CN111283889A - 一种绳锯及绳据自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动切割控制方法，以及基于此方法设计实现的具备自动切割控制功能的绳锯控制装置和系统，特别是一种双变频绳锯控制装置和系统，在现有绳锯切割系统方案的基础上实现切割过程的自动化，通过实时监控切割过程中的系统运行信息，以最优切割效率为控制目标，实现切割速度和切割张力的自动调节，并对系统运行可能发生的多种异常状态进行监测和保护。与现有技术相比，本发明的系统和方法能够快速响应切割负载的变化，有效提高切割效率；在提高切割作业自动化程度的同时，减少了切割过程中的人为干预，降低了人力成本；而且还能够自动对设备异常做出快速响应，降低设备故障率及故障时间，提高生产安全性。

Description

一种绳锯及绳据自动控制方法

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，特别涉及切割设备领域，尤其是关于一种绳锯系统及其控制方法。

背景技术

绳锯是一种利用特制绳材(以下简称绳子)，例如嵌有金刚石串珠的绳子，绕转被切割物体做高速运动以对物体进行切割的设备。该设备最初主要用于矿山石材的开采，随着相关技术的不断发展，如今其应用已经扩展到石材加工、荒料整形、金属加工、建筑改造、建筑拆除等领域。由于使用绳锯切割具有损耗小、效率高、适用范围广等特点，相关技术具有很好的应用和发展前景。

绳锯工作时，绳子环绕在被切割物体事先设计好的断口上，通过收绳机构调整绳子的松紧，使绳子与被切割物体间产生一定的压力，并通过高速旋转的轮子(以下称为主驱动轮)带动绳子运动，使其与被切割物体间产生摩擦，从而实现对物体的研磨切割，其切割效率除了与绳子本身的材料和工艺有关外，还取决于切割线速度(即绳锯切割时绳子的线速度)和切割张力(即绳锯切割时绳子承受的张力)。其中，切割线速度是通过控制主驱动轮旋转角速度(即切割角速度，其与切割线速度有如下关系：V＝ωR，V为切割线速度，单位m/s；ω为切割角速度，单位rad/s；R为主驱动轮半径)实现的，切割线速度和切割角速度在下文无歧义之处统称为切割速度；切割张力是通过控制收绳机构进给运动实现的。在实际应用中，当被切割物体和绳子材料一定的情况下，绳锯的切割效率与切割速度和切割张力正相关，可通过提高切割速度和切割张力来提高切割效率，但由于受到绳子所能承受的最大张力、设备所能承受的最大切割速度、驱动设备最大功率等限制，不可能无限制增加切割速度和切割张力，故在设备限制下如何协调控制切割速度与切割张力成为影响设备切割效率的关键。

现有绳锯系统主要由说明书附图1所示的主驱动控制器1、主驱动机构2、收绳控制器3、收绳机构4等部分组成。其中：

主驱动控制器1用于控制主驱动机构2内部的主驱动马达21，主驱动马达21驱动主驱动轮22做旋转运动并带动绳子5经导向轮6绕转被切割物体7进行切割，从而实现对切割速度的控制。在常见的绳锯系统中主驱动机构2内部的主驱动马达21有电动马达(电动马达即电机)、液压马达、气动马达三类，对应的主驱动控制器1有电机控制器(定频或者变频)、液压马达控制器、气动马达控制器三类。

收绳控制器3用于控制收绳机构4执行收绳进给运动，进而实现切割张力的控制。在常见的绳锯系统中收绳机构4有液压缸顶升收绳，气压缸顶升收绳，电机驱动收绳等三类不同实现方案，其中液压或气压缸顶升方案通过调节绳锯切割时收绳机构的进给力来实现切割张力的控制，而电机驱动方案则通过电机的旋转运动调节绳锯切割时收绳机构的进给速度，进而实现切割张力的控制。依据收绳机构4的类型不同，收绳控制器3对应有三种类型：液压缸压力控制器，气压缸压力控制器，电机变频控制器。

在绳锯系统具体解决方案中，上述不同类型的主驱动控制器1和收绳控制器3可任意组合，存在多种组合方案。说明书附图2和3是目前两种主流的绳锯切割系统解决方案。

方案一：基于电动收绳的电动定频切割方案

参见说明书附图2，其主驱动机构2由主驱动电机21驱动，主驱动控制器1对应为电机定频控制器，不能实现主驱动轮22旋转角速度的调节，只能控制其启停和旋转方向。收绳机构4通过收绳电机41驱动行车44沿轨道45平移运动，收绳控制器3对应为电机变频控制器，可依据切割实际工况调节收绳机构的进给速度和方向，从而实现切割张力的调节。该方案的特点是系统简单、成本低，但存在能效低、切割不平稳、切割速度不可调、对电网冲击大等缺点。

