单晶硅截断机控制系统设计.doc

青岛科技大学本科毕业设计（论文）
青岛科技大学本科设计（论文）
1 绪论
1.1课题研究意义及重要性
“切割机”开始出现类似的研究，在1991，2013达到峰值，共有29个相关文件到现在。1991“第七”科研项目割绒技术研究- TK -钢筋混凝土管桩切割机的开发和应用1型大直径，通过在武汉的民族认同，这是切割机的发展历程的开始。切割机的长足发展后，新的机械和电子产品1994的气动旋转推进剂爆炸切割机提出了一种自动、双平面、无屑切割设备安全新概念。主要用于火箭推进剂、橡胶、塑料、橡胶等行业在挤压过程中的成形。本发明产生了显著的社会反响和经济效益。2013年初开发的单晶硅截断机和切割机发展到了高峰。这对太阳能行业有了推进作用。
1.2国内外研究现状
近年来，随着太阳能光伏产业的高速发展，对硅材料需求日益增加，对硅材料的切削过程是同样也是大大增加。目前,硅片切割的研究方向主要是关于如何减少的损失减少，增加削减的规模和提高切削效率。现有的硅锭截断(包括头尾切割，这种设备主要使用金刚线圆形切割、带锯切割方法来解决硅切割问题。外圆切削方法简单，但叶片的刚性差，容易生成横向摇摆，和切缝大，材料浪费。特别是对于大尺寸单晶棒或锭的切割,确保刚性叶片必须要具有的大厚度、但是切缝一旦大起来，切割产生废弃物尤为增加，这很不经济。这个切割方法已被逐步淘汰。目前的方法是常用的切割机。
带锯切割切割线一个大问题,但是因为后薄叶片的稳定性问题。容易偏转或波形在切割过程中，浪费材料也产生了。只有单一的往复锯切，效率低。在国外，目前虽然有一些硅锭金刚线切割机设备生产的厂家，但是由于机床设计复杂、笨重，需要耗费大量的人力物力,所以设备的价格一般具有昂贵的价格和其他因素，在国内推广的范围和程度都是十分有限的。
GX-MBCM-30类型单晶硅截断机设备使用金刚线切割硅棒。它是一种处理技术来切断，切断硅棒通过高速往复金刚线。该设备主要用于多晶硅材料加工，并且可以减少切割时间，这是一个新颖的，具有可靠的功能,切割效率高，加工精度高的单晶硅截断切割设备。
1.3论文的主要工作和安排
（1）单晶硅截断机元件、电气组装图，这包括单晶硅截断机由哪些部分组成，各部分又起着什么样的作用，对单晶硅的切割有着怎样的影响。
（2）单晶硅截断机安装、调试，安装包括机械安装和电气安装两部分，机械安装包含哪些方面，每一个元器件安装的顺序。电气安装包括哪些方面，以级电气安装的顺序。当电气盒机械安装都结束之后便开始进行调试工作，调试工作的步骤以及调试哪些方面。
（3）单晶硅截断机的硬件系统设计，包括元器件的选择与设计、元器件安装的位置等等。
（4）单晶硅截断机的软件设，包括张力控制系统设计、伺服电机程序编写、张力反馈和调节等。

2 单晶硅截断机的总体方案设计
2.1单晶硅截断机的结构方案
根据硅材料的特点,和硅锭切割过程的实现要求,考虑到经济效益和生产效率,分析和计算后,得出最优的切割方案。
固定的切割机主要由研磨钻石网运动系统,截断给水系统和电气控制系统。启动机器之后,金刚线网运动控制系统会驱动固态结合磨粒金刚石线高速运动,截断系统通过一个工作表以驱动硅锭,这时硅锭会进行多线切割,然后被金刚线切成等距离工件的多个硅片。线存储系统运行时关闭的最后,控制器的控制系统是在反向操作。工件切削完成自动关闭。
2.2基于PLC的智能控制系统设计
GX-MBCM-30型截断机的电气控制是通过以X20CP1484型号PLC为中心的系统来对单晶硅截断机的全部9台伺服电机工作进行控制，通过控制收放线电机的速度来调整整个系统金刚线的张力大小。功能方框图如图2-1所示。
主操作面板

