0引 言

太陽能光伏發電是解決能源問題和降低碳排 放量的重要途徑。太陽能矽片目前常規的切割方 法主要有內圓切割(ID saw)、電火花切割 (WEDM)和多線切割(Multi-wire SaW)。內圓切割 效率低、損耗大、切片質量差，不能滿足市場日益 增加的太陽能矽片需求；電火花切割切片質量好， 但一次隻能切割一片，效率較低，雖有多線電火花 切割的研究報告…，但還未產業化；多線切割機可 一次切割幾百甚至幾千片、切片質量好已成為太 陽能矽片切割的主要裝備。 國內科研機構和企業的研究成果多集中在中 小型多線切割機，大型多線切割機製造難度大、控 製係統複雜，全球市場被瑞士和日本幾個大型企 業壟斷。開發自主知識產權的大型多線切割機， 降低生產成本是我國太陽能光伏產業的迫切需 求。大型太陽能矽片多線切割機張力控製技術直 接影響切片質量和效率，在高速運行的係統下保 持張力恒定是其設計成敗的核心技術。本文分析 了國內現有中小型多線切割機的不足，從機械機 構和控製策略兩個方麵提出大型太陽能矽片多線 切割機張力控製的改進方法。

1大型多線切割機張力係統分析

大型多線切割機不是中小型多線切割機的簡單 放大，國產某款中型多線切割機和瑞士某公司生產的DS271大型多線切割機的 參數比較。 多線切割機的整個工作過程中張力必須保持恒 定，張力過大會引起斷線，張力過d,貝wl切割效率低 下。若張力波動劇烈會使得加工出的太陽能矽片有 表麵損傷(細微裂紋、線鋸印記)和形貌缺陷(彎曲、 凹凸、厚薄不均)，增加後續工作的難度。 小型多線切割機采用重錘保持張力恒定，張力等於重錘重量，隻要重錘的質量不發生變化，張力值 就不會變化。重錘由生產廠家配置，數量有限。在 切片速度和質量要求較低的情況下(某些磁性材料 切割)，這種方式是允許的。由於張力的精確設置 必須跟金屬絲的線徑、係統走線速度以及工件台的 運動速度相匹配，即使增加重錘的數量也無法滿足 張力精確設定的需求。改進的方式是使用伺服電機 代替重錘。張力擺杠使用伺服電機恒轉矩控製。張 力可在伺服電機允許的範圍內任意設定，而且調節 方便。這是多線切割機張力控製的一次較大進步， 中型多線切割機多采用這種方式。目前的中型多線切割機使用平行的張力擺杆， 這種方式的實際張力等於伺服電機的轉矩值除以張 力擺杆長度再加上張力擺杆的重力，存在設置張力 與實際張力不符的問題，特別是當張力擺杆偏移平 衡位置時，張力擺杆的重力垂直分量發生變化，進而 會引起張力波動。大型多線切割機改進的方法是用 垂直的張力擺杆代替平行的張力擺杆，重新設計走 線係統，使得張力擺杆的重力對張力的影響最小。張力 控製對象包括主軸電機(2個)、收放線輪電機和 張力電機(2個)。張力控製目標是保持係統線速 度一致，張力恒定，波動幅度小。此處線速度一致 不表示主軸和收放線輪的線速度完全相等，實際 上，切割過程中隨著工件台的下降，金剛石線切割 麵會慢慢彎曲，與水平麵形成一個夾角口，夾角口的形成一方麵能增加張力的垂直分 量，提高切割效率，另一方麵造成收放線輪的線速度 與主軸的線速度不相同。這時張力控製的目標轉為 收放線輪跟隨主軸，保持張力擺杆波動的幅度和頻 率最小。

