图1 高速牙刷植毛机
3 中达伺服解决方案 3.1 方案规划 目前植毛机电控系统结构主要分为单片机控制系统或CNC数控系统。其中单片机控制系统以自动化系统制造商集成配套服务为主，牙刷设备制造商家自主研发为辅。性能性能更见优越的CNC数控系统多为台达的PUTNC-H2P和欧日等进口品牌。 CNC数控主要是控制轴脉冲命令信号实现伺服驱动，通常是四轴控制输出实现，台达的CNC只需两轴输出即可实现，另外两轴中达的伺服可以独立完成，牙刷植毛机要求系统可以实现两轴插补运算即可。四套伺服驱动器型号是中达的B系列ASDA-B交流伺服系统，功率400W,驱动器具有多种功能控制。主轴电机变频器型号是中达的VFD-S，功率大小为400W。 3.2 调试要点 伺服解决方案的开发难点是机电系统联合调试，其中主要是伺服增益的调整。四个伺服轴中X轴与Y轴由于丝杠传动结构机械惯量比较稳定，调试相对容易一些，频宽一般可以调到130HZ以上。而翻板Z轴是一个旋转轴，高速旋转存在离心力，如果单纯将其频宽设置的很高，电机起停时会有振动，这时可以把位置平滑滤波参数开启，消除振动。 相对来说换毛U轴的凸轮机构机械的构造使得调试比较困难，再加上U轴的机械刚性不好，电机运行起来时惯量比变化较大，马达输出电流变化也较大，参数调不好，电机左右运行时，这个轴要么有振动或啸叫声，要么反应迟钝。为此需要应用B系列ASDA-B交流伺服系统的共振抑制功能。图2为带有共振的系统增益共振抑制原理。
图2 带拒滤波器抑制和低通滤波器抑制比较
如图2所示，当低通滤波器(P2-25)由0开始调大，B.W.会越来越小。虽然共振问题解决了，但是系统响应频宽和相位边界也降低了，系统会变得更不稳定，如果可以知道共振频率，则带拒滤波器（P2-23,P2-24）可以直接将共振量消除。通常知道共振抑制是多少，使用带拒滤波器的效果会比低通滤波器好，但是如果共振频率会随时间或其它因素漂移，而且漂移的太远的话，那么就不适合使用带拒滤波器。本项目设备U轴的运行起来所产生的问题就是共振点飘逸，使用P2-25低通滤波器效果较好，将其参数设大，加之这个轴对位置精度要求不是太高，所以问题得到解决。伺服相关参数设置如下表所示。台达伺服增益参数调整软件如图3所示。表 伺服相关参数设置
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>参数
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>代码
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">X轴参数值
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">Y轴参数值
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">Z轴参数值
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">U轴参数值
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>单位
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>说明
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>P1 – 37
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">GDR
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>8
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>8
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>15
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>110
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.1
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">对伺服马达的负载惯量比
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>P1 – 44
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">GR1
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>10
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>10
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>20
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>15
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>pulse
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">1st脉波命令电子齿轮比分子 N1
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>P1 – 45
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">GR2
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>pulse
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">脉波命令电子齿轮比分母 (M)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>P2 – 00
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">KPP
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">188
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>188
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>172
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>78
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>rad/s
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">位置控制比例增益
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>P2 – 04
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">KVP
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>753
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>753
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>690
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>314
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>rad/s
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">速度控制增益
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>P2 – 06
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">KVI
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>120
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>120
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>110
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>50
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1/s
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">速度积分补偿
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>P2 – 25
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">NLP
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>13
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>13
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>15-
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>233
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.lms
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">共振抑制低通滤波
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>P2 – 26
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">DST
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>120
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>120
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>110
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>50
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">外部干扰抵抗增益
图3 台达伺服增益参数调整软件
4 结束语 通过在客户的长期的使用，台达伺服系统性能稳定，效果很好，深受好评。随着国内高速牙刷植毛机产业生产能力的逐渐提升，植毛机的市场一定竞争的更加激烈，与其配套的剪毛机设备也随之提升，而且更先进的植毛、剪毛一体机也会出现。台达伺服凭借极具竞争力的性价比将更受客户青睐。
