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山核桃又名核桃楸、胡桃楸，高達(dá)10?20 m,胸徑30? 60 cm,具有極高的營養(yǎng)價值和口感，適生于腐殖質(zhì)豐富的山谷或山麓疏林中，海拔平均為400?1 200 m,在中國主要產(chǎn) 于浙皖交界處山區(qū)，如臨安、寧國等地⑴。目前市場上加工 后的山核桃存貯期僅有春節(jié)前后3?5個月，未經(jīng)破殼取仁 深加工的山核桃不易于食用，口感差且售價低，而經(jīng)深加工 后的山核桃仁食用方便且口感更佳，在市場上廣受消費(fèi)者青 睞，廠家也更傾向于出售精包裝后的山核桃仁，售價可達(dá) 320?400元/kgA門。所以對包裝機(jī)的定量精度與速度的要 求也越來越高。

在對山核桃仁進(jìn)行自動包裝過程中，包裝機(jī)往往會由于 拉膜、送膜桿位置不適當(dāng)、袋膜受力不均勻⑴、拉膜速度與縱 封、橫封、切斷處的瞬時速度不一致等原因，導(dǎo)致包裝袋膜無 法保持直線運(yùn)動，也就是袋膜中心線偏離系統(tǒng)設(shè)定的中心 線,工程上稱作袋膜跑偏現(xiàn)象［6一7」。跑偏嚴(yán)重時會引起包裝 袋封邊不齊整、褶皺、漏氣、袋子尺寸不符標(biāo)準(zhǔn)等質(zhì)量問題， 還會造成包裝袋膜與制袋成型器卡死,無法正常工作［8~9\

目前工業(yè)生產(chǎn)線中類似的物料傳輸位置跑偏問題，主要的解決辦法是采用糾偏控制，其在農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化推廣過程 中已被廣泛應(yīng)用，如無人機(jī)滑跑、帶鋼材料收卷、布袋纏繞、 起重機(jī)啃軌等領(lǐng)域，糾偏方式主要為電感式與紅外線式2 種口°一財(cái)。但目前山核桃仁包裝機(jī)還未將糾偏控制系統(tǒng)引 入，僅依靠機(jī)械的調(diào)控難以實(shí)現(xiàn)高精度糾偏口幻。為避免袋 膜跑偏對山核桃仁外觀與質(zhì)量造成影響，本研究基于模糊控 制原理提岀了自動檢測袋膜偏移量的智能糾偏控制方案，可 廣泛應(yīng)用于同類型包裝機(jī)。

1跑偏原因與糾偏可行性分析

1.1包裝機(jī)拉膜機(jī)構(gòu)

小袋山核桃仁包裝機(jī)整個工作過程主要由給料機(jī)構(gòu)、拉 膜機(jī)構(gòu)、縱封橫封機(jī)構(gòu)、切斷機(jī)構(gòu)等配合電氣控制部分完成， 其中拉膜機(jī)構(gòu)包括了放膜桿、壓膜桿、打碼機(jī)、傳感器等機(jī) 構(gòu)，見圖1。電機(jī)提供動力輸出，帶動主動送膜桿進(jìn)行送膜， 配合壓膜桿使袋膜具有一定的張力，保證袋膜表面平整和均 勻輸送。

1.2.1送膜桿制造誤差與安裝誤差的影響送膜桿導(dǎo)致跑 偏的原因主要有2種：①由于外圓圓柱度的誤差使輻子表 面呈現(xiàn)類似錐形形狀，受牽引力F作用影響，造成輸送過程 中袋膜兩側(cè)的摩擦阻力差別較大，產(chǎn)生橫向偏移力F,.，進(jìn)而 使得袋膜向著所受摩擦阻力較大的一側(cè)跑偏口習(xí)，見圖2； ②由于安裝水平度的誤差使輯子有一定傾斜，在牽引力F 和最小靜摩擦力/作用下，產(chǎn)生橫向偏移力F..,導(dǎo)致袋膜向 著偏向于輸送正方向一側(cè)跑偏，見圖3O

1.2.2落料位置及方向的影響 如圖4所示，若山核桃仁的 落料位置始終相對于包裝袋的中心線有較大偏差，導(dǎo)致袋膜 輸送過程中受到偏向一側(cè)的沖擊力，會使袋膜產(chǎn)生同向的跑 偏，且山核桃仁重量越大,造成的沖量影響越大口”。

