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基于单片机控制的双伺服精密绕线机系统
  

自动绕线机是机电一体化产品,在电子电气行业运用广泛,它的功能是将线状物体(如漆包线)缠绕在特定工件上。在电动机、变压器、扬声器等各类电气产品中,内部含有的各式各样的线圈都是由绕线机绕制 ,而线圈绕制的精度直接影响到其作为电感类元器件的电气参数,进而影响到相应电气产品的整体质量。目前市场上常见的绕线机都是采用步进电机提供动力,并以 PLC 或单片机控制核心。步进电机有个很严重的问题是容易产生累积误差 ,导致出现排线不紧密、重叠、张力不均匀等现象。本文所述绕线机以单片机作为控制核心 ,采用运动精度更高的交流伺服电机作为动力源 ,提高了绕线精度。

自动绕线机

1 系统方案

这里所述绕线机系统技术特色是在精密机械装置的基础上 ,利用单片机结合两套交流伺服电机系统的方案,避免了在高精度运动控制中单片机进行复杂运算 ,单片机仅需负责两轴协调调度,实现绕排线高精度控制。

1.1 绕线机的机构和原理

太阳集团53138备用网址绕线机的工作示意图如图1 所示。绕线机的机械运动分为两个完全独立的运动 ,一个是主轴运动 ,另一个是排线运动。

 太阳集团53138备用网址绕线机的工作示意图

其中主轴旋转运动 ,即绕线模具随主轴伺服电机做旋转运动 ,使漆包线在绕线模具上绕制;排线运动 ,即漆包线沿绕线模具的轴向做点动直线运动,通过控制排线轴的正转和反转实现导线轮左右往复运动。漆包线能够紧密而均匀地绕制在绕线模具上 ,其工作原理是当主轴伺服电机旋转一周时 ,排线轴带动丝杆上导线轮平移一个线径的单位。主轴和排线轴的同步性决定了绕线的质量。

1.2 绕线机控制系统结构和原理

绕线机的控制系统结构如图2所示,该系统主要由单片机、交流伺服电机及驱动、LCD、键盘组成。设计的双伺服(主轴、排线轴各一套伺服电机)系统 ,主要原理是:单片机以脉冲的形式向伺服驱动器发送控制信号 ,伺服驱动器利用编码器发回的反馈信号,再通过其内部的算法对电机进行准确的位置和速度控制。单片机通过对编码器的读取及处理 ,发出相应的控制指令 ,实现整个绕线功能。

绕线机的控制系统结构

1.3 绕线轴电机旋转伺服控制

根据电机的启动特性 ,在启动电机时必须保证有一定大小的力矩 ,因此单片机发送脉冲频率大小的变化趋势是由零开始逐渐增大并趋于稳定的过程。脉冲频率的变化曲线大致为一条抛物线,在转速低时 ,频率变化快 ;转速高时 ,频率变化慢并趋于平稳。单片机根据参数设定,自动形成运动控制曲线 ,同时对绕线圈数进行控制。

1.4 排线往返直线运动伺服控制

根据绕线原理 ,排线轴与绕线轴是以一定的速度比同步运动的,因此单片机两轴电机发送的控制脉冲的频率也成一定的比例并同步。排线轴转速依据绕线轴转速 ,实时调整发送脉冲数。排线轴用于传动的滚珠丝杆存在着机械系统死区 ,要保证位置上的同步 ,必须对排线轴进行脉冲补偿。补偿的时机可选择在排线轴反转的时候,因为机械系统的死区主要源于零部件的间隙 ,而反向时间隙的影响最大。具体根据δc=Phδ/2πi(式中 δc 为死区误差 ,Ph 为丝杠导程 ,δ为传动副传动间隙量 ,i 为传动副至丝杠的传动比),换算成脉冲数后补偿发送。

2 系统的程序设计

本系统的程序流程如图 3,单片机初始化后 ,通过读取伺服电机编码器反馈信号获得两轴的位置参数,进而设定两轴的转速 ,使之协调同步。设定转速即设定脉冲的发送频率。K 是设定的单层的线圈匝数 ,若绕线匝数达到 K 时 ,单片机要控制两轴运动减速到停止。

3 结论

实验证明太阳集团53138备用网址的绕线机系统能够完成精密绕线的功能 ,工作稳定可靠 ,绕制的线圈均匀紧密。加之开发周期短,成本低等优点 ,有很强的应用价值。

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