CN103105859B - 用于排绳机构的智能化控制系统 - Google Patents

Abstract

<b>本发明公开了一种用于排绳机构的智能化控制系统，它是通过传感器和位置传感器来获得排绳信息的，并采用了控制处理器来处理信息，使得控制的实时性和精确性得到很大的提高。本发明采用了前馈控制和</b><b>PID</b><b>控制实现了位置闭环控制，同时误差也得到补偿，使得跟随效果更精确。另外采用了左右换向传感器来检测换向点，由于换向传感器的感应灵敏、性能稳定，使得换向更加准确，使得换向更加及时。本发明采用智能化控制系统，克服了传统排绳器需要与卷扬机构进行机械连接并导致排绳结构复杂、安装不方便、容易磨损、维护繁琐适应性差的缺点；采用智能化控制系统使得排绳机构结构简单、安装方便、工作可靠性高、全自动自主排绳不需要人员看守、维护成本低。</b>

Description

用于排绳机构的智能化控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于排绳机构的智能化控制系统。

背景技术

排绳机构在工业生产中的应用是十分广泛的。随着工业生产的发展与进步，对排绳机构提出了更高的要求。传统的双螺杆排绳机构，采用了双螺杆结构实现自动换向，由于没有相应的误差补偿能力和实时精确跟随排绳的能力，使得在使用双头螺杆排绳机构一段时间后会出现排绳紊乱、咬绳、压绳甚至绞绳的现象，会大大降低钢丝绳的使用寿命，也不能满足连续长时间排绳的要求。传统另一种排绳机构，采用了齿轮传动机构，增加了钢丝绳的导向轮机构，导向轮机构作为滚筒的从运动构件，滚筒作为主运动构件，两者通过齿轮传动联系起来，通过精确计算滚筒与导向轮的运动关系，实现同步跟随排绳，但是由于齿轮传动的误差存在，空间结构位置的误差，实际上无法实现精确的跟随，而且这种误差导致的钢丝绳与滚筒的角度偏差会得到累积，不能进行补偿和校正，连续长时间的运行会出现较大的偏差，齿轮传动的响应速度较慢，实时性较差，无法实现实时精确地跟随。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于排绳机构的智能化控制系统，其实现了对导绳轮的实时精确跟随与准确及时的自动换向，提高排绳效果，提高钢丝绳的使用寿命。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种用于排绳机构的智能化控制系统，所述智能化控制系统包括伺服电机、导绳轮、电动机、滚筒、位置传感器以及控制处理器，伺服电机通过用于传动的丝杠与导绳轮相连，钢丝绳经导绳轮后绕在滚筒上，电动机的动力输出端与滚筒相连，滚筒上安设有用于检测钢丝绳绕在滚筒上位置的位置传感器，所述位置传感器、伺服电机均与控制处理器相连。

对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化措施。

作为优化，所述位置传感器所检测得到的钢丝绳在滚筒上的位置为导绳轮在丝杠上的理论位置，排轮过程中导绳轮的实际位置则通过伺服电机的输出信息获得，导绳轮的理论位置与实际位置的差值即为跟随的位置误差，所述控制处理器根据上述位置误差调整伺服电机的运行速率，用于提高导绳轮跟随的精度，跟随的位置误差的控制通过PID算法控制调节。

上述PID控制实现了闭环控制，在排绳中，导绳轮所在的实际位置是通过伺服电机的输出信息获得的，作为该控制系统的反馈。而安装在滚筒上的位置传感器检测钢丝绳在滚筒上的位置，这个位置也是作为导绳轮在丝杠上的理论位置。这两个位置数据进行做差得到跟随的位置误差，这种误差通过PID控制，提高跟随的精度和系统稳定性。

作为优化，所述智能化控制系统根据上周期导绳轮实际值与理论值之间的误差，提前做出下一周期需要进行修正，即将理论值乘上修正系数。这就构成了本控制系统的前馈控制，前馈控制是通过上周期的结果，观察上周期实际与理论值之间的误差来提前做出下一周期需要进行的修正，即将理论值乘上修正系数，从而达到事先减小偏差，实现误差补偿。前馈控制的这种性能，使得跟随动作更加及时，跟随更加敏捷，实时性更强。

作为优化，导绳轮沿伺服电机的传动丝杠往复运动，导绳轮的两端分别设有左换向传感器和右换向传感器，两传感器的传感信号送至控制处理器。这实现了准确及时的自动换向的实现，在导绳轮移动到两端时，左右换向传感器会获得感应信号，并将感应到的信号作为输入信号，传送给控制处理器，控制处理器在接收到输入信号时，进行计算和处理，并做出相应的输出指令，伺服电机在接收到控制处理器的输出指令时会做出相应的跟随、减速和换向的动作，采用的换向传感器灵敏度高、性能稳定，控制处理器计算和处理信息的性能强大，保证了换向的及时准确。

作为优化，所述的带动滚筒转动的电动机与滚筒之间设有减速器。

作为优化，所述用于检测滚筒上钢丝绳位置的位置传感器可采用编码器或者旋转编码器。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明描述了一种用于排绳机构的智能化控制系统，它是通过传感器和位置传感器来获得排绳信息的，并采用了控制处理器来处理信息，使得控制的实时性和精确性得到很大的提高。本发明采用了前馈控制和PID两种控制算法，实现了位置闭环控制，同时误差也得到补偿，使得跟随效果更加精确。另外采用了左右换向传感器来检测换向点，由于换向传感器的感应灵敏，性能稳定，使得换向点更加准确，使得换向更加及时。本发明能达到实时精确跟随和准确及时的自动换向，适合工业生产中长时间的连续排绳，同时本发明具有误差自主补偿的能力，使得排绳效果很好，不会出现压绳、咬绳、绞绳、排绳紊乱的现象，大大提高了钢丝绳的使用寿命。