1.2.3袋膜張力分布不均勻的影響為抑制山核桃仁油脂 氧化的次級產(chǎn)物生成，大部分的包裝袋膜都是釆用PE聚乙 烯塑料纖維材料，而塑料袋膜往往存在厚度不均的現(xiàn)象，導(dǎo)致袋膜與放膜、送膜桿接觸表面不同位置的摩擦系數(shù)各不相 同；另外在一定拉力的作用下塑料纖維式的袋膜會產(chǎn)生形變，

而且由于各處張力分布不均勻也會使得形變大小不一，從而 影響袋膜的跑偏口宀成。所以袋膜輸送過程中要控制張力的 大小.保證送膜的平整性與均勻性，一般通過調(diào)整拉膜速度 和壓膜桿位置來實(shí)現(xiàn)。綜上所述，在山核桃仁包裝機(jī)工作過程中，影響輸送袋 膜跑偏因素較多，理論上要同時保證送膜、放膜、壓膜桿的安 裝精度和制造精度，以及袋膜材料的張力均勻性都達(dá)到理想 狀態(tài)，幾乎是不可能的，而且還要考慮不同包裝對象在包裝 工藝上的客觀影響。因此包裝機(jī)拉膜過程中出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象 是很難避免的，只能通過在控制方法上的改進(jìn)逐漸減小袋膜跑偏量，控制其在允許范圍內(nèi)，最終達(dá)到產(chǎn)品包裝要求。

1.3糾偏模型與可行性分析

送膜桿或糾偏輻的水平度對袋膜輸送的平整性有著較 大的影響，且袋膜總向著偏向于輸送正方向一側(cè)跑偏。因 此,完全可以通過調(diào)整糾偏輻的傾斜度進(jìn)行糾偏控制.拉膜 機(jī)構(gòu)工作過程中袋膜偏向哪一側(cè)，糾偏視就向相反的另一側(cè) 調(diào)整一定的角度。

2總體控制方案設(shè)計(jì)

2.1糾偏模糊控制工作原理

糾偏控制系統(tǒng)主要由糾偏控制器、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 3個部分組成。安裝在包裝薄膜的邊緣位置的CCD傳感器 檢測出薄膜與設(shè)定中心線偏離的大小，將位移位置變化的偏 差量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)放大后輸入模糊PID控制器，利用 模糊控制規(guī)則在線修改PID參數(shù)，滿足不同時刻輸入量對 PID參數(shù)自整定的要求，控制系統(tǒng)對信號進(jìn)行分析處理發(fā)送 糾偏信號到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)檢測的偏移量大于設(shè)定誤差范圍 時，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)和機(jī)械傳動裝置進(jìn)行糾偏①一⑼。

2.2包裝機(jī)糾偏模糊控制方案

結(jié)合小袋山核桃仁包裝機(jī)的工作特點(diǎn)，袋膜位置受包裝 重量和拉膜速度等干擾因素的影響不斷改變，且變化頻率 高，不易定量表示。因此采用模糊自適應(yīng)PID進(jìn)行糾偏控 制，設(shè)定固定位置和允許跑偏范圍，通過CCD傳感器檢測袋 膜邊緣位置變化量，將位置偏差和偏差變化率反饋到糾偏模 糊控制器的輸入端，然后由Lab VIEW ±位機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng) 的實(shí)際響應(yīng)情況，運(yùn)用模糊推理，實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)的最佳調(diào) 整，同時模糊控制器輸出脈沖信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行糾偏， 構(gòu)成一個閉環(huán)控制回路.使袋膜的輸送位置始終處在穩(wěn)定的 范圍內(nèi)，保證下一環(huán)節(jié)封合機(jī)構(gòu)動作時效果達(dá)到最佳31汨。

5結(jié)論

分析了山核桃仁包裝機(jī)拉膜機(jī)構(gòu)工作過程中袋膜輸送 出現(xiàn)跑偏的原因，從理論上闡述了袋膜糾偏的可行性，并設(shè) 計(jì)了有針對性的小袋山核桃仁包裝機(jī)拉膜機(jī)構(gòu)糾偏模型。 針對袋膜輸送過程中產(chǎn)生的時變參數(shù)，提出了糾偏模糊控制 方案，建立了相應(yīng)的隸屬函數(shù)模型和模糊控制規(guī)則，并利用 LabVIEW軟件進(jìn)行輸出效果測試，結(jié)果表明通過糾偏模糊 控制得到的偏移量變化曲線，基本沒有超調(diào)量且穩(wěn)定性高。 利用改進(jìn)的山核桃仁包裝機(jī)在不同條件下進(jìn)行分組試驗(yàn)，驗(yàn) 證了仿真結(jié)果的正確性，該糾偏模糊控制系統(tǒng)的糾偏精度最 高達(dá)到0.52 mm,使包裝效果得到明顯改善。

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