CN111086050B - 瓦楞纸横切机的运动控制器和控制方法及瓦楞纸横切机 - Google Patents

Abstract

瓦楞纸横切机的运动控制器，包括位置控制器(11)、第一速度控制器(12)、转矩控制器(30)和第一电流控制器(14)。位置控制器能够根据主电机位置设定值和驱动转动刀轴旋转的主电机的实际转动位置生成速度设定值。第一速度控制器能够根据速度设定值和主电机的实际转速生成第一转矩设定值。转矩控制器内置有主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据。转矩控制器能够根据主电机的实际转动位置和预控数据生成一个转矩预控值。第一电流控制器能够根据第一转矩设定值和转矩预控值控制供给主电机的电流大小。该运动控制器利于降低电机的机械震动。此外还提供了包括该运动控制器的瓦楞纸横切机和瓦楞纸横切机的控制方法。

Description

瓦楞纸横切机的运动控制器和控制方法及瓦楞纸横切机

技术领域

本发明涉及瓦楞纸横切机的运动控制器，尤其是一种利于降低机械震动的运动控制器及包括其的瓦楞纸横切机，并涉及一种利于降低机械震动的瓦楞纸横切机的控制方法。

背景技术

瓦楞纸横切机的转动刀轴通过伺服电机驱动。伺服电机为了达到精准控制，一般采用三环控制，以使伺服电机系统形成闭环控制。所谓三环就是三个闭环负反馈PID调节系统。第一环是电流环，此环在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的。第二环是速度环，通过检测的电机编码器的信号来进行负反馈PID调节，它的环内PID输出直接就是电流环的设定。第三环是位置环，其在电子凸轮和电机编码器间构建。位置环内部输出就是速度环的设定。单纯的“三环控制”会导致速度环调节剧烈、转矩输出波动较大，导致电机机械震动大、发热严重等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种瓦楞纸横切机的运动控制器，其利于降低电机的机械震动。

本发明的另一个目的是提供一种瓦楞纸横切机，其电机的机械震动较低。

本发明的再一个目的是提供一种瓦楞纸横切机的控制方法，其利于降低电机的机械震动。

本发明提供了一种瓦楞纸横切机的运动控制器，其包括一个位置控制器、一个第一速度控制器、一个转矩控制器和一个第一电流控制器。位置控制器能够根据一个主电机位置设定值和驱动瓦楞纸横切机的转动刀轴旋转的主电机的实际转动位置生成一个速度设定值。第一速度控制器能够根据速度设定值和主电机的实际转速生成一个第一转矩设定值。转矩控制器内置有一个主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据。转矩控制器能够根据主电机的实际转动位置和预控数据生成一个转矩预控值。第一电流控制器能够根据第一转矩设定值和转矩预控值控制供给主电机的电流大小。

该运动控制器能够根据反应主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据生成转矩预控值，并根据该转矩预控值与第一速度控制器生成第一转矩设定值控制供给主电机的电流大小，借此弱化速度环，降低转矩输出的波动程度，利于降低电机工作时的机械震动和发热。

在瓦楞纸横切机的运动控制器的另一种示意性实施方式中，运动控制器还包括一个第一乘法器。第一乘法器能够根据第一转矩设定值和转矩预控值生成一个第一转矩控制值，第一电流控制器能够根据第一转矩控制值控制供给主电机的电流大小。

在瓦楞纸横切机的运动控制器的再一种示意性实施方式中，运动控制器还包括一个第二速度控制器、一个第二乘法器和一个第二电流控制器。第二速度控制器能够根据速度设定值和驱动转动刀轴旋转的从电机的实际转速生成一个第二转矩设定值。第二乘法器能够根据第二转矩设定值和转矩预控值生成一个第二转矩控制值。第二电流控制器能够根据第二转矩控制值控制供给从电机的电流大小。借此可降低控制从电机所需的计算量，提高从电机的响应速度。

在瓦楞纸横切机的运动控制器的还一种示意性实施方式中，运动控制器还包括一个比例控制器，其能够根据主电机的实际转矩和从电机的实际转矩生成一个速度调节值。第二速度控制器能够根据速度调节值、速度设定值和从电机的实际转速生成第二转矩设定值。借此可提高对从电机的控制精度。

