn)行去追蹤鋼管，并設(shè)鋼管在追蹤的整個(gè) 過(guò)程中以不變的速度運(yùn)行，則在追蹤過(guò)程中鋼管的位移量等于，L產(chǎn)V管x (TrTo)，式中
Li --追蹤過(guò)程鋼管的位移量，
V管—鋼管速度，
TV-追蹤開(kāi)始時(shí)間，
TV-追蹤結(jié)束時(shí)間，
而飛鋸的位移量等于L2，追蹤過(guò)程鋼管相對(duì)飛鋸的附加伸出量為ALHU-L2， AL為追 蹤過(guò)程鋼管的附加伸出量。
為獲得定尺，在飛鋸開(kāi)始追蹤時(shí)鋼管相對(duì)與飛鋸的予伸量L(TL-AL，
Lo為追蹤開(kāi)始時(shí)鋼管的預(yù)伸量，
L為鋼管定尺值。 如上所述，飛鋸?fù)瓿啥ǔ咔袛嗟目刂七^(guò)程可作如下描述
1) 飛鋸靜止時(shí)系統(tǒng)控制預(yù)伸量，當(dāng)預(yù)伸量達(dá)到U值時(shí)，飛鋸立即轉(zhuǎn)入追蹤過(guò)程；
2) 飛鋸在追蹤過(guò)程，飛鋸加速運(yùn)行最終達(dá)到同步，而在加速過(guò)程嚴(yán)格控制附加伸出量AL。 附加伸出量的絕對(duì)量并不重要，重要的是它必須是一個(gè)不變量。鋼管的運(yùn)行難免出現(xiàn)波
動(dòng)，尤其是當(dāng)生產(chǎn)線啟動(dòng)與減速過(guò)程中，速度變化劇烈，如何使AL保持不變就更為重要。 目前普遍采用的飛鋸DDS(數(shù)字直流伺服)控制系統(tǒng)采用速度采樣并用采樣的結(jié)果調(diào)制一
個(gè)直流調(diào)速系統(tǒng)來(lái)控制追蹤運(yùn)動(dòng)曲線以獲得同步與附加伸出量不變的雙重目標(biāo)。
帶編碼器的測(cè)速輪產(chǎn)生直接反映鋼管運(yùn)動(dòng)的脈沖序列，計(jì)數(shù)器在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)完成
對(duì)管脈沖的計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值除以時(shí)間間隔值便是鋼管的速度。由于脈沖相位的漂移及計(jì)數(shù)取整，
脈沖計(jì)數(shù)可能出現(xiàn)l個(gè)脈沖的截?cái)嗾`差，此誤差為隨機(jī)誤差，無(wú)法控制。
設(shè)管脈沖序列的頻率為40KHz，采樣周期為4ms，標(biāo)準(zhǔn)釆樣計(jì)數(shù)為160， 1個(gè)脈沖的相對(duì)截?cái)嗾`差為0.0625%。
當(dāng)管脈沖序列的頻率減為20KHz,采樣周期減為2ms，標(biāo)準(zhǔn)采樣計(jì)數(shù)為40， 1個(gè)脈沖的相對(duì) 截?cái)嗾`差增加為2.5%，顯然頻率愈高，采樣周期愈長(zhǎng)，相對(duì)截?cái)嗾`差愈小。
因此減少截?cái)嗾`差對(duì)控制精度的影響有兩個(gè)辦法， 一是增加脈沖序列的頻率，但此措施 受編碼器分辨率的限制。二是加大采樣時(shí)間間隔，而這又與為提高跟蹤精度須減小采樣間隔 的要求形成對(duì)抗。
采用這種速度采樣并利用采樣結(jié)果來(lái)調(diào)制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(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高定尺精度飛鋸的主從脈沖控 制裝置，能夠得到滿意的定尺精度，減少截?cái)嗾`差。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，高定尺精度飛鋸的主從脈沖控制裝
置，包括依次相連的編碼器、脈沖選擇模塊、數(shù)字分頻模塊、脈沖整形模塊、伺服控制器、 產(chǎn)生與鋼管運(yùn)動(dòng)成嚴(yán)格比率關(guān)系或嚴(yán)格同步的飛鋸小車(chē)運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)，脈沖選擇模塊還與 脈沖整形模塊直接相連，脈沖選擇模塊設(shè)置有脈沖選通信號(hào)輸入端，數(shù)字分頻模塊設(shè)置有分 頻控制字信號(hào)輸入端，伺服控制器設(shè)置有方向控制信號(hào)輸入端。 數(shù)字分頻模塊由4個(gè)乘法器組成。
本實(shí)用新型具備以下技術(shù)效果本實(shí)用新型不試圖對(duì)管脈沖進(jìn)行任何測(cè)量，只對(duì)管脈沖 即主脈沖序列進(jìn)行分頻改造獲得從脈沖送往伺服控制器作為該控制器的觸發(fā)脈沖，從而產(chǎn)生 與鋼管速度有嚴(yán)格比率關(guān)系或嚴(yán)格同步的飛鋸小車(chē)運(yùn)動(dòng)，使飛鋸在行進(jìn)中完成鋸切，且在追 蹤過(guò)程中所形成的鋼管附加伸出量為一個(gè)與鋼管速度波動(dòng)無(wú)關(guān)的不變值，獲得滿意的定尺精 度，最大限度減小了截?cái)嗾`差；本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精度高的特點(diǎn)。

圖l是鋸追蹤運(yùn)行曲線圖。圖中l(wèi)是附加伸出量，2是管運(yùn)行曲線，3是同步點(diǎn)，4是鋼 管運(yùn)行曲線，5是飛鋸運(yùn)行曲線，6是追蹤過(guò)程管位移，7是飛鋸行程。
圖2是主從脈沖控制柜圖。
具體實(shí)施方式

速度采樣加速度調(diào)制方式出現(xiàn)不可避免的截?cái)嗾`差與速度跟隨滯后(滯后一個(gè)采樣周期) 的缺陷。其根本毛病出在6試圖用測(cè)量一組脈沖然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)相似的跟蹤運(yùn)動(dòng)。