PLC

主信号给定

收线工作速度

绕线环节控制变频器2#

收线张力传感信号（0-10V）

收线控制变频器1#

机械传动机构
反馈

绕线轮
收线电机

图2-1 功能框图
Fig. 2-1 Functional block diagram

收放线电机组成的张力控制系统包括以下几个单元他们的功能分别是：
（1）储丝筒:主要用于存储的金刚线。金刚线均匀缠绕金刚线线储存轴,不重叠,不紧缩。为了避免重叠或挤压,金刚石颗粒的使用寿命,和线网上的线的直径必须小于相邻两根线之间的距离，防止金刚线线互相缠绕。同时,存储缸应该有良好的动态平衡,两端的轴承的轴向位移很小。
（2）线架与导线轮：框架和钢丝轮架固定导向轮,一个过渡轮和驱动电动机等。调整相邻轮小组之间的距离可以得到切断线架所需的长度。该指南线精确定位和高速运动和旋转。要求材料的耐磨性优于高刚度、材料不变形,材料是40 cr和淬火不变形。
（3）驱动电动机:高速运动的主传动线与线存储系统和同步。线框上的驱动系统安排,驱动轮是由发动机驱动。驱动轮上的线程是丝线缠绕在张力的作用下,与驱动轮旋转驱动的运动线程。电动机使用130S204直流伺服电机。驱动轮直径(140)和一根电线储存缸直径是一样的,跟上储存缸线。驱动轮的表面涂有聚氨酯涂料,以避免钻石线切成驱动轮表面,聚氨酯涂料还具有良好的弹性降低对金刚线的影响。
（4）张紧系统:这条线可以保持一定的张力和可以根据需要调整。张紧系统采用垂直重的锥形,期间保持恒定张力的操作系统。金刚线只能运行在一种紧张的状态,保持线的张力可以控制在25 ~ 30 N。500 ~ 1000米/分钟的运行速度(可调)。重型圆锥同时扮演的紧急停止,的下部锥配备了一个开关,当线坏了,沉重的锥接触开关,切断电源,机器停止。

3 单晶硅截断机的硬件部分
3.1单晶硅截断控制系统及电气元件控制系统的设计
减少给水系统包括刀具,一个工作平台,一个上部和较低的垂直运动系统,一个入口控制系统等。选择刀具(钻石线):截断固结磨料金刚石线的工具,选择从美国进口的产品(朝美钻石),电镀金刚石线锯,裸铜丝直径0.25毫米,钻石的当量直径30 ~ 40微米。电镀线后直径φ0.33毫米左右。公司的核心根据特殊技术要求,热处理和预张力后,抗拉强度超过180000公斤。第一次电镀一层铜保护层,用20到120钻石浸渍，使用大电流在其外层镀,为了坚定持有钻石。微计数器是用来控制核心周围的钻石数量分布,以确保一致性的钻石。
工作表和上下垂直运动系统:用于解决硅锭和保持切削过程的稳定。表用于将工件和硅锭在固定。液压控制系统可用于给养模式。表的下方提供了一个液压缸和两个导柱、液压缸工作平台上下移动,切割速度是0.5 ~ 1毫米/分钟。导柱保持表的准确性,因此，切割过程中保持截面的平面度。
采用伺服电机取代重量应用张力,优点是使用伺服电机张力应用于分析;通过张力传感器测量线张力大小、伺服电机的位置决定控制改变张力的大小。使用神经网络逆控制技术来实现电动机的速度和张力的解耦控制。
在本文中,我们提出一个基于相邻轴误差的多电机同步控制的间接张力控制方法,成功研发单晶硅截断机张力控制系统,原型测试结果验证该方法的正确性。
3.2主要技术参数表
表3-1技术参数表
Table 3-1 technical parameter table
1. 机械部分

设备尺寸
4800(L)x2400(W)x2500(H)mm
设备重量
约9500kg
2. 硅锭规格

硅锭最大尺寸
156×156×400mm
数量
30块
3. 切割部分

进给驱动
伺服电机
工作台移动速度
0～130mm/min，无级可调
工作台最大移动距离
315mm
切割丝线速度
10~15m/s，±0.1m/s P.S， 无级可调
切割丝直径
φ0.42mm
切割丝长度
5000m
单块线耗
截断平均4m/块，去头平均4.5m/块
切割效率
平均100分钟完成一组（30块）156×156棒料截断切割
平均110分钟完成一组（30块）156×156棒料去头切割
4. 收放线线辊驱动部分