在瓦楞纸横切机的运动控制器的还一种示意性实施方式中，预控数据为一个关系式。关系式为：预设转矩＝角加速度×主电机的转动惯量+角加速度×机械本体的转动惯量/2+ 摩擦扭矩/2。其中，角加速度为主电机的转动位置的函数。

本发明还提供了一种瓦楞纸横切机，其包括一个上述的运动控制器。该运动控制器能够根据反应主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据生成转矩预控值，并根据该转矩预控值与第一速度控制器生成第一转矩设定值控制供给主电机的电流大小，借此弱化速度环，降低转矩输出的波动程度，利于降低电机工作时的机械震动和发热。

本发明还提供了一种瓦楞纸横切机的控制方法，其包括：根据一个主电机位置设定值和驱动瓦楞纸横切机的转动刀轴旋转的主电机的实际转动位置生成一个速度设定值；根据速度设定值和主电机的实际转速生成一个第一转矩设定值；根据主电机的实际转动位置和一个预控数据生成一个转矩预控值，预控数据为主电机的转动位置与预设转矩的对应关系数据；以及根据第一转矩设定值和转矩预控值控制供给主电机的电流大小。该控制方法能够根据反应主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据生成转矩预控值，并根据该转矩预控值与第一速度控制器生成第一转矩设定值控制供给主电机的电流大小，借此弱化速度环，降低转矩输出的波动程度，利于降低电机工作时的机械震动和发热。

在瓦楞纸横切机的控制方法的另一种示意性实施方式中，根据第一转矩设定值和转矩预控值控制供给主电机的电流大小的步骤包括：根据第一转矩设定值和转矩预控值生成一个第一转矩控制值，并根据第一转矩控制值控制供给主电机的电流大小。

在瓦楞纸横切机的控制方法的另一种示意性实施方式中，控制方法还包括：根据速度设定值和驱动转动刀轴旋转的从电机的实际转速生成一个第二转矩设定值；根据第二转矩设定值和转矩预控值生成一个第二转矩控制值；以及根据第二转矩控制值控制供给从电机的电流大小。借此可降低控制从电机所需的计算量，提高从电机的响应速度。

在瓦楞纸横切机的控制方法的再一种示意性实施方式中，控制方法还包括根据主电机的实际转矩和从电机的实际转矩生成一个速度调节值。根据速度调节值、速度设定值和从电机的实际转速生成第二转矩设定值。借此可提高对从电机的控制精度。

在瓦楞纸横切机的控制方法的再一种示意性实施方式中，预控数据为一个关系式，关系式为：预设转矩＝角加速度×主电机的转动惯量+角加速度×机械本体的转动惯量/2+摩擦扭矩/2。其中，角加速度为主电机的转动位置的函数。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为瓦楞纸横切机的运动控制器的一种示意性实施方式的结构框图。

图2为瓦楞纸横切机的运动控制器的另一种示意性实施方式的结构框图。

图3为瓦楞纸横切机的控制方法的一种示意性实施方式的流程图。

图4为图3所示的控制方法的步骤S400的流程图。

图5为瓦楞纸横切机的控制方法的另一种示意性实施方式的流程图。

标号说明

11 位置控制器

12 第一速度控制器

13 第一乘法器

14 第一电流控制器

22 第二速度控制器

23 第二乘法器

24 第二电流控制器

30 转矩控制器

40 比例控制器

51 第一编码器

52 第二编码器

60 电子凸轮

71 第一电流传感器

72 第二电流传感器

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

在本文中，“第一”、“第二”等并非表示其重要程度或顺序等，仅用于表示彼此的区别，以利文件的描述。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

图1为瓦楞纸横切机的运动控制器的一种示意性实施方式的结构框图。瓦楞纸横切机通过其转动刀轴的旋转来切割瓦楞纸，转动刀轴通过主电机和从电机共同驱动。主电机和从电机受到运动控制器的控制。

如图1所示，在本示意性实施方式中，运动控制器包括一个位置控制器11、一个第一速度控制器12、一个转矩控制器30、一个第一乘法器13和一个第一电流控制器14。

瓦楞纸横切机的电子凸轮60能够根据瓦楞纸横切机上瓦楞纸的实际位置生成一个主电机位置设定值。位置控制器11能够根据主电机位置设定值和主电机的实际转动位置生成一个速度设定值。第一速度控制器12能够根据速度设定值和主电机的实际转速生成一个第一转矩设定值。其中主电机的实际转动位置和实际转速通过一个第一编码器51检测。

