1  引言

伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統(tǒng)，又稱隨動系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機械位移或移動速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)， 其作用是使輸出的機械位移（或轉角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉角）。

貝加萊伺服控制系統(tǒng)由于其優(yōu)越的性能，已被廣泛地應用于紡織、包裝、機器人、塑料、風能、印刷、治金、半導體等行業(yè)。

圖1 貝加萊伺服控制系統(tǒng)

貝加萊伺服驅動器采用模塊化設計，支持高速以太網協議PowerLink，通訊循環(huán)周期僅400us，控制循環(huán)僅50us，適合于高速、高精度的控制場合。

除了簡單的運動控制外，還擁有強大的多軸控制功能，包括電子齒輪、電子凸輪、任意曲線跟隨和CNC。主軸信號可取自編碼器、某些傳感器、數學模型計算值等。

擁有強大的集成軟件平臺Automation Studio的支持。該平臺集編程、調試和測試于一體，支持梯形圖、結構化文本、Basic和C語言編程；支持聯機調試和仿真調試；支持在線數據采集分析（示波器功能）。

在機械加工過程中，高標準的伺服控制器對于精度、質量和動態(tài)性能有著致關重要的作用，這就意味著控制理念和控制器的設置將起決定性的作用。

級聯控制器（或稱串級控制器）概念是貝加萊伺服驅動系統(tǒng)的技術精髓，位置閉環(huán)控制器、速度閉環(huán)控制器、電流閉環(huán)控制器是級聯的，按照設定值工作。因此，在級聯控制器系統(tǒng)中，較高一級控制器的輸出變量成為了較低一級控制器的設定值（例如，位置閉環(huán)控制器輸出的設定速度決定了速度閉環(huán)控制器的設定值）。

圖2  級聯控制器結構

2  多軸向鋪緯經編設備概述

經編工業(yè)是針織工業(yè)的一個重要組成部分，由于其織物具有獨特的性能以及生產高效率而得到快速發(fā)展。隨著現代自控技術的發(fā)展，特別是伺服控制技術的突破，越來越多的自控生產機械擯棄了機械凸輪，采用了無軸化設計，大大地提高了生產效率?，F代電子經編機的設計也順應了這一時代潮流。

多軸向鋪緯經編機作為經編機中的高端機型，其復合織物可用于航空航天、兵工、造船、汽車、建筑、風電等行業(yè)，前景非常廣闊。多軸向鋪緯經編機機械結構復雜，控制難度高。國外設備一套售價需要人民幣一千萬元以上，而且由于其織物可用于多種敏感行業(yè)，國外對該設備出口管控嚴格。

如圖3所示，多軸向經編機由電子收卷（EFA）、電子牽拉（EWA）、電子送經（EBC）、鋪緯系統(tǒng)等幾大部份組成。該設備配置了14個軸的伺服控制系統(tǒng)，包括主軸、鏈條軸、托布軸、鋪緯系統(tǒng)(每套有X、Y兩軸組成，共3套6個伺服軸)、送經（3軸）、牽拉軸、收卷軸。運動控制技術用到了電子齒輪、電子跟隨、CNC。該多軸向鋪緯經編機的控制系統(tǒng)如圖4所示。下面主要介紹電子送經及鋪緯系統(tǒng)的控制原理。

圖3  多軸向鋪緯經編機設備構成

圖4   多軸向鋪緯經編機控制系統(tǒng)示意圖

2.1  電子送經系統(tǒng)

電子送經機構作為現代高速經編機重要部分之一，具有操作方便、精度高、重現性好、噪聲低、機速快等優(yōu)點。電子送經需要配合主軸的成圈機構精確、穩(wěn)定地送出所需紗量，完成對鋪設好的緯紗進行縫紉。由于盤頭退繞造成直徑不斷減小，為保證送紗線速度不變，需要可靠地計算當前的角速度，并且要在高速送紗的過程中，實時變更控制參數，否則就會造成崩紗。這就對運動控制系統(tǒng)的響應時間提出了較高要求。這里使用了貝加萊的從軸跟隨技術。

圖5  電子送經控制系統(tǒng)的構成

如圖5所示，電子送經系統(tǒng)主要包括以下環(huán)節(jié)：

① 測長羅拉；

② 伺服驅動器；

③ 伺服電機；

④、⑤  傳動裝置。

通過對送經原理的分析，發(fā)現系統(tǒng)控制算法的自變量不是時間，而是經軸紗線卷繞外徑，也即外周長的變化。

所采用的算法基于以下原則：在一定的主軸速度下需要消耗的經紗長度與相應的經軸送經速度下的繞紗長度相等。間接計算法則假設紗線均勻地逐層纏繞在經軸上，而經軸當前紗繞外周長與經軸退繞圈數成線性關系。

由分析得出：利用新經軸上機時輸入的經軸滿卷時紗繞外周長Cmax、經軸空繞時外周長Cmin、經軸滿卷時紗繞總圈數W等參數和每一周期內經軸的退繞總圈數Zi，按照一定公式可實現對經軸電機當前轉速設定值Nbmi的計算，而其中的Cmax和W值則可直接從整經工藝中獲得。2.2  鋪緯系統(tǒng)

2.2.1 鋪緯工藝簡介

鋪緯系統(tǒng)是多軸向鋪緯經編機的核心系統(tǒng)，也是整機的控制難點所在。設計要求是每組鋪緯器要分別在運行的軌道上動態(tài)地完成不同角度（三組鋪緯器可分別設置從±45度到90度的角度）的緯紗鋪設，如圖6所示。鋪好的緯紗輸送至機頭完成縫紉。這里使用了CNC數控技術。

圖6  多軸向鋪緯&經編示意圖

2.2.2  鋪緯運動軌跡概述

完成一次鋪緯動作稱一個鋪緯周期，在左、右二個導軌的鋪緯使用的時間相同，但鋪緯軌跡不同，因此二個鋪緯周期稱為一個鋪緯循環(huán)。

在一個鋪緯周期中，有不同方向的機械運動，也有停等時刻，它們所需時間可以合理分配時鐘脈沖數來度量，如壓紗板抬起的動作，若分配的時鐘脈沖少了，那未壓紗板還未抬起，小車就移動了，這樣壓紗板會打壞緯紗鉤；若分配的時鐘脈沖太多，因為一個鋪緯周期的時鐘數是固定的，其他動作分配的時間就少了，影響其他動作，因此必須統(tǒng)籌分配。

一個鋪緯周期的時鐘脈沖數隨密度、鋪緯寬度而變化，如極限條件T=2865.12脈沖/周期；常規(guī)條件T=8595.36脈沖/周期。為了使控制模型簡化，一般在極限條件下盡可能地合理分配各動作的時鐘脈沖數，使其能基本正常工作，并將它折算成百分比，對于不同鋪緯周期的時鐘脈沖數，按此比例來進行分配。

3  結束語

該設備投產后，經實踐檢驗，各方面技術指標均達到了設計要求，并通過了部級科技成果鑒定。有關認證結論為：該經編機的研制成功，填補了國內高速幅寬多軸向經編機的空白，整機性能達到國際先進水平。該成果獲得中國紡織工業(yè)協會科技進步二等獎、江蘇省科技進步三等獎、常州市科技進步一等獎。