方案二：基于液压缸顶升收绳的电动变频切割方案

参见说明书附图3，其主驱动机构2由主驱动电机21驱动，主驱动控制器1对应为电机变频控制器，主驱动轮22旋转速度和方向均可调。收绳机构4采用液压缸顶升收绳方案，收绳控制器3对应为液压缸压力控制器，通过换向阀切换液压缸升降方向，通过溢流阀调节液压流量，实现液压缸顶升压力的调节，进而实现绳锯切割时绳子张力的控制。该方案特点是能效高、切割张力平稳、切割质量高，但缺点是系统复杂、设备成本高、维护成本较高。

现有绳锯切割系统，除了上述主流方案的缺陷外，无论哪种实现方案，主驱动机构2和收绳机构4都是分开独立控制的。不仅如此，为了使切割更加平稳高效，在需要根据实际工况协调控制切割速度和切割张力时，需要手动通过主驱动控制器1和收绳控制器3分别进行调节。实际操作难度大，对操作者经验要求高，且很难通过手动调节找到切割速度和切割张力的最佳匹配工作点。尤其当被切割物体材质不均匀时(例如切割钢筋混凝土构件时在遇到钢筋时负载会发生突变)，需要不断调整切割速度和切割张力，不仅浪费人力，而且无法做到快速、准确的调节。如此，一方面，若负载突然变大，而切割速度或切割张力没有及时调低，则可能导致设备过载保护停机，影响工作效率，严重时还可能损坏绳子和设备，甚至引发安全事故；反之，另一方面，如果负载突然减小，而切割速度和切割张力没有及时调高，则会导致设备运行达不到期望的功率上限，使切割效率下降。

综上，现有绳锯切割系统存在自动化程度低、生产效率低、人力成本高、设备故障率高、安全性差等问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种自动切割控制方法，以及基于该控制方法实现的具有自动切割控制功能的绳锯控制装置及系统，特别是一种双变频绳锯控制装置及系统。该自动切割控制方法，在现有绳锯切割系统方案基础上，将切割过程自动化，并通过实时监测切割速度、切割张力、输出功率等信息，以最优切割效率为控制目标，实现切割速度和切割张力的自动调节，并对系统运行可能产生的多种异常状态，如切割完成、绳子断线、收绳进给超限等，进行监测和保护。该自动切割控制方法在系统中的具体实现可以是一个独立的控制装置，也可以是绳锯切割系统中控制装置内部的一个软件模块，以下称之为自动切割控制器。所述自动切割控制器可以适配多种现有绳锯切割系统，通过整合升级使其具备自动切割控制功能，例如通过增加一个控制装置或者通过软件升级的方式将相应的软件模块集成至已有控制装置内来实现。

具体的，本发明提出了一种绳锯的自动控制方法，通过自动切割控制器对绳锯切割过程实现自动化控制，协调控制主驱动控制器和收绳控制器，从而实现对主驱动机构和收绳机构的协调控制，所述自动切割控制器具体控制流程如下：

S00：启动切割；

S01：执行自动切割控制算法，并生成第一控制参考信号Ref1输出给主驱动控制器以及第二控制参考信号Ref2输出给收绳控制器；

S02：执行如下两个操作：

依据S01步骤中的所述第一控制参考信号Ref1，通过主驱动控制器对主驱动机构进行控制；以及，

依据S01步骤中的所述第二控制参考信号Ref2，通过收绳控制器对收绳机构进行控制；

S03：通过检测切割张力判断是否切割完成或发生断线；如果切割完成或发生断线，则跳转至S04；反之，返回至步骤S01；

S04：受控停车。

优选地，所述步骤S03中的判断是否切割完成或发生断线之后还包括判断收绳进给是否超限；如果收绳进给超限，则跳转至步骤S04；否则返回至步骤S01。对此，在所述步骤S04之后还可以包括步骤S05：调整进给量，然后再返回步骤S01。

