CN101782760B - 由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法 - Google Patents
由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法，首先对伺服电机加速度控制，对加速度的上升斜率和下降斜率进行限制，使加速度不产生阶跃；低速时伺服电机加减速控制，保证机头在低速时具有良好的机械性能；而在高速减速时进行加快减速处理，其在伺服控制器中增加一个减速前馈，在PI调节器中增加减速前馈处理标志，当速度大于某一值时并且在进行减速时，设置该标志位，由PI调节器根据减速前馈标志来增加相应的减速前馈；同时对输入伺服控制器的速度指令进行可变频率的低通滤波控制，使输入信号平滑并减少干扰；本方法减少了电脑横机在作往复运动过程中的抖动，增加了机头的调头反应速度，提高了电脑横机运行的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法。
背景技术
电脑横机是针织行业中技术含量较高的机械设备，它集成了大量的数字开关量控制、电子驱动、机械机构、电机驱动等技术，可以编织非常复杂的手摇横机无法完成的衣片组织。伺服控制器通过光电编码器检测电机的速度反馈，电脑主机通过脉冲给伺服控制器进行速度给定，伺服控制器通过接受电脑主机的脉冲计算出脉冲频率，计算出对应的速度给定。
电脑横机是一种高精密加工设备，负载惯量大，需要快速加减速和正反向运行。其中机头的运动影响到一千多根织针的动作，速度的平稳性和实时性都要求很高。伺服控制器是接受上位机的脉冲指令驱动电机运动的执行机构。传统伺服控制器由于没有根据电脑横机的动作原理作特殊处理，机头运动时存在抖动和机头调头较慢的现象，影响了电脑横机的正常运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法，利用本方法减少了电脑横机在作往复运动过程中的抖动，增加了电脑横机机头的调头反应速度，提高了电脑横机运行的稳定性和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法包括如下步骤：
步骤一、对电脑横机的伺服电机加速度控制，对加速度的上升斜率和下降斜率进行限制，使加速度不产生阶跃，保证机头在加减速运动时的加速度是一个可控的理想曲线，在自动伺服控制器中设定当前的速度给定与上一次速度给定之差不大于C1，
当V2-V2(n-1)＞C1则V2(n)＝V2(n-1)+C1
当V2-V2(n-1)＜-C1则V2(n)＝V2(n-1)-C1
式中：V2为电脑横机当前的速度给定，
V2(n)为伺服控制器当前的速度设定，
V2(n-1)为伺服控制器上一次的速度设定，
C1为根据电脑横机设定的一个常数；
步骤二、电脑横机低速时，伺服电机加减速控制，保证机头在低速时具有良好的机械性能，当速度低于某一值时，计算此时的最大加减速度差，用该最大加减速度差对电脑横机速度进行限幅，
当电脑横机速度的绝对值小于V1时，最大加减速度差C2＝Vr*Vr/C3
式中：Vr为电脑横机当前速度，
C3为根据自动伺服控制器设定的常数，
V1为根据自动伺服控制器设置的速度常量，
当电脑横机速度的绝对值大于等于V1时，最大加减速度差C2为根据自动伺服控制器和伺服电机速度设定的常量，
根据上述所得C2，计算出伺服控制器当前的速度设定
当V3-V3(n-1)＞C2 则V3(n)＝V3(n-1)+C2
当V3-V3(n-1)＜-C2 则V3(n)＝V3(n-1)-C2
式中：V3为电脑横机当前的速度给定，
V3(n)为伺服控制器当前的速度设定，
V3(n-1)为伺服控制器上一次的速度设定；
步骤三、当电脑横机高速减速时进行加快减速处理，在伺服控制器中增加一个减速前馈，在PI调节器中增加减速前馈处理标志，当速度大于某一值时并且在进行减速时，设置减速前馈处理标志，由PI调节器根据减速前馈处理标志来增加相应的减速前馈，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk大于V1时并且电机减速时，设定运算开关量Flag＝1，则伺服控制器速度环的速度输出V4(n)设定为：