转矩控制器30内置有一个主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据。在本示意性实施方式中，预控数据为如下关系式：

预设转矩＝角加速度×主电机的转动惯量+角加速度×机械本体的转动惯量/2+摩擦扭矩/2；

其中，角加速度为主电机的转动位置的函数，即两者之间存在对应关系，在输入一个主电机的转动位置后，能够得到相应的角加速度。这里的角加速度为一个设定值，而非测量值。但不限于此，在其他示意性实施方式中，该预控数据也可以是一个列表。

转矩控制器30能够根据主电机的实际转动位置和预控数据生成一个转矩预控值。第一乘法器13能够根据第一转矩设定值和转矩预控值生成一个第一转矩控制值，第一电流控制器14能够根据第一转矩控制值控制供给主电机的电流大小。

该运动控制器能够根据反应主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据生成转矩预控值，并根据该转矩预控值与第一速度控制器12生成第一转矩设定值控制供给主电机的电流大小，借此弱化速度环，降低转矩输出的波动程度，利于降低电机工作时的机械震动和发热。

如图1所示，在本示意性实施方式中，运动控制器还包括一个第二速度控制器22、一个第二乘法器23和一个第二电流控制器24。第二速度控制器22能够根据上述的速度设定值和从电机的实际转速生成一个第二转矩设定值。其中从电机的实际转速通过一个第二编码器52检测。第二乘法器23能够根据第二转矩设定值和上述的转矩预控值生成一个第二转矩控制值。第二电流控制器24能够根据第二转矩控制值控制供给从电机的电流大小。借此可降低控制从电机所需的计算量，提高从电机的响应速度。

图2为瓦楞纸横切机的运动控制器的另一种示意性实施方式的结构框图。本示意性实施方式的运动控制器与图1所示的运动控制器相同或相似之处在此不再赘述，与之不同的是，该运动控制器还进一步包括一个比例控制器40。比例控制器40能够根据主电机的实际转矩和从电机的实际转矩生成一个速度调节值。其中主电机的实际转矩通过一个第一电流传感器71检测，从电机的实际转矩通过一个第二电流传感器72来检测。第二速度控制器22能够根据速度调节值、上述的速度设定值和从电机的实际转速生成第二转矩设定值。借此可提高对从电机的控制精度。

本发明还提供了一种瓦楞纸横切机，其包括一个图1或图2所示的运动控制器。该运动控制器能够根据反应主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据生成转矩预控值，并根据该转矩预控值与第一速度控制器生成第一转矩设定值控制供给主电机的电流大小，借此弱化速度环，降低转矩输出的波动程度，利于降低电机工作时的机械震动和发热。

图3为瓦楞纸横切机的控制方法的一种示意性实施方式的流程图。瓦楞纸横切机通过其转动刀轴的旋转来切割瓦楞纸，转动刀轴通过主电机和从电机共同驱动。如图3所示，该控制方法包括：

S100：根据一个主电机位置设定值和主电机的实际转动位置生成一个速度设定值，其中主电机位置设定值为瓦楞纸横切机的电子凸轮60根据瓦楞纸横切机上瓦楞纸的实际位置生成；

S200：根据速度设定值和主电机的实际转速生成一个第一转矩设定值；

S300：根据主电机的实际转动位置和一个预控数据生成一个转矩预控值，预控数据为主电机的转动位置与预设转矩的对应关系数据；以及

S400：根据第一转矩设定值和转矩预控值控制供给主电机的电流大小。

其中，如图4所示，步骤S400进一步包括：

S401：根据第一转矩设定值和转矩预控值生成一个第一转矩控制值，

S402：根据第一转矩控制值控制供给主电机的电流大小。

在本示意性实施方式中，预控数据为如下关系式：

预设转矩＝角加速度×主电机的转动惯量+角加速度×机械本体的转动惯量/2+摩擦扭矩/2；

其中，角加速度为主电机的转动位置的函数，即两者之间存在对应关系，在输入一个主电机的转动位置后，能够得到相应的角加速度。这里的角加速度为一个设定值，而非测量值。但不限于此，在其他示意性实施方式中，该预控数据也可以是一个列表。

该控制方法能够根据反应主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据生成转矩预控值，并根据该转矩预控值与第一转矩设定值控制供给主电机的电流大小，借此弱化速度环，降低转矩输出的波动程度，利于降低电机工作时的机械震动和发热。