为了抑制噪声以及被切割材料性质突变引入的干扰，降低误报率，在所述步骤S03中，可以对所述切割张力进行低通滤波处理。

所述步骤S03中关于收绳进给超限的判断是通过在收绳进给行程末端设置行程限位开关实现的；或者当收绳机构为电机驱动时，是通过比较所述收绳控制器的输出功率是否超过收绳电机的额定功率实现的。如此，能够以简单的方式满足对进给超限自动判断的需求。

在所述步骤S01中所执行的自动切割控制算法是自动切割控制器的核心算法，其生成第一控制参考信号Ref1输出给主驱动控制器以及第二控制参考信号Ref2输出给收绳控制器，具体包括如下操作：通过前馈控制获得速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff；根据控制模式和主驱动马达的实际输出功率，判断是否需要进行速度补偿并生成速度补偿值ω_comp，以及是否需要张力补偿并生成张力补偿值T_comp；若需要进行速度补偿，则将速度补偿值ω_comp与速度前馈ω_ff叠加生成速度参考ω_ref；若需要进行张力补偿，则张力补偿值T_comp与张力前馈T_ff叠加生成张力参考T_ref。

具体实现上，所述执行自动切割控制算法具体包括第一控制参考信号生成流程和第二控制参考信号生成流程

其中，所述第一控制参考信号生成流程包括：

S0121：判断控制模式是否为速度优先模式，如果是，则跳转至S0125；反之，进入S0122；

S0122：判断主驱动马达实际输出功率P_fb1是否在功率补偿窗口内；如果在所述功率补偿窗口内，则进入S0123；反之，跳转至S0125；

S0123：执行速度补偿，以主驱动马达输出功率限定值Pt与所述实际输出功率P_fb1的差作为PID控制器的输入进行PID调节，输出速度参考补偿值ω_comp；

S0124：将速度补偿值ω_comp与速度前馈ω_ff叠加生成速度参考ω_ref，ω_ref＝ω_ff+ω_comp，随后跳转至S0126；

S0125：直接使用速度前馈做速度参考，ω_ref＝ω_ff，随后进入S0126；

S0126：第一参考输出转换，将速度参考ω_ref转换为主驱动控制器所需的第一控制参考信号Ref1；

所述第二控制参考信号生成流程包括：

S0131：判断控制模式是否为张力优先模式，如果是，则跳转至S0135；反之，进入S0132；

S0132：判断实际输出功率P_fb1是否在功率补偿窗口内；如果是，则进入S0133；反之，并跳转至S0135；

S0133：执行张力补偿，以主驱动马达输出功率限定值Pt与实际输出功率P_fb1的差作为PID控制器的输入进行PID调节，输出张力参考补偿值T_comp；

S0134：将张力补偿值T_comp与张力前馈T_ff叠加生成张力参考T_ref，T_ref＝T_ff+T_comp，随后跳转至S0136；

S0135：直接使用张力前馈做为张力参考，T_ref＝T_ff，随后跳转至S0136；

S0136：以张力参考T_ref和张力反馈T_fb之差作为PID控制器的输入进行PID调节，并生成收绳控制参考C_ref；其中，所述张力反馈T_fb为自动切割控制器通过其张力检测模块获得的实际切割张力；

S0137：第二参考输出转换；将收绳控制参考C_ref转换为所述第二控制参考信号Ref2；

进一步，所述功率补偿窗口是通过系统参数P_win和主驱动马达输出功率限定值Pt共同指定的一个功率范围[Pt-P_win,Pt+P_win]。用户可根据需求及试车情况通过系统参数、现场总线、模拟量输入等方式对Pt和P_win进行设置，例如，希望主驱动马达尽可能以额定功率工作从而达到切割的最高效率时，可以将Pt设为主驱动马达的额定功率P_nom，P_win设为所述额定功率P_nom的5％。

为了使生成的控制信号更好地适配不同类型的控制器，在所述步骤S0126和所述步骤S0137中设置了输出转换的操作，具体通过下述系数可配置的多项式来实现：

f(x)＝ax²+bx+cx^-1+dx^-2+e

式中，a,b,c,d,e为可配置系数；f(x)为第一控制参考信号Ref1时，对应x为速度参考ω_ref，f(x)为第二控制参考信号Ref2时，对应x为收绳控制参考C_ref；并且对于所述第一控制参考信号和所述第二控制参考信号的转换来说，各自所述多项式的系数是相互独立的。

