山核桃又名核桃楸、胡桃楸，高达10〜20 m,胸径30〜 60 cm,具有极高的营养价值和口感，适生于腐殖质丰富的山谷或山麓疏林中，海拔平均为400〜1 200 m,在中国主要产 于浙皖交界处山区，如临安、宁国等地⑴。目前市场上加工 后的山核桃存贮期仅有春节前后3〜5个月，未经破壳取仁 深加工的山核桃不易于食用，口感差且售价低，而经深加工 后的山核桃仁食用方便且口感更佳，在市场上广受消费者青 睐，厂家也更倾向于出售精包装后的山核桃仁，售价可达 320〜400元/kgA门。所以对包装机的定量精度与速度的要 求也越来越高。

在对山核桃仁进行自动包装过程中，包装机往往会由于 拉膜、送膜杆位置不适当、袋膜受力不均匀⑴、拉膜速度与纵 封、横封、切断处的瞬时速度不一致等原因，导致包装袋膜无 法保持直线运动，也就是袋膜中心线偏离系统设定的中心 线,工程上称作袋膜跑偏现象［6一7」。跑偏严重时会引起包装 袋封边不齐整、褶皱、漏气、袋子尺寸不符标准等质量问题， 还会造成包装袋膜与制袋成型器卡死,无法正常工作［8~9\

目前工业生产线中类似的物料传输位置跑偏问题，主要的解决办法是采用纠偏控制，其在农业机械智能化推广过程 中已被广泛应用，如无人机滑跑、带钢材料收卷、布袋缠绕、 起重机啃轨等领域，纠偏方式主要为电感式与红外线式2 种口°一財。但目前山核桃仁包装机还未将纠偏控制系统引 入，仅依靠机械的调控难以实现高精度纠偏口幻。为避免袋 膜跑偏对山核桃仁外观与质量造成影响，本研究基于模糊控 制原理提岀了自动检测袋膜偏移量的智能纠偏控制方案，可 广泛应用于同类型包装机。

1跑偏原因与纠偏可行性分析

1.1包装机拉膜机构

小袋山核桃仁包装机整个工作过程主要由给料机构、拉 膜机构、纵封横封机构、切断机构等配合电气控制部分完成， 其中拉膜机构包括了放膜杆、压膜杆、打码机、传感器等机 构，见图1。电机提供动力输出，带动主动送膜杆进行送膜， 配合压膜杆使袋膜具有一定的张力，保证袋膜表面平整和均 匀输送。

1.2.1送膜杆制造误差与安装误差的影响送膜杆导致跑 偏的原因主要有2种：①由于外圆圆柱度的误差使辐子表 面呈现类似锥形形状，受牵引力F作用影响，造成输送过程 中袋膜两侧的摩擦阻力差别较大，产生横向偏移力F,.，进而 使得袋膜向着所受摩擦阻力较大的一侧跑偏口习，见图2； ②由于安装水平度的误差使辑子有一定倾斜，在牵引力F 和最小静摩擦力/作用下，产生横向偏移力F..,导致袋膜向 着偏向于输送正方向一侧跑偏，见图3O

1.2.2落料位置及方向的影响 如图4所示，若山核桃仁的 落料位置始终相对于包装袋的中心线有较大偏差，导致袋膜 输送过程中受到偏向一侧的冲击力，会使袋膜产生同向的跑 偏，且山核桃仁重量越大,造成的冲量影响越大口”。

1.2.3袋膜张力分布不均匀的影响为抑制山核桃仁油脂 氧化的次级产物生成，大部分的包装袋膜都是釆用PE聚乙 烯塑料纤维材料，而塑料袋膜往往存在厚度不均的现象，导致袋膜与放膜、送膜杆接触表面不同位置的摩擦系数各不相 同；另外在一定拉力的作用下塑料纤维式的袋膜会产生形变，

而且由于各处张力分布不均匀也会使得形变大小不一，从而 影响袋膜的跑偏口宀成。所以袋膜输送过程中要控制张力的 大小.保证送膜的平整性与均匀性，一般通过调整拉膜速度 和压膜杆位置来实现。综上所述，在山核桃仁包装机工作过程中，影响输送袋 膜跑偏因素较多，理论上要同时保证送膜、放膜、压膜杆的安 装精度和制造精度，以及袋膜材料的张力均匀性都达到理想 状态，几乎是不可能的，而且还要考虑不同包装对象在包装 工艺上的客观影响。因此包装机拉膜过程中出现跑偏现象 是很难避免的，只能通过在控制方法上的改进逐渐减小袋膜跑偏量，控制其在允许范围内，最终达到产品包装要求。

1.3纠偏模型与可行性分析

送膜杆或纠偏辐的水平度对袋膜输送的平整性有着较 大的影响，且袋膜总向着偏向于输送正方向一侧跑偏。因 此,完全可以通过调整纠偏辐的倾斜度进行纠偏控制.拉膜 机构工作过程中袋膜偏向哪一侧，纠偏視就向相反的另一侧 调整一定的角度。

2总体控制方案设计

2.1纠偏模糊控制工作原理

纠偏控制系统主要由纠偏控制器、传感器和执行机构 3个部分组成。安装在包装薄膜的边缘位置的CCD传感器 检测出薄膜与设定中心线偏离的大小，将位移位置变化的偏 差量进行A/D转换，再经放大后输入模糊PID控制器，利用 模糊控制规则在线修改PID参数，满足不同时刻输入量对 PID参数自整定的要求，控制系统对信号进行分析处理发送 纠偏信号到执行机构，当检测的偏移量大于设定误差范围 时，驱动步进电机和机械传动装置进行纠偏①一⑼。

2.2包装机纠偏模糊控制方案

结合小袋山核桃仁包装机的工作特点，袋膜位置受包装 重量和拉膜速度等干扰因素的影响不断改变，且变化频率 高，不易定量表示。因此采用模糊自适应PID进行纠偏控 制，设定固定位置和允许跑偏范围，通过CCD传感器检测袋 膜边缘位置变化量，将位置偏差和偏差变化率反馈到纠偏模 糊控制器的输入端，然后由Lab VIEW ±位机根据控制系统 的实际响应情况，运用模糊推理，实现对PID参数的最佳调 整，同时模糊控制器输出脉冲信号控制执行机构进行纠偏， 构成一个闭环控制回路.使袋膜的输送位置始终处在稳定的 范围内，保证下一环节封合机构动作时效果达到最佳31汨。

5结论

分析了山核桃仁包装机拉膜机构工作过程中袋膜输送 出现跑偏的原因，从理论上阐述了袋膜纠偏的可行性，并设 计了有针对性的小袋山核桃仁包装机拉膜机构纠偏模型。 针对袋膜输送过程中产生的时变参数，提出了纠偏模糊控制 方案，建立了相应的隶属函数模型和模糊控制规则，并利用 LabVIEW软件进行输出效果测试，结果表明通过纠偏模糊 控制得到的偏移量变化曲线，基本没有超调量且稳定性高。 利用改进的山核桃仁包装机在不同条件下进行分组试验，验 证了仿真结果的正确性，该纠偏模糊控制系统的纠偏精度最 高达到0.52 mm,使包装效果得到明显改善。

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