V4(n)＝V4(n-1)+Kp*(E-E0)+Ki*E+k2*(V4-V4(n-1))
当伺服控制器的速度反馈Vfbk小于等于V1时或Vfbk大于V1且电机不减速时，设定运算开关量Flag＝0，则伺服控制器速度环的速度输出V4(n)设定为：
V4(n)＝V4(n-1)+Kp*(E-EO)+Ki*E+k1*(V4-V4(n-1))
上述两式中：
V4为电脑主机通过脉冲给伺服控制器的频率速度给定，
E＝V4-Vfbk，E0为E的上一次值，Kp和Ki为积分器常量，k1和k2为前馈比例因子，V4(n-1)为伺服控制器速度环的上一次速度输出设定；
步骤四、对输入伺服控制器的速度指令进行可变频率的低通滤波控制，使输入信号平滑，减少外部信号干扰和传输干扰，当电脑横机速度低于某一个值时，对低通滤波的低通频率进行变化，改变低通滤波器的通过频率，减缓电脑横机低速或转向调头时的启动振动，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk大于等于C时，C为系统设定的一个速度常量，设定伺服控制器速度环的速度输出V5(n)为：
V5(n)＝Ka*V5+Kb*V5(n-1)
式中Ka和Kb为常数，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk小于C时，设定伺服控制器速度环的速度输出V5(n)为：
V5(n)＝Kc*V5+(1-Kc)*V5(n-1)
式中：Kc＝K3+abs(Vfbk)*K4式中K3，K4为常数，abs(Vfbk)为取绝对数函数，
V5为电脑主机通过脉冲给伺服控制器的频率速度给定，
V5(n-1)为伺服控制器速度环的上一次速度输出设定。
由于本发明由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法采用了上述技术方案，即对电脑横机的伺服电机加速度控制，对加速度的上升斜率和下降斜率进行限制，使加速度不产生阶跃；电脑横机低速时，伺服电机加减速控制，保证机头在低速时具有良好的机械性能；而当电脑横机高速减速时进行加快减速处理，其在伺服控制器中增加一个减速前馈，在PI调节器中增加减速前馈处理标志，当速度大于某一值时并且在进行减速时，设置该标志位，由PI调节器根据减速前馈标志来增加相应的减速前馈；同时对输入伺服控制器的速度指令进行可变频率的低通滤波控制，使输入信号平滑，减少外部信号干扰和传输干扰；利用本方法减少了电脑横机在作往复运动过程中的抖动，增加了电脑横机机头的调头反应速度，提高了电脑横机运行的稳定性和可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本方法中速度前馈处理的控制框图，
图2为本方法中速度指令可变频率低通滤波的控制框图。
具体实施方式
本发明由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法包括如下步骤：
步骤一、对电脑横机的伺服电机加速度控制，对加速度的上升斜率和下降斜率进行限制，使加速度不产生阶跃，相当于给电机一个逐步增加的力，使机械性能平稳，减少抖动。保证机头在加减速运动时的加速度是一个可控的理想曲线，在自动伺服控制器中设定当前的速度给定与上一次速度给定之差不大于C1，
当V2-V2(n-1)＞C1 则V2(n)＝V2(n-1)+C1
当V2-V2(n-1)＜-C1 则V2(n)＝V2(n-1)-C1
式中：V2为电脑横机当前的速度给定，
V2(n)为伺服控制器当前的速度设定，
V2(n-1)为伺服控制器上一次的速度设定，
C1为根据电脑横机设定的一个常数；
步骤二、电脑横机低速时，伺服电机加减速控制，保证机头在低速时具有良好的机械性能，当速度低于某一值时，计算此时的最大加减速度差，用该最大加减速度差对电脑横机速度进行限幅，