在本示意性实施方式中，控制方法还包括：

S500：根据速度设定值和驱动转动刀轴旋转的从电机的实际转速生成一个第二转矩设定值；

S600：根据第二转矩设定值和转矩预控值生成一个第二转矩控制值；以及

S700：根据第二转矩控制值控制供给从电机的电流大小。

借此可降低控制从电机所需的计算量，提高从电机的响应速度。

图5为瓦楞纸横切机的控制方法的另一种示意性实施方式的流程图。本示意性实施方式的控制方法与图3所示的控制方法相同或相似之处在此不再赘述，与之不同的是：该控制方法还包括S800：根据主电机的实际转矩和从电机的实际转矩生成一个速度调节值。并在步骤S600中根据速度调节值、上述的速度设定值和从电机的实际转速生成第二转矩设定值。借此可提高对从电机的控制精度。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.瓦楞纸横切机的运动控制器，其特征在于，包括：

一个位置控制器(11)，其能够根据一个主电机位置设定值和驱动所述瓦楞纸横切机的转动刀轴旋转的主电机的实际转动位置生成一个速度设定值；

一个第一速度控制器(12)，其能够根据所述速度设定值和所述主电机的实际转速生成一个第一转矩设定值；

一个转矩控制器(30)，其内置有一个所述主电机的转动位置与预设转矩的对应关系的预控数据；所述转矩控制器(30)能够根据所述主电机的实际转动位置和所述预控数据生成一个转矩预控值；

一个第一乘法器(13)，所述第一乘法器(13)能够根据所述第一转矩设定值和所述转矩预控值生成一个第一转矩控制值；

一个第一电流控制器(14)，所述第一电流控制器(14)能够根据所述第一转矩控制值控制供给所述主电机的电流大小；

一个第二速度控制器(22)，其能够根据所述速度设定值和驱动所述转动刀轴旋转的从电机的实际转速生成一个第二转矩设定值；

一个第二乘法器(23)，所述第二乘法器(23)能够根据所述第二转矩设定值和所述转矩预控值生成一个第二转矩控制值；以及

一个第二电流控制器(24)，其能够根据所述第二转矩控制值控制供给所述从电机的电流大小。

2.如权利要求1所述的运动控制器，其特征在于，所述的运动控制器还包括：

一个比例控制器(40)，其能够根据所述主电机的实际转矩和所述从电机的实际转矩生成一个速度调节值；所述第二速度控制器(22)能够根据所述速度调节值、所述速度设定值和所述从电机的实际转速生成所述第二转矩设定值。

3.如权利要求1所述的运动控制器，其特征在于，所述预控数据为一个关系式，所述关系式为：预设转矩＝角加速度×主电机的转动惯量+角加速度×机械本体的转动惯量/2+摩擦扭矩/2；其中，角加速度为所述主电机的转动位置的函数。

4.瓦楞纸横切机，其特征在于，包括一个如权利要求1至3中任一项所述的运动控制器。

5.瓦楞纸横切机的控制方法，其特征在于，包括：

根据一个主电机位置设定值和驱动所述瓦楞纸横切机的转动刀轴旋转的主电机的实际转动位置生成一个速度设定值；

根据所述速度设定值和所述主电机的实际转速生成一个第一转矩设定值；

根据所述主电机的实际转动位置和一个预控数据生成一个转矩预控值，所述预控数据为所述主电机的转动位置与预设转矩的对应关系数据；

根据所述第一转矩设定值和所述转矩预控值生成一个第一转矩控制值，并根据所述第一转矩控制值控制供给所述主电机的电流大小；

根据所述速度设定值和驱动所述转动刀轴旋转的从电机的实际转速生成一个第二转矩设定值；

根据所述第二转矩设定值和所述转矩预控值生成一个第二转矩控制值；以及

根据所述第二转矩控制值控制供给所述从电机的电流大小。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括根据所述主电机的实际转矩和所述从电机的实际转矩生成一个速度调节值；根据所述速度调节值、所述速度设定值和所述从电机的实际转速生成所述第二转矩设定值。

7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述预控数据为一个关系式，所述关系式为：预设转矩＝角加速度×主电机的转动惯量+角加速度×机械本体的转动惯量/2+摩擦扭矩/2；其中，角加速度为所述主电机的转动位置的函数。

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