电机类型及性能
两台伺服电机直接驱动，满足正反转频繁、平稳换向运行
5.网框部分

摆动电机
转轴安装的伺服电机，满足正反频繁、平稳换向运行
摆动机构
高精密、低间隙滚珠丝杠，伺服正反转实现对称摆角
摆动频率
5～20次/分，可调
摆动角度
关于摆轴对称，最大 ±1.5°
导轮驱动电机
两台伺服电机直接驱动，满足正反转频繁、平稳换向运行
6.张力控制

气缸驱动
SMC低摩阻气缸及控制阀
切割丝张力
0～120N
张力摆角
关于摆轴对称，±25°
7. 切割质量
参照《用户验收标准》相关内容
8. 气压

气路元件
0.4MPa～0.7MPa
轴承反吹
0.15MPa ；精度范围0.14MPa～0.18MPa
气路过滤
油、水过滤
9.喷淋系统

供水箱容量
300L，循环使用
水箱液位检测
液位传感器，高、低位报警
水泵功率
供水泵1.5KW
切削液供给量
10（m3/h）
切削液供给温度
15℃～30℃
10. 废料回收

切削液过滤循环使用
导出后自然沉积，清液回收继续使用
废料收集处理
在沉积槽中24小时自然沉积分离，得初步提存废料备用
切削液补充及更换
按照液位报警及切削液使用要求执行
11.设备电力负荷
25KVA
将上表中的对应功能汇总在图3-1所示的操作界面中。

图3-1操作画面
Figure 3-1 operation screen
金刚线的张力控制系统是单晶硅切割机加工质量好坏的关键技术。为了减少损失的硅材料和多线切通常使用非常好的钻石r线径0.12 ~ 0.16毫米。如果进程金刚线张力太大,这样会导致金刚线断裂。因此,中断这种情况如果不能及时处理,将会导致昂贵的硅棒被损坏；但是金刚线的张力太低会导致金刚线线的低频振动,影响硅片生产过程,处理晶片的质量较差。
3.3单晶硅截断机机械安装
单晶硅截断机的机械安装第一步要将地面清理干净，然后安装设备底座在将其调整水平安装固定端起升支撑座组件找正安装滑动导轨、导轨防护罩及侧壁防护板，安装支撑但愿、丝杠及丝母连接板，安装起升电机座、伺服电机及减速机，安装固定端起升支撑座组件。清理起升太，安装移动台限位和圆锥定位器。安装自由端起升支撑座组件然后安装限位开关。
清理切割轮安装轴之后安装切割轮，切割轮组件整体做平衡实验清理线网机架，安装固定端轴承座总成和自由端轴承座总成，线网机架上安装切割轮组件和过渡轮组件。清理零件后组装小导轮组件，安装过渡轮组件，安装线网电机组件、安装两端传轴及轴承座组成线网总成。配作安装上下放水罩，设备底座上安装导轨组件，安装线网总成，安装设备立柱1、2、3、4，机架上框，喷淋机架安装横梁，侧板及顶部吊耳。清理绕线区，安装张力区部分的安装板，安装张力控制装置包括张力臂、气缸、导轮等。
清理排线组件的零件、丝杠、导轨和伺服电机，组装排线组件组装绕线区部分结构，将绕线区部分组件安装到设备底座。清理绕线轴部分的轴承套，组装轴承和中心轴，组装绕线轴安装座，将绕线轴安装座安装于设备底座的安装孔中并固定，组装绕线轴部分包括电机连轴器及收放线线筒，配作安装排线部分的防护罩，安装软管组成冷却系统配作安装防护罩、转动操控箱及工作灯。清理晶托，安装滚轮组件、移动台限位块，晶托上表面粘贴橡胶板，安装晶硅定位、压紧用螺柱、圆形大拉手，组装成移动工作台，最后装整机。
3.4单晶硅截断机电气安装
单晶硅截断机的电气安装首先要根据机器的大小对电缆进行对应的裁剪，裁剪之后打电缆应该略大于理论长度，之后用刀将电缆剪开，漏出内部的电线，再将电线剪开大约15mm，之后将铜线用接线端子连好，电缆的一端送至控制柜，另一端送至对应的电气元件，包括限位器、伺服电机、控制灯光、显示屏等等。按照电气图纸将对应的电气元件连接起来，电缆用螺丝固定起来，整个走线要求不缠绕，不重叠。每个电器元件的位置必须考虑到合理性，实用性。
3.5单晶硅截断机调试步骤
目前我对切边机进行了几次调试切割，目前对控制屏上的功能按钮有了大致的了解，对于调试这方面我经过这短时间的研究目前我可以做一些简单的调试工作，包括对左右收放线绕线轮绕线的上下限的调节、对平台上升位置的调节、正反切工艺模式的确定、切割配方的预设等等。
整个调试过程中，绕线是一个很繁重的任务，虽然绕线这个工作又脏又累，但是对比于拧螺丝和打孔，我觉得前者能给我带来更多新的知识，让我不断地了解车间单晶硅截断机工作的每一个细节的工作。在调试这台切边机的过程中断线的原因最开始是因为左排线电机上的导线轮直径错误，右排线电机的旋转方向错误。调整好之后先小负载跑了一遍，一共14排，每排安装两块硅片。
运行过程中没有出现任何问题，很顺利的完成了切割。后来在满载切割时，由于负载变大，阻力变大，导致金刚线上的拉力变大，尤其在加速过程中对金刚线的拉力变得更大，由于金刚线的张力一定，当拉力大于线的张力时，金刚线就会断裂。经过检查，每次断线的地点都在左排线电机前面，这正说明是在加速时金刚线断裂的，目前解决的方案有减少切边机的运载负荷，延长金刚线的加速时间。