当电脑横机速度的绝对值小于V1时，最大加减速度差C2＝Vr*Vr/C3
式中：Vr为电脑横机当前速度，
C3为根据自动伺服控制器设定的常数，
V1为根据自动伺服控制器设置的速度常量，
当电脑横机速度的绝对值大于等于V1时，最大加减速度差C2为根据自动伺服控制器和伺服电机速度设定的常量，
根据上述所得C2，计算出伺服控制器当前的速度设定
当V3-V3(n-1)＞C2 则V3(n)＝V3(n-1)+C2
当V3-V3(n-1)＜-C2 则V3(n)＝V3(n-1)-C2
式中：V3为电脑横机当前的速度给定，
V3(n)为伺服控制器当前的速度设定，
V3(n-1)为伺服控制器上一次的速度设定；
步骤三、如图1所示，当电脑横机高速减速时进行加快减速处理，在伺服控制器中增加一个减速前馈，在PI调节器中增加减速前馈处理标志，当速度大于某一值时并且在进行减速时，设置减速前馈处理标志，由PI调节器根据减速前馈处理标志来增加相应的减速前馈，加快电机的减速过程，为机头低速调头争取时间，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk大于V1时并且电机减速时，设定运算开关量Flag＝1，则伺服控制器速度环的速度输出V4(n)设定为：
V4(n)＝V4(n-1)+Kp*(E-E0)+Ki*E+k2*(V4-V4(n-1))
当伺服控制器的速度反馈Vfbk小于等于V1时或Vfbk大于Vl且电机不减速时，设定运算开关量Flag＝0，则伺服控制器速度环的速度输出V4(n)设定为：
V4(n)＝V4(n-1)+Kp*(E-E0)+Ki*E+k1*(V4V4(n-1))
上述两式中：
V4为电脑主机通过脉冲给伺服控制器的频率速度给定，
E＝V4-Vfbk，E0为E的上一次值，Kp和Ki为积分器常量，k1和k2为前馈比例因子，V4(n-1)为伺服控制器速度环的上一次速度输出设定；
步骤四、如图2所示，对输入伺服控制器的速度指令进行可变频率的低通滤波控制，使输入信号平滑，减少外部信号干扰和传输干扰，当电脑横机速度低于某一个值时，对低通滤波的低通频率进行变化，改变低通滤波器的通过频率，减缓电脑横机低速或转向调头时的启动振动，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk大于等于C时，C为系统设定的一个速度常量，设定伺服控制器速度环的速度输出V5(n)为：
V5(n)＝Ka*V5+Kb*V5(n-1)
式中Ka和Kb为常数，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk小于C时，设定伺服控制器速度环的速度输出V5(n)为：
V5(n)＝Kc*V5+(1-Kc)*V5(n-1)
式中：Kc＝K3+abs(Vfbk)*K4式中K3，K4为常数，abs(Vfbk)为取绝对数函数，
V5为电脑主机通过脉冲给伺服控制器的频率速度给定，
V5(n-1)为伺服控制器速度环的上一次速度输出设定。
本方法在伺服控制器处理电脑横机的指令时进行防抖动处理，提高了系统的稳定性和可靠性，增加了机头调头反应速度，提高了处理速度，保证了电脑横机运行稳定性和实时性。本方法根据电脑横机的运动特点，采用防抖动控制算法，大大减少电脑横机在作往复运动过程中的抖动，满足现场应用要求。
本发明由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法对电脑横机的伺服电机加速度控制，对加速度的上升斜率和下降斜率进行限制，使加速度不产生阶跃；电脑横机低速时，伺服电机加减速控制，保证机头在低速时具有良好的机械性能；而当电脑横机高速减速时进行加快减速处理，其在伺服控制器中增加一个减速前馈，在PI调节器中增加减速前馈处理标志，当速度大于某一值时并且在进行减速时，设置该标志位，由PI调节器根据减速前馈标志来增加相应的减速前馈；同时对输入伺服控制器的速度指令进行可变频率的低通滤波控制，使输入信号平滑，减少外部信号干扰和传输干扰；利用本方法减少了电脑横机在作往复运动过程中的抖动，增加了电脑横机机头的调头反应速度，提高了电脑横机运行的稳定性和可靠性。