2具有初始狀態的閉環迭代K8凯发大酒店天生赢家控製

迭代K8凯发大酒店天生赢家控製是Arimoto S等舊1於1984年提出 的一種智能控製理論。開環迭代K8凯发大酒店天生赢家算法是指當前 輸入M川(t)，僅是由上一次輸入u。(t)和上一次輸 出誤差e。(t)組合而成，並未使用當前輸出誤差 e，加載曲線表明，係統的抗幹擾能力較差。 雖然係統本身有閉環負反饋，但從迭代K8凯发大酒店天生赢家控製算 法上看，這相當於一種開環控製。閉環控製能提高 係統的抗幹擾能力，抑製係統內部的不確定性和非 線性。所以，使用輸出誤差“新的”信息e㈧(t)構 成閉環迭代K8凯发大酒店天生赢家控製算法。迭代K8凯发大酒店天生赢家控製的初始條 件是指在每次迭代開始時，為保證控製係統的收斂 性，對係統迭代初始點的重複定位操作所限定的 條件首先設定係統期望線速度，兩個主軸的速度 與期望速度相同，收放線輪跟隨主軸速度，兩個張 力擺杆的偏移角度分別反應收放線輪跟蹤主軸的 線速度誤差(考慮切割麵與水平夾角)。同時在收 線側和放線側加裝張力傳感器，將張力的波動幅 度和頻率傳給控製器。收放線輪半徑是實時變化 的，同時由於排線器的存在，使得機器工作時收放 線輪進線口和出線口位置不同，對係統線速度有 非線性影響，該係統是典型的非線性時變係統。 幹擾主要來自高速往返運動中換向瞬間的間隙和 粘滯摩擦係數變化

3試驗

控製器采用日本安 川的MP2300，電機和伺服驅動均采用日本安川的 ∑V係列產品。張力傳感器采用用瑞士某公司 RMGZl21A，金剛石線直徑0．3mm，主軸運行線速度 900m／min，張力設定值為30N。

3.1本文算法與傳統PID算法比較

為對比本文使用的控製算法，在相同條件下，使 用傳統PID控製算法進行張力控製，誤差仍為張力 擺杆偏移垂直位置的角度。調整PID算法的3個參 數，使之達到張力擺杆波動最小。記錄收線輪線速 度和收線側張力擺杆的實時位置數據(放線輪和放 線側的張力擺杆數據與之類似)。 具有初態閉環迭代K8凯发大酒店天生赢家控製算法結果， 平均迭代次數為4。 線速度都有波動，這是由於金剛石線切割麵與水 平位置的夾角口造成，但閉環迭代K8凯发大酒店天生赢家控製算法 的收線輪線速度波動較小。PID控製下張力擺杆 的波動範圍在-2，-4。，而在本文提出的控製算 法下，張力擺杆的波動範圍在-1，-2。，明顯優於 PID控製。

3．2試驗樣機與瑞士Meyer Burger的DS271相 比較 對兩種機型分別做試驗所用的參數見表2。從 表2可看出，試驗樣機的最高線速度略低於DS271， 切片質量相差較小，但切割前K8凯发大酒店天生赢家時間明顯優於 DS271(注：K8凯发大酒店天生赢家時間是指正式切割前的機器低速運 行，用於控製器調整更新當前參數)。DS271的K8凯发大酒店天生赢家 時間過長會造成效率低、昂貴的金剛石線浪費的 現象。

4 結 論

提出了具有初始狀態的閉環迭代K8凯发大酒店天生赢家張力控製 算法，為國產大型太陽能矽片多線切割機的張力控 製提供較好的解決方案。

1)分析了中小型多線切割機張力設定不精確 的原因，用垂直的張力擺杆代替水平張力擺杆，重新 設計走線係統，得到大型太陽能矽片張力控製係統 機械結構；

2)綜合考慮大型多線切割機的結構特點和控 製器的運算特點，提出具有初始條件的閉環迭代學 習張力控製算法，較好地解決了係統中存在的收放 線輪半徑變化和排線器出線位置不同等非線性時變 問題；

3)試驗表明，該算法優於傳統PID控製，個別 指標超過國外大型太陽能矽片多線切割機的性能指 標，同時對需要張力控製的其他機械和工程具有參 考價值。

本文源於網絡轉載，如有侵權，請聯係刪除