切割张力检测通过自动切割控制器内部的张力检测模块实现，其可以通过来自外部张力反馈机构检测到的张力信号获得实际切割张力，也可以根据主驱动马达输出功率、角速度和主驱动轮半径计算得到实际切割张力。

特别是经过对绳子在切割过程中的受力分析后，本发明还提出通过所述张力反馈机构采集绳子松端张力、绳子紧端张力和主驱轮进给力三个参量中的一个或多个，并将所述一个或多个参量作为受控量参与控制，实现对绳据的自动控制。

进一步，自动控制方法设置有三种控制模式，可以通过系统参数配置选择，控制模式1为速度优先模式，控制模式2为张力优先模式，控制模式3为双补偿模式，不同的模式适用于不同的应用场景，依据控制模式的不同自动切割控制算法的控制策略也会有所不同。

基于此，所述通过前馈控制获得速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff，具体包括：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系；当所述实际输出功率P_fb1在所述功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈ω_ff及张力前馈T_ff不变；当所述实际输出功率P_fb1在所述功率补偿窗口之下，则根据控制模式的不同，执行速度爬升流程和/或张力爬升流程；当所述实际输出功率P_fb1在所述功率补偿窗口之上，则根据控制模式的不同，执行速度下降流程和/或张力下降流程。

对于速度优先模式来说，所述前馈控制具体还包括如下步骤：

S0111：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与所述功率补偿窗口之间的关系；如所述实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈ω_ff及张力前馈T_ff不变，并随后进入S01110；如所述实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之下，则进入S0112；如所述实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之上，则进入S0116；

S0112：判断当前速度前馈ω_ff是否小于上限值ω_max；如果小于上限值，进入S0113；反之，则进入S0114；

S0113：速度前馈斜坡爬升，ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*t_c，t_vup为速度由0爬升到最大值ω_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后进入S01110；

S0114：判断当前张力前馈T_ff是否小于上限值T_max；如果小于上限值，则进入S0115；反之，则保持当前速度前馈和张力前馈不变，并直接进入S01110；

S0115：张力前馈斜坡爬升，T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*t_c，t_tup为张力由0爬升到最大值T_max所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110；

S0116：判断当前张力前馈是否大于其下限值T_min，如大于，进入步骤S0117；反之，进入步骤S0118；

S0117：张力前馈斜坡下降，T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*t_c，t_tdn为张力由最大值T_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110；

S0118：判断当前速度前馈是否大于其下限值ω_min，如大于，进入S0119；反之，保持当前速度前馈和张力前馈不变，并进入S01110；

S0119：速度前馈斜坡下降，ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*t_c，t_vdn为速度由最大值ω_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110；

S01110：结束本控制周期的前馈控制。

对于张力优先模式来说，所述前馈控制具体还包括如下步骤：

S0111：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈及张力前馈不变，并随后进入S01110；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之下，进入S0112；如实际输出功率Pfb1在功率补偿窗口之上，则进入S0116；

S0112：判断当前张力前馈T_ff是否小于上限值T_max；如果小于上限值，则进入S0113；反之，则进入S0114；

S0113：张力前馈斜坡爬升，T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*t_c，t_tup为张力由0爬升到最大值T_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后进入S01110；

S0114：判断当前速度前馈ω_ff是否小于上限值ω_max；如小于，则进入步骤S0115；反之，则保持当前速度前馈和张力前馈值，并直接进入S01110；

S0115：速度前馈斜坡爬升，ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*t_c，t_vup为速度由0爬升到最大值ω_max所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110；

S0116：判断当前速度前馈是否大于其下限值ω_min；如大于，进入S0117；反之，进入S0118；

S0117：速度前馈斜坡下降，ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*t_c，t_vdn为速度由最大值ω_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110。

S0118：判断当前张力前馈是否大于其下限值T_min；如大于，则进入S0119；反之，保持当前速度前馈和张力前馈不变，并进入S01110；

S0119：张力前馈斜坡下降，T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*t_c，t_tdn为张力由最大值T_max下降到0所需要的时间，tc为控制周期，随后进入S01110；

S01110：结束本控制周期的前馈控制。

对于双补偿模式来说，所述前馈控制具体还包括如下步骤：

S0111：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈及张力前馈不变，并随后结束本控制周期的前馈控制；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之下，则并行执行速度爬升流程和张力爬升流程；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之上，则并行执行速度下降流程和张力下降流程；