Claims (1)
1.一种由自动伺服控制器控制的电脑横机的防抖动控制方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、对电脑横机的伺服电机加速度控制，对加速度的上升斜率和下降斜率进行限制，使加速度不产生阶跃，保证机头在加减速运动时的加速度是一个可控的理想曲线，在自动伺服控制器中设定当前的速度给定与上一次速度给定之差不大于C1，
当V2-V2(n-1)＞C1 则V2(n)＝V2(n-1)+C1
当V2-V2(n-1)＜-C1 则V2(n)＝V2(n-1)-C1
式中：V2为电脑横机当前的速度给定，
V2(n)为伺服控制器当前的速度设定，
V2(n-1)为伺服控制器上一次的速度设定，
C1为根据电脑横机设定的一个常数；
步骤二、电脑横机低速时，伺服电机加减速控制，保证机头在低速时具有良好的机械性能，当速度低于某一值时，计算此时的最大加减速度差，用该最大加减速度差对电脑横机速度进行限幅，
当电脑横机速度的绝对值小于V1时，最大加减速度差C2＝Vr*Vr/C3
式中：Vr为电脑横机当前速度，
C3为根据自动伺服控制器设定的常数，
V1为根据自动伺服控制器设置的速度常量，
当电脑横机速度的绝对值大于等于V1时，最大加减速度差C2为根据自动伺服控制器和伺服电机速度设定的常量，
根据上述所得C2，计算出伺服控制器当前的速度设定
当V3-V3(n-1)＞C2则V3(n)＝V3(n-1)+C2
当V3-V3(n-1)＜-C2则V3(n)＝V3(n-1)-C2
式中：V3为电脑横机当前的速度给定，
V3(n)为伺服控制器当前的速度设定，
V3(n-1)为伺服控制器上一次的速度设定；
步骤三、当电脑横机高速减速时进行加快减速处理，在伺服控制器中增加一个减速前馈，在PI调节器中增加减速前馈处理标志，当速度大于某一值时并且在进行减速时，设置减速前馈处理标志，由PI调节器根据减速前馈处理标志来增加相应的减速前馈，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk大于V1时并且电机减速时，设定运算开关量Flag＝1，则伺服控制器速度环的速度输出V4(n)设定为：
V4(n)＝V4(n-1)+Kp*(E-E0)+Ki*E+k2*(V4-V4(n-1))
当伺服控制器的速度反馈Vfbk小于等于V1时或Vfbk大于V1且电机不减速时，设定运算开关量Flag＝0，则伺服控制器速度环的速度输出V4(n)设定为：
V4(n)＝V4(n-1)+Kp*(E-E0)+Ki*E+k1*(V4-V4(n-1))
上述两式中：
V4为电脑主机通过脉冲给伺服控制器的频率速度给定，
E＝V4-Vfbk，E0为E的上一次值，Kp和Ki为积分器常量，k1和k2为前馈比例因子，V4(n-1)为伺服控制器速度环的上一次速度输出设定；
步骤四、对输入伺服控制器的速度指令进行可变频率的低通滤波控制，使输入信号平滑，减少外部信号干扰和传输干扰，当电脑横机速度低于某一个值时，对低通滤波的低通频率进行变化，改变低通滤波器的通过频率，减缓电脑横机低速或转向调头时的启动振动，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk大于等于C时，C为系统设定的一个速度常量，设定伺服控制器速度环的速度输出V5(n)为：
V5(n)＝Ka*V5+Kb*V5(n-1)
式中Ka和Kb为常数，
当伺服控制器的速度反馈Vfbk小于C时，设定伺服控制器速度环的速度输出V5(n)为：
V5(n)＝Kc*V5+(1-Kc)*V5(n-1)
式中：Kc＝K3+abs(Vfbk)*K4式中K3，K4为常数，abs(Vfbk)为取绝对数函数，
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