驱动控制无刷直流电机、步进电机在旋转飞剪系统中的控制方案童怀1赵鹏飞2（。广东工业大学，广州510643；2.湛江师范学院，湛江524048）应用时的跟踪控制方案，分析了两种方案的异同。无刷直流电机适应于大转矩大功率、负载情况比较复杂的飞剪系统；而采用步进电机，可以大大简化系统的控制方案，降低系统成本，适合于转矩要求较小的飞剪系统。

　　1前言旋转飞剪系统由旋转的刀辊对运动的进给材料实施定长剪切，非常适合于对一卷材料（如薄钢板、纸张、布匹、塑料、人造革等）在展开过程中实施定长剪切，是工业生产领域一种常用的伺服控制系统。旋转飞剪系统主要包括刀架、装有刀刃的上下刀辊、伺服电机及驱动器、伺服控制电路、材料的进给机构等。

　　90年代初期，我国高精度的飞剪系统主要依靠进口，如国内瓦楞纸板生产线上用的横切机，一套台湾产品售价约为40万元人民币。近年来，国内自行研制的大功率交流伺服系统在转矩、控制精度、动态响应速度等方面已能满足工程实用化的要求，旋转飞剪系统已逐步由直流电机控制改为由交流伺服控制。本文课题组从1993年开始从事直接传动旋转飞剪系统的研究，完成了35kW无刷直流电机及其控制系统的研制，开发的无刷直流电机控制五层瓦楞纸板横切机已在现场安全运行了三年多。

　　对于象钢板的飞锯、瓦楞纸板飞剪这样的要求转矩较大的场合，需要采用大功率的无刷直流电机。近期，我们用步进电机取代无刷直流电机成功地研制了小型的飞剪系统，以适应很多剪切力矩要求较小的场合，如人造革、印刷纸张的剪切。步进电机的采用大大降低系统的成本，扩大了系统的应用范围。

　　无刷直流电机和步进电机在旋转飞剪系统中的跟踪控制有很多相同点，但也有各自的特点，对这两种跟踪控制方案进行对比研究，是一项有意义的工作。

　　2刀辊运动规律的分析在旋转飞剪系统的设计中，分析清楚刀辊的运动规律，是制定控制方案的关键。如所示，被剪材料穿过上下刀辊之间的间隙，伺服系统根据所设定的剪切长度、材料的进给速度，制定刀辊的运动规律，在运动中对进给材料实施定长剪切。刀辊的运动规律与所设定的剪切长度有密切的关系。若设定的剪切长度为L0，刀辊的外圆周为B0，根据L0与B0的关系，上下两刀辊是同步的，其运动规律可归纳如下：>队时，刀辊外圆的平均线速度应小于材料的进给速度，刀辊存在停车点；如a所示，刀辊的运动规律为：加速―同步跟踪―剪切―减速制动※停车―加速L0=B时，刀辊外圆的平均线速度应等于材料的进给速度，刀辊只需进行同步跟踪进给材料。

　　料的进给速度，刀辊不存在停车点，如b所示，刀辊的运动规律为：―同步跟￡踪※当时，如果材料的速度较为稳定，刀辊也可以以一个较大的匀速度对材料实施剪切。

　　3无刷直流电机系统的跟踪控制方案为采用无刷直流电机驱动刀辊时控制系统的基本构成，这是一个典型的位置闭环系统。编码器PG1通过同轴的橡胶圈压在进给材料上，以检测进给材料的位移脉冲。在刀辊的同轴安装了编码器PG2以检测刀辊的位移脉冲。在连续剪切当中，剪切点既是本段材料的终点，又是下段待切材料的起点，因此在这里将输入给CPU的剪切完信号作为计时的起点t=0.PG1和PG2的脉冲进入CPU，CPU通过计数器可以计算出t时刻进给材料的位移A（t）和刀辊的位移B（。同时CPU利用定时器，在给定的时间间隔内对进给脉冲计数，可以计算出材料的进给速度VA.若CPU从键盘或拨码盘读入的剪切长度为Lo则在一个剪切周期内的任意时刻t，CPU通过计数器可以实时计算出“材料的剩余行程”及“刀辊的剩余行程‘；这两个’剩余行程‘的概念在下面的分析中很重要。Bo为刀辊外圆周长。中CPU根据输入数据，按某种控制算法可以计算出t时刻刀辊的速度控制电压Vb（t）然后通过D/A转换，模拟信号隔离，输入到无刷电机驱动器作为速度给定电压。无刷直流电机通过同步传动机构控制刀辊的加速、同步及减速运动，从而对进给材料实施定长剪切。

　　无刷直流电机控制系统基本框图关于无刷电机速度给定电压的算法，这里以B的情况为例来讨论。如所示，设材料按匀速VA（t）进给，且设刀辊按直线方式加速、减速。在本文的研究中我们采用了变加速度的升降速方式，预先设定加速区行程为Nr不管材料的进给速度VA（为多大；都要求刀辊在位移Nr内加速到与进给速度相等而进入同步。同样的，减速区行程被设定为Nf.刀辊进入各运动区的判据及无刷电机的速度给定电压的实时计算方法讨论如下：如所示，如果刀辊按直线加速，加速行程为N，则进给材料在加速期间的行程为2Nr，这就要求，在加速区的起点4，材料的剩余行程应比刀辊的剩余行程相等，那么，上下刀辊的刀刃正好可以在预切点处啮合，即对材料实施定长剪切。因此刀辊与材料的同步判据是：的大小，对速度给定电压Vb进行调整。这里我们采用比例调节方案：Vb=cva―P―步进电机控制系统基本框图这里仍以L0>Bo的情况为例来讨论步进电机的控制。前面无刷电机按直线方式加速、减速，且加速区行程固定取N.，减速区行程固定取Nf.而步进电机要获得理想的运行效果，有自己*佳的加减速曲线。

　　这里我们先根据步进电机的矩频特性和系统的负载情况确定步进电机的*佳升降速曲线。

　　如果材料进给脉冲的频率为/a（（s），则可以估算出步进电机加速到/a（（s）需要的步数Nsr和时间At，也可以计算出材料在At时间内的位移NAr.和无刷电机系统的分析类似，步进电机加速起动的判据为：步进电机走完Nsr步后自动进入同步调整区。

　　因为在加速区内，材料进给脉冲的频率可能发生变化且CPU对时间和频率取整会带来误差，当步进电机结束了其固有的加速行程之后，不一定满足的大小，可对步进电机的输入频率/（t）进行调整：明刀辊和进给材料已经同步，这时步进电机的输入频率不再需要计算而可参照的方法，对进给脉冲的频率进行分频或倍频锁定：当收到切割完信号后，CPU通过查表让步进电机按事先规定好的降频曲线进行制动。

　　5两种控制方案的实验结果及分析实践中，我们用无刷直流电机研制了一套五层瓦楞纸板横切机，无刷电机功率为35kW，―台电机驱动上下两个刀辊；后来，我们又研制了一套人造革飞剪系统，采用两台15oBFo1型五相反应式步进电机同步驱动上下刀辊，每台电机的输出转矩为2oNm，功率约为1.5kW.两套系统的CPU都采用了美国AD公司1995年推出的ADSP2181芯片，它的运算功能强大，运算速度很高，每条指令周期33n童怀。磁阻电机动态特性的非线性分析与计算机仿真。北京：科学出版社，20⑴北京：机械工业出版社，。微特电。微电机，制技术的研究。

　　（上接第17页）在上确定系数C，目的计算匝比a2-2李隆年。单相电机原理设计。北京：清华大学，1984.。杭州：浙江科学技术出版社，