4 单晶硅截断机的软件编程
该设备主要包括床身切割部分、工作台进给部分、控制系统、冷却系统等。下面针对每一个系统做一下详细的介绍。
4.1 PLC主程序设计
开始

显示屏启动

否
金刚线切割开始后是否达到指定速度
伺服电机工作

是
伺服电机达到预定速度

否
否
设定时间内金刚线是否接触到单晶硅

是

是
摆动电机启动
张力反馈值正常

否
是

否
检测是否有硅片切割完成
开始切割

是
进给电机启动

结束

图 4-1主程序流程图
Figure 4-1 Main program flow chart
4.2床身切割部分
主要包括床身机架、切割丝、收放线装置、排线装置、张力装置、摆动组件、过度轮组件、驱动电机等。床身机架采用全钢加油漆涂层，防止生锈影响美观。切割丝采用金刚线，金刚线具有耐磨，抗拉等优良性能。收放线装置采用转轮绕线和4个伺服电机控制，接下来选取一个伺服电机为例写了软件编程程序，程序如下：
PROGRAM_CYCLIC
(*cyclicprogram*)
IF(((gAxisCmd_typ_Main1.ErrorID<>0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Main1.AxisError=1))AND(Axis_Step<State_Error))THEN
MC_BR_AutControl_Main1.Start:=0；
MC_BR_AutControl_Main1.Enable:=0；
gAxisCmd_typ_Main1.StopSlave:=0；
gAxisCmd_typ_Main1.StartSlave:=0；
Axis_Step:=State_Error；
strcpy(ADR(gAxisAct_typ_Main1.AxisStatus),ADR('Main1axiserror'))；
END_IF
END_IF
绕线轮将缠绕在放线电机上的金刚线由绕线室引到切割室。在穿过切割架上的每个切割轮，最后在返回到绕线室的收线轮上。排线装置采用导轨或者截断机内部钢架进行排线，保证在运行过程中不会对电缆造成磨损。网框部分摆动电机采用转轴安装的伺服电机,摆动电机的软件编程如下：
PROGRAM_CYCLIC
(*cyclicprogram*)
IF(((gAxisCmd_typ_Main2.ErrorID<>0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Main2.AxisError=1))AND(Axis_Step<State_Error))THEN
MC_BR_AutControl_Main2.Start:=0;
MC_BR_AutControl_Main2.Enable:=0;
gAxisCmd_typ_Main2.StopSlave:=0;
gAxisCmd_typ_Main2.StartSlave:=0;
Axis_Step:=State_Error;
strcpy(ADR(gAxisAct_typ_Main2.AxisStatus),ADR('Main2axiserror')); END_IF
END_IF
满足正反频繁、平稳换向运行摆动机构具有高精密、低间隙滚珠丝杠,伺服正反转实现对称摆角摆动频率5~20次/分,可调摆动角度关于摆轴对称,最大±1.5°导轮驱动电机的两台伺服电机直接驱动,满足正反转频繁、平稳换向运行张力装置采用压力反馈控制，当金刚线在切割过程中时，如果线的张力大于设定的某个数值时，张力反馈就会将线的张力跟给定值进行对比，如果张力大于给定值，此时伺服控制器就会发出信号给放线电机，放线电机加速放线，直到张力与给定值相同才停止加速。反之，如果线的张力小于给定值，伺服控制器就会给收线电机发出信号，使其加速收线，直到平衡为止。