所述速度前馈爬升流程包括：

S01121：判断当前速度前馈ω_ff是否小于ω_max；如小于，进入S01122；反之，则保持当前速度前馈值，并结束本控制周期的速度前馈爬升流程；

S01122：速度前馈斜坡爬升，ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*t_c，t_vup为速度由0爬升到最大值ω_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的速度前馈爬升流程；

所述张力前馈爬升流程包括：

S01131：判断当前张力前馈T_ff是否小于T_max；如小于，进入S01132；反之，则保持当前张力前馈值，并结束本控制周期的张力前馈爬升流程；

S01132：张力前馈斜坡爬升，T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*t_c，t_tup为张力由0爬升到最大值T_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的张力前馈爬升流程；

所述速度前馈下降流程包括：

S01141：判断当前速度前馈ω_ff是否大于ω_min；如大于，进入S01142；反之，则保持当前速度前馈值，并结束本控制周期的速度前馈下降流程；

S01142：速度前馈斜坡下降，ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*t_c，t_vdn为速度由最大值ω_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的速度前馈下降流程；

所述张力前馈下降流程包括：

S01151：判断当前张力前馈T_ff是否大于T_min；如大于，进入S01152；反之，则保持当前张力前馈值，并结束本控制周期的张力前馈下降流程；

S01152：张力前馈斜坡下降，T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*t_c，t_tdn为张力由最大值T_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的张力前馈下降流程。

同时，基于上述自动切割控制方法本发明还提出了一种具备自动切割控制功能的绳锯控制装置和系统，包括：张力反馈机构，用于检测切割张力并将张力信号传递所述自动切割控制器；所述自动切割控制器输出第一控制参考信号给主驱动控制器，并且输出第二控制参考信号给收绳控制器，从而实现对主驱动机构和收绳机构的协调控制；所述自动切割控制器还包括：速度检测模块，用以检测主驱动马达转速；功率检测模块，用以检测主驱动马达实际输出功率；张力检测模块，用以检测实际切割张力。

进一步，所述自动切割控制器还可以包括前馈控制器，基于系统参数设置及实际功率反馈P_fb1信息，生成速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff；速度补偿模块，接收所述前馈控制器输出的速度前馈ω_ff，依据控制模式确定是否对其进行补偿，并输出速度参考ω_ref；张力补偿模块，接收所述前馈控制器输出的张力前馈T_ff，依据控制模式选择是否对其进行补偿，并输出张力参考T_ref；张力控制器，基于PID控制算法，以所述张力参考T_ref和张力反馈T_fb之差作为PID控制器的输入进行PID调节，并输出收绳控制参考C_ref。

为了使自动切割控制器生成的参考信号适配不同类型的控制器，其内部还包括，第一参考输出转换模块，将速度参考ω_ref转换为适配不同所述主驱动控制器的第一控制参考信号Ref1；以及第二参考输出转换模块将收绳控制参考C_ref转换为适配不同所述收绳控制器的第二控制参考信号Ref2。

优选地，一个具体的张力反馈机构例如包括称重传感器、三个成品字形安置的滑轮以及配合使用的张力变送器。此外，所述张力反馈机构也可以为跳舞轮或者张力摆杆。

进一步，所述主驱动机构和所述收绳机构可以由电机驱动，所述主驱动控制器和所述收绳控制器对应为电机变频控制器。其中，所述主驱动控制器包括主驱动速度控制器，所述收绳控制器包括收绳速度控制器；所述主驱动速度控制器、所述收绳速度控制器和所述自动切割控制器整合在同一个微控制器中。

与现有绳锯技术相比，本发明的有益效果在于：

1.能够快速响应切割负载变化，以最优切割效率为控制目标，实现绳锯切割速度和切割张力的自动调节，有效提高切割效率；

2.有效提高绳锯切割作业中的自动化程度，减少切割过程中的人为干预，降低人力成本；

3.能够基于绳锯系统运行状态自动对设备异常，例如断线、收绳进给超限等，做出快速响应，降低设备故障率及故障时间，提高生产安全性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1是现有技术绳锯切割系统框图；