主從脈沖控制系統(tǒng)采用完全不同的控制思路，它并不試圖對(duì)管脈沖進(jìn)行任何測(cè)量，也不 產(chǎn)生任何新的脈沖序列。它只對(duì)管脈沖序列進(jìn)行改造，當(dāng)需要系統(tǒng)產(chǎn)生與鋼管完全同步的運(yùn) 動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)便將管脈沖直接送往交流伺服系統(tǒng)作為系統(tǒng)的觸發(fā)脈沖，于是系統(tǒng)便產(chǎn)生與鋼管 完全同步的運(yùn)動(dòng)；當(dāng)飛鋸在加速運(yùn)行時(shí)，在某一特定時(shí)段，要求其速度是鋼管速度的某一比 率，可將管脈沖送至一組多位，本實(shí)用新型數(shù)字分頻模塊為16位的數(shù)字分頻器，此分頻器在 計(jì)算機(jī)輸出的控制字(二進(jìn)制的分頻比率)的控制下將輸入的主脈沖改造成所需頻率的從脈 沖序列(相對(duì)誤差小于1/216)此脈沖經(jīng)整形后送往交流伺服系統(tǒng)，便產(chǎn)生一個(gè)與管速度有極 高精度比率關(guān)系的飛鋸小車(chē)運(yùn)行速度。本實(shí)用新型有一個(gè)編碼器在鋼管帶動(dòng)下產(chǎn)生主脈沖序列進(jìn)門(mén)電路構(gòu)成的選擇單元，在計(jì) 算機(jī)輸出的脈沖選通信號(hào)作用下，選擇單元有2條脈沖輸出通道，其一是同歩脈沖通道，此 脈沖直接送往由CD4024構(gòu)成的脈沖整形模塊然后再送往伺服控制器，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)產(chǎn)生與鋼 管?chē)?yán)格同歩的飛鋸小車(chē)運(yùn)動(dòng)；另一通道將脈沖送往由4個(gè)CD4089乘法器組成的16位數(shù)字分 頻器，在計(jì)算機(jī)輸入的16位控制字的控制下將主脈沖分頻成所需比率的從脈沖，此脈沖進(jìn)一 步送往CD4024經(jīng)整形后也送往伺服控制器，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)產(chǎn)生與鋼管成嚴(yán)格比率關(guān)系的飛 鋸小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。
此外本實(shí)用新型還可將計(jì)算機(jī)輸入的方向信號(hào)傳遞給伺服控制器，控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型在計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下，分段向數(shù)字分頻器遞送控制字，實(shí)現(xiàn)鋸小車(chē)與管速度的 比率關(guān)系；同時(shí)利用一個(gè)計(jì)數(shù)器監(jiān)控制各分段的管脈沖計(jì)數(shù)與鋸小車(chē)位移量以達(dá)到控制附加 伸出量的目的。
主從脈沖的嚴(yán)格比率關(guān)系實(shí)現(xiàn)了鋼管運(yùn)動(dòng)與飛鋸小車(chē)的自然反饋與百分之百的跟蹤。在 飛鋸追蹤過(guò)程，由于鋸與管運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)格比率關(guān)系，使得附加伸出量AL值變成與飛鋸速度變 化無(wú)關(guān)的不變量，它使得飛鋸運(yùn)動(dòng)的雙目標(biāo)控制的實(shí)現(xiàn)變得十分自然與方便。
權(quán)利要求1、一種高定尺精度飛鋸的主從脈沖控制裝置，其特征在于，包括依次相連的編碼器、脈沖選擇模塊、數(shù)字分頻模塊、脈沖整形模塊、伺服控制器、產(chǎn)生與鋼管運(yùn)動(dòng)成嚴(yán)格比率關(guān)系或嚴(yán)格同步的飛鋸小車(chē)運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)，脈沖選擇模塊還與脈沖整形模塊直接相連，脈沖選擇模塊設(shè)置有脈沖選通信號(hào)輸入端，數(shù)字分頻模塊設(shè)置有分頻控制字信號(hào)輸入端，伺服控制器設(shè)置有方向控制信號(hào)輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高定尺精度飛鋸的主從脈沖控制裝置，其特征在于，數(shù)字分頻模塊是由4個(gè)乘法器組成的16位分頻器。
專利摘要本實(shí)用新型屬于焊管生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及高定尺精度飛鋸的主從脈沖控制裝置。為提供一種高定尺精度飛鋸的主從脈沖控制裝置，能夠得到滿意的定尺精度，減少截?cái)嗾`差，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精度高。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，包括依次相連的編碼器、脈沖選擇模塊、數(shù)字分頻模塊、脈沖整形模塊、伺服控制器、產(chǎn)生與鋼管運(yùn)動(dòng)成嚴(yán)格比率關(guān)系或嚴(yán)格同步的飛鋸小車(chē)運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)，脈沖選擇模塊還與脈沖整形模塊直接相連，脈沖選擇模塊設(shè)置有脈沖選通信號(hào)輸入端，數(shù)字分頻模塊設(shè)置有分頻控制字信號(hào)輸入端，伺服控制器設(shè)置有方向控制信號(hào)輸入端。
文檔編號(hào)G05B11/26GK201378264SQ20092009579
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者淦 陳, 陳曉更 申請(qǐng)人:天津市福臣機(jī)電設(shè)備開(kāi)發(fā)有限公司