图4-1 PLC控制梯形图
Figure 4-1 PLC ladder diagram
摆动组件有2台伺服摆动电机控制，当截断机在工作时，金刚线切割时是左右摆动切割的，2台摆动电机按照给定的角度和频率摆动，保证在切割的稳定性。这样切出来的硅片断面光洁，没有线痕。
4.3 工作台进给部分
主要包括进给机架、直线导轨、滚珠丝杆、伺服电机等。单晶硅固定到晶托上需要在仪器外完成，晶托下面有一连串的滚珠丝杆，晶托下面的滚珠丝杆在导轨上运行安装到进给机架上。进给机架由进给伺服电机控制，按照设定的速度驮着晶托上升，使单晶硅慢慢靠近金刚线，通过金刚线与单晶硅的往复摩擦完成切割。进给电机的软件编程如下：
PROGRAM_CYCLIC
(*cyclicprogram*)
IF(((gAxisCmd_typ_Feed1.ErrorID<>0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Feed1.AxisError=1))AND(Axis_Step<State_Error))THEN
MC_BR_AutControl_Feed1.Start:=0;
MC_BR_AutControl_Feed1.Enable:=0;
gAxisCmd_typ_Feed1.StopSlave:=0;
gAxisCmd_typ_Feed1.StartSlave:=0;
Axis_Step:=State_Error;
strcpy(ADR(gAxisAct_typ_Feed1.AxisStatus),ADR('Feed1axiserror')); END_IF
END_IF
切割部分进给驱动，伺服电机工作台移动速度 0~130mm/min，无级可调工作台最大移动距离为315mm。切割丝线速度 10~15m/s，±0.1m/s P.S，无级可调切割丝直径 φ0.42mm。切割丝长度 5000m单块线耗为截断平均4m/块,去头平均4.5m/块切割效率 平均100分钟完成一组(30块)156×156棒料截断切割平均110分钟完成一组(30块)156×156棒料去头切割。
4.4控制系统
本设备控制系统采用PLC控制伺服控制器驱动伺服电机的方式实现主要功能，人机界面采用可视化触摸屏，可通过触摸屏监控各个过程数据、更改系统参数设定，并对设备进行实验操作等。
4.5冷却系统
独立的冷却系统，提供切割丝工作需要的冷却、冲刷需求，供液箱可独立移动，更换切削液简单方便。供液箱上安装一台抽水机，将箱内的水运送到仪器顶部完成喷淋洗刷。.喷淋系统供水箱容量为300L,循环使用水箱液位检测，液位传感器,高、低位报警水泵功率，供水泵1.5KW切削液供给量10(m3/h)。切削液供给温度为15℃~30℃。废料回收体统使用的切削液科技经过过滤循环使用，导出后自然沉积，清液回收继续使废料收集处理。在沉积槽中24小时自然沉积分离，得到初步提存废料备用切削液补充及更换，按照液位报警及切削液使用要求执行。

5 单晶硅截断机走线系统的张力控制
5.1 单晶硅截断机机走线系统的总体结构
金刚线的张力控制系统是单晶硅切割机加工质量好坏的关键技术。为了减少损失的硅材料和多线切通常使用非常好的钻石r线径0.12 ~ 0.16毫米。如果进程金刚线张力太大，这样会导致金刚线断裂。因此，中断这种情况如果不能及时处理,将会导致昂贵的硅棒被损坏；但是金刚线的张力太低会导致金刚线线的低频振动，影响硅片生产过程，处理晶片的质量较差。采用伺服电机取代重量应用张力，优点是使用伺服电机张力应用于分析；通过张力传感器测量线张力大小、伺服电机的位置决定控制改变张力的大小。使用神经网络逆控制技术来实现电动机的速度和张力的解耦控制。在本文中，我们提出一个基于相邻轴误差的多电机同步控制的间接张力控制方法,成功研发出单晶硅截断机张力控制系统，原型测试结果验证该方法的正确性。
线性系统的总体结构的单晶硅截断机如图5-1所示。

