大细密超声波革新扼制程序的预设

　　高精度纠偏控制系统设计纠偏控制系统主要由检测探头、电动执行器以及纠偏控制器组成。检测探头检测探头电路主要由480EP900超声波传感器台湾进口、A/D转换电路、D/A转换电路以及C8051F330D单片机等组成。探头检测卷材偏移量的过程如示。

　　探头检测过程示意图根据超声波的发射散射角B（b）和两个传感器之间的距离L（mm），按式（1）可计算出探头的检测范围D（mm）：D=2tan（B/2）L（1）为了获得佳的检测效果，在生产线上安装探头时，应使探头与卷材表面呈25b40b夹角。对于该探头，其线性检测范围为20mm，可以检测到卷材小于0.05mm的偏移。

　　实际上，检测探头还可以使用红外光电传感器或CCD器件等。光电探头和CCD探头对卷材材质、环境光、温度等要求较高，而超声波探头却适合于所有的不透明的或完全透明的卷材，而且不受环境光的影响（不管白天还是黑夜），尤其对感光材料也适用。

　　电动执行器电动执行器主要由步进电机、高精度滚珠丝杆、联轴器以及限位开关等组成。步进电机选用日本SANYODENKI的两相双极型步进电机，其步进角H为1.8b，误差小于5，并且无周期累积，转矩M为2.8Nm，转动惯量小，启、停时间短。滚珠丝杆选用台湾HIWIN公司的线性滚珠丝杆，其导程Ph为10mm，精度为0.01mm，重复定位精度是0101.

　　限位开关采用霍尔开关。步进电机的脉冲当量$由式（2）决定：$=HS/i360（2）其中：$量纲为mm/脉冲；H单位为b；S为螺距，单位为mm；i为变速比，当步进电机与丝杆直接连接时，其变速比i为1.执行器的推力F可根据式（3）估算：F=2PM1000/S（3）其中：F单位为N；转矩M单位为Nm；S单位为mm.

　　纠偏速度可用式（4）计算：V=nSi1000（4）其中：V单位为m/min；n为电机转速，单位为r/min；S单位为mm.笔者设计的电动执行器的大纠偏速度可达40mm/s，可以提供大450kg的推力。

　　纠偏控制器及模糊控制纠偏控制器是整个纠偏控制系统的核心，主要由电机驱动电路、键盘与液晶显示电路、电机驱动电源以及C8051F020单片机系统等组成。C8051F020是美国SiliconLab公司生产的高速Soc单片机，片上带有12-bit的A/D转换电路、10-bit的D/A转换电路、高稳定性的参考电压电路、64K的闪存、4K的RAM以及128字节的非易失性存储器。除此之外，还有UART、I2C以及SPI等接口电路，因此使用极其方便。电机驱动电路主要由L297和L6203芯片组成。

　　纠偏控制算法是纠偏控制器设计的重点，它直接影响到控制效果的好坏。由于纠偏控制对象具有一定的复杂性和不确定性，采用常规的、简单的模糊控制方法，难以实现具有较高精度和较好适应性的控制效果<1>.因此采用多调整因子模糊控制方法<1，2>.关于多调整因子模糊控制方法、应用原理以及优的多调整因子Ai值选取方法的详细叙述，请参阅文献<1>.

　　结论传感探头的检测精度、电动执行器的定位精度与响应速度以及纠偏控制算法先进与否是影响纠偏控制系统精度的决定性环节和因素。因此，主要针对这3个环节，通过精心论证和设计，研制出高精度的纠偏控制系统。在实际生产中应用表明，该纠偏系统在纠偏精度、功能以及可靠性等方面可与进口的产品相媲美，而价格却只为其2/3，具有较高的性能价格比。