本发明采用智能化控制系统，克服了传统排绳器需要与卷扬机构进行机械连接并导致排绳结构复杂、安装不方便、容易磨损、维护繁琐适应性差的缺点；采用智能化控制系统使得排绳机构结构简单、安装方便、工作可靠性高、全自动自主排绳不需要人员看守、维护成本低

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例的系统结构示意图；

图2为本发明实施例的控制原理框图；

其中：1、伺服电机；2、导绳轮；3、钢丝绳；4、左换向传感器；5、右换向传感器；6、电动机；7、滚筒；8、位置传感器；9、减速器。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

本实施例描述了一种用于排绳机构的智能化控制系统，其系统结构如图1所示，所述智能化控制系统包括伺服电机1、导绳轮2、电动机6、滚筒7、位置传感器8以及控制处理器（图1中未示出），伺服电机1通过用于传动的丝杠与导绳轮2相连，钢丝绳3经导绳轮2后绕在滚筒7上，电动机6的动力输出端与滚筒7相连，所述的带动滚筒7转动的电动机6与滚筒7之间设有减速器9，滚筒7上安设有用于检测钢丝绳3绕在滚筒7上位置的位置传感器8，所述位置传感器8、伺服电机1均与控制处理器相连。

本控制系统的控制原理图如图2所示，具体控制流程如下：

所述位置传感器8所检测得到的钢丝绳3在滚筒7上的位置为导绳轮2在丝杠上的理论位置，排轮过程中导绳轮2的实际位置则通过伺服电机1的输出信息获得，导绳轮2的理论位置与实际位置的差值即为跟随的位置误差，所述控制处理器根据上述位置误差调整伺服电机1的运行速率，用于提高导绳轮2跟随的精度，跟随的位置误差的控制通过PID算法控制调节。

上述PID控制实现了闭环控制，在排绳中，导绳轮2所在的实际位置是通过伺服电机1的输出信息获得的，作为该控制系统的反馈。而安装在滚筒7上的位置传感器8检测钢丝绳3在滚筒7上的位置，这个位置也是作为导绳轮2在丝杠上的理论位置。这两个位置数据进行做差得到跟随的位置误差，这种误差通过PID控制，提高跟随的精度和系统稳定性。

所述智能化控制系统根据上周期导绳轮2实际值与理论值之间的误差，提前做出下一周期需要进行修正，即将理论值乘上修正系数。这就构成了本控制系统的前馈控制，前馈控制是通过上周期的结果，观察上周期实际与理论值之间的误差来提前做出下一周期需要进行的修正，即将理论值乘上修正系数，从而达到事先减小偏差，实现误差补偿。前馈控制的这种性能，使得跟随动作更加及时，跟随更加敏捷，实时性更强。

导绳轮2沿伺服电机1的传动丝杠往复运动，导绳轮2的两端分别设有左换向传感器4和右换向传感器5，两传感器的传感信号送至控制处理器。这实现了准确及时的自动换向的实现，在导绳轮2移动到两端时，左右换向传感器会获得感应信号，并将感应到的信号作为输入信号，传送给控制处理器，控制处理器在接收到输入信号时，进行计算和处理，并做出相应的输出指令，伺服电机1在接收到控制处理器的输出指令时会做出相应的跟随、减速和换向的动作，采用的换向传感器灵敏度高、性能稳定，控制处理器计算和处理信息的性能强大，保证了换向的及时准确。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于排绳机构的智能化控制系统，其特征在于，所述智能化控制系统包括伺服电机、导绳轮、电动机、滚筒、位置传感器以及控制处理器，伺服电机通过用于传动的丝杠与导绳轮相连，钢丝绳经导绳轮后绕在滚筒上，电动机的动力输出端与滚筒相连，滚筒上安设有用于检测钢丝绳绕在滚筒上位置的位置传感器，所述位置传感器、伺服电机均与控制处理器相连，所述位置传感器所检测得到的钢丝绳在滚筒上的位置为导绳轮在丝杠上的理论位置，排轮过程中导绳轮的实际位置则通过伺服电机的输出信息获得，导绳轮的理论位置与实际位置的差值即为跟随的位置误差，所述控制处理器根据上述位置误差调整伺服电机的运行速率，用于提高导绳轮跟随的精度。

2.根据权利要求1所述的用于排绳机构的智能化控制系统，其特征在于，跟随的位置误差的控制通过PID算法控制调节。

3.根据权利要求1所述的用于排绳机构的智能化控制系统，其特征在于，所述智能化控制系统根据上周期导绳轮实际值与理论值之间的误差，提前做出下一周期需要进行修正，即将理论值乘上修正系数。

4.根据权利要求1所述的用于排绳机构的智能化控制系统，其特征在于，导绳轮沿伺服电机的传动丝杠往复运动，导绳轮的两端分别设有左换向传感器和右换向传感器，两传感器的传感信号送至控制处理器。

5.根据权利要求1所述的用于排绳机构的智能化控制系统，其特征在于，所述的带动滚筒转动的电动机与滚筒之间设有减速器。

6.根据权利要求1所述的用于排绳机构的智能化控制系统，其特征在于，所述用于检测滚筒上钢丝绳位置的位置传感器采用旋转编码器。