图5-1走线系统结构
Fig. 5-1 Structure of linear system
所有线的线轮都要通过一系列的导向轮绕组两辊加工(5和8),之后才能形成连续的很多和相邻的间隔线,它们彼此形成一个切削表面,然后通过一系列的导向轮使金刚线全部回收到收线轮上,两个处理辊通过同步带轮由一个主电机控制,使两个处理过程中辊正向和反向交替操作,同时通过一根金刚线,一个收放线电机绕组电机,两个张力控制电机,两个绕组电机和升降台控制电机工作协调运动,使钢丝逐渐从线轮转移到收线轮,并使硅棒从下向上运动,使其余仪器上方的金刚线相接触，完成切片硅棒的切割。这样每台单晶硅截断机一次性可以将硅棒切成成百上千块,每个厚度只有0.18毫米。
5.2张力波动的原因
单晶硅截断机张力控制系统是一个多线切割机，关键技术和下面的图5-2中以直线上的张紧轮10为例来说明张力波动的原因，张力控制结构如图5-2所示。
V2
V1

图5-2张力控制结构
Fig.5-2 The tension control structure
由图5-2可得
（5-1）
式中V—代表摆动的角速度大小
w—代表摆杆的线速度大小
L—代表摆杆的距离大小
v1—代表加工辊侧的线速度大小
v2—代表收线侧的角速度大小
如果不计摩擦力的大小，张力摆杆的运动方程将会是：
（5-2）
式中F—钢丝线的张力
M—张力电动机的输出转矩
J—张力电动机的转动惯量
由式(2)变形可得
（5-3）
结合方程式(1)、(3)并分析数据可知，张力F大小的波动是因为式(3)第二项的波动所引起的，它包括以下两个部分。
（1）J／2L ：在尽量满足力学性能稳定的要求下选择最小的u，和最大的 L,可以使得这部分的数值缓慢下降到一定程度，这样就可以达到减小张力波动的效果，在确定之后就可以不再发生改变 。
（2）dv／dt ：减小张力的波动意义简单来说就是控制反馈张力摆杆的两边的加工辊主同步伺服电动机和同步伺服放线电动机的线速度差的变化大小，就是为了能让加工辊同步伺服主电动机和同步伺服控制器放线电动机大小波动相同。
5.3张力控制系统
5.3.1 张力控制系统的设计
同步伺服控制器张力控制系统的设计如图5-3所示。
7

SERCOS总线

S2
S5
S4
S3
S1

D3
D2
D1
D4
D5

3

1
5和6
2
4

图5-3张力控制系统设计
Fig.5-3 Design of tension control system
包括一个同步伺服控制器收线电机、一个同步伺服控制器放线电机、两个同步伺服控制器张力电机、一个同步伺服控制器主电机和一个同步伺服控制运动控制器。
同步伺服控制运动控制器和伺服系统选用施贝加莱公司生产的控制器。同步伺服控制器运动控制器通过SERCOS总线控制各个同步伺服控制器电动机的运动，对张力同步伺服控制器电动机实行转矩控制来施加张力，同时通过调整收放线同步伺服控制器电动机和同步伺服控制器主同步伺服电动机的同步运动来间接控制金刚线的张力大小。
5.3.2 基于相邻轴误差的同步伺服电机同步控制系统设计方法
同步伺服电机同步控制需要实现同步伺服直线电机的同步运动，同步伺服直线电机和主同步伺服电机。为了更加明确的了解以下下标1表示同步伺服直线电机，下标2表示主同步伺服电机，下标3表示同步伺服直线电动机。同步伺服电机的运动方程式忽视了内部干扰因素它的定义如下
（5-4）
式中 Wi(t)—第 i轴的角速度
Ji—第 i轴的转动惯量
Ci—第i轴的非线性系数
Mi—第 i轴的输入转矩
定义第i轴的实际线速度大小跟踪差为
（5-5）
式中 Wi(t)—第i轴的实际角速度大小
邻近同步伺服轴的线速度异步误差为
（5-6）
同步伺服控制电机同步控制的意义是根据跟踪差EI(T)和F(T)同步误差ε0。
5.3.3同步伺服控制电机同步控制方案的设计
同步伺服轴控制不仅控制轴跟踪误差，而且还控制F和I + 1同步伺服轴同步运动，所以引入相邻轴误差EI(T)的概念，它包括跟踪错误EI(T)和同步误差E(T)，EI(T)的定义
（5-7）
式中，α是一个正的系数。

图5-4Multi伺服供电
Figure 5-4 multi servo power supply

定义误差控制量
（5-8）
式中，β是一个正的系数。
可以使设计控制矩Mi的值使得hi(t)位于滑动模面上，则ei(t)和ēi(t)将接近于零，那么ei(t) 和ēi(t)也将接近于零,达到同步伺服电机同步的效果。
定义积分滑模面
（5-9）
设计控制转矩为

（5-10）
式中,Kr和Ks为正的系数 。
主轴的控制框图如图4所示。多电机同步控制方法基于相邻轴误差趋近于零的通过控制跟踪误差和同步误差,简化了多个电机之间的关系,实现多电机的同步运动。
为了定量的准确对比这几种伺服控制方法的产生的数据，下面用公式来准确计算张力的静差大小和波动幅度两个参数。

静态率作为评价系统稳定的性能的一个标志,它的计算公式如下
（5-11）
式中，Ft为张力参考值 。
从表1计算:使用PID张力控制,静态滑= 8.2%,波动率= 8.24%；使用该控制方法,静态滑= 1.91%,波动率= 1.92%，达到了降低波动率的作用。

6 结论与展望
本次毕业设计以GX-MBCM-30类型单晶硅截断机为例，对单晶硅截断机的控制系统做了初步的设计，控制系统主要指对截断机的收放线伺服电机为例，运用显示屏的操作画面对单晶硅截断机的张力控制系统进行调节。
通过对张力传感器反馈回PLC的信号进行分析，可以的出系统在运行过程中金刚线的实时张力大小，并收集处理反馈信号，当信号出现异常时，系统就会自动报警并停止工作，并在显示屏上提示错误的代码和原因，以便于调试人员对设备进行检查维修。
单晶硅截断机包括机械部分、切割部分、收放线驱动部分、网框部分、张力控制喷淋系统、废料回收系统。本设计针对以上6部分分别作了设计和介绍，并说明了每部分的作用。
在实际的切割单晶硅过程中发现本次毕业设计还有很多不足的地方，导致在切割过程中经常断线，说明张力控制还需要改进，还有可能就是金刚线本身的质量不好，某些位置存在裂痕等问题。
随着太阳能产业的不断发展，以后对硅片的需求也会不断增加，因此本次毕业设计有着很高的经济价值和发展潜力，答辩结束并不代表我的研究课题到此为止，我会在日后的工作中不断地对我的控制系统进行调整修改，争取早日达到硅片的生产要求。切割出完美的硅片。

目　录
第一章 可行性研究报告概述 1
1.1项目名称 1
1.2项目承担单位 1
1.3项目建设地点 1
1.4可研报告编制单位 1
1.5项目概述及主要经济技术指标 1
第二章 编制目的、依据、原则和范围 5
2.1编制目的 5
2.2编制依据 5
2.3编制原则 5
2.4可行性研究的范围 6
第三章 建设的必要性 7
3.1符合国家“十一五”规划纲要和循环经济要求 7
3.2环境保护和节能降耗的需要 8
3.3企业可持续发展的需要 9
第四章 项目建设条件 10
4.1主体工程概况 10
4.2厂址选择 12
4.3公用设施及社会依托条件 12
第五章 改造规模与产品方案 15
5.1改造规模 15
5.2生产方案 15
第六章 生产设备节电技改方案 16
6.1企业能耗现状分析 16
6.2改造设备运行参数 16
6.3技术方案、设备方案 17
6.4项目建议改造方案 22
6.5消耗定额 25
6.6小结 25
第七章 项目实施机构和项目法人 28
7.1项目实施机构 28
7.2项目法人 28
第八章 环境保护 28
第八章 环境保护 29
第九章 社会经济效益 31
9.1环境效益 31
9.2社会效益 31
第十章 节约和合理利用能源 33
10.1节能依据及标准 33
10.2节能设计原则 33
10.3能耗分析 33
10.4节能措施及节能效果分析 34
第十一章 环境安全与劳动保护 35
11.1安全 35
11.2劳动保护 36
第十二章 生产管理与人员编制 38
12.1生产管理 38
12.2人员编制 38
第十三章 项目实施进度 39
13.1 建设工期 39
13.2 项目实施时期各阶段进度建议 39
第十四章 项目招标方案 41
第十五章 投资估算及资金筹措 42
15.1投资估算 42
15.2资金筹措 43
第十六章 经济评价 44
16.1项目周期 44
16.2成本参数 44
16.3损益类参数 44
16.4经济评价结果 45
第十七章 结论 47
17.1结论意见及总的评价、存在的问题和建议 47

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