图2是现有技术基于电动轨道平移收绳的电动切割方案系统框图；

图3是现有技术基于滑轮组液压缸顶升收绳的电动切割方案系统框图；

图4是绳锯系统受力分析图；

图5是绳子受力分析图；

图6是本发明自动绳锯切割系统框图；

图7是本发明自动切割控制流程图；

图8是本发明收绳进给超限检测实施例示意图；

图9是本发明自动切割控制算法控制框图；

图10是本发明自动切割控制算法流程图；

图11是本发明前馈控制器控制模式1的控制流程图；

图12是本发明前馈控制器控制模式2的控制流程图；

图13是本发明前馈控制器控制模式3的控制流程图。

图14是本发明具备自动切割控制功能的双变频绳锯切割系统框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本说明书所提到的上、下、左、右等表示方向特征的词汇，只在于针对附图中的内容将技术方案阐述清楚，并不对本说明书中所记载的技术方案的方向产生实质性限定作用。即，可将上、下、左、右理解为，第一侧、第二侧、第三侧、第四侧，或者第一方向、第二方向、第三方向、第四方向，或者与此类似的解释。下面将结合具体实施例和附图作进一步说明。

参见说明书附图4所示，绳锯整个切割过程可以分为三个阶段：第Ⅰ阶段,在切割初期，切割轨迹为不连续的弧段；第Ⅱ阶段,切割曲线为近似椭圆形；第Ⅲ阶段,切割曲线为近似半圆形。由于第Ⅰ阶段切割轨迹上不连续，受力模型复杂无规律，且在整个切割过程中占比很小，故重点关注第Ⅱ和第Ⅲ阶段。参见说明书附图5所示，取绳子上一小段圆弧，该小段圆弧曲率半径为ρ_θ，曲率半径与水平方向夹角为θ，圆弧对应圆心角为d_θ，对该段圆弧做受力分析，其水平方向(法向)受被切割物体压力dN_θ(法向载荷)作用，垂直方向(切向)受被切割物体7滑动摩擦力fdN_θ(f为摩擦系数)作用，另外在圆弧两端切向还分别受绳子张力S_θ和S_θ+dS_θ作用，忽略绳子本身重力及在旋转切割时产生的离心力，可以在水平和垂直方向分别列出受力平衡方程：

因为dθ很小，故

近似计算并略去高阶微量可得：

dN_θ＝S_θdθ [3]

fdN_θ＝dS_θ [4]

将上述公式[3]带入公式[4]可得dS_θ/S_θ＝fdθ，对其两边求积分

得

即：

S_θ＝S_θ1e^f(θ-θ1) [5]

公式[5]即为柔韧体摩擦欧拉公式，其中θ₁为切割进绳端曲率半径与水平方向夹角，S_θ1为切割进绳端的张力。

令q_θ为被切割物体上单位长度受到的法向载荷,ρ_θ为圆弧θ对应的曲率半径，利用公式[3]，可得：

q_θ＝dN_θ/ρ_θd_θ＝S_θ/ρ_θ [6]

根据相关磨削加工研究表明，单位磨削体积明显地随法向载荷增加而线性增加,随被磨削材料硬度的升高而线性降低。因此，有如下近似关系式：

dρ_θ/dt＝CVq_θ/H_v [7]

令C′＝CV/H_V，则有：

dρ_θ/dt＝C′q_θ [8]

式中，V为线速度(米/秒)，H_V为被切割物体的维氏硬度(兆帕)，C为绳锯的切割比例系数，综合反映切割能力，与绳子材料和工艺有关，无量纲，可由实验室测量确定。

设S为收绳机构水平进给力，即图4中所示作用在主驱动轮21水平方向上的等效合力，由图4忽略导向轮的摩擦力，对驱动轮水平方向做受力分析可得：

S＝S_θ1sinβ₁+S_θ2cosγ [9]

依据公式[5]当θ＝θ₂时，有S_θ2＝S_θ1e^f(θ2-θ1),S_θ1＝S_θ2/e^f(θ2-θ1)，分别带入式[9]可得：

式中：

β₁为切割进绳端绳子与垂直方向夹角；

γ为切割出绳端绳子经导向轮6调整方向后与水平方向的夹角；

θ₁和θ₂分别为切割进绳和出绳端曲率半径与水平方向夹角；

S_θ1和S_θ2分别为绳子进绳端和出绳端张力，受被切割物与绳子滑动摩擦力作用，绳子张力在进绳端张力小于出绳端张力，S_θ1<S_θ2，因此亦可将S_θ1称为松端张力，S_θ2称为紧端张力。

设绳子切割切向驱动力为F，忽略导向轮摩擦力，其与主驱动轮驱动力相当，等于绳子紧端和松端的张力差，因此有：

设P为主驱动马达输出功率，忽略机械传动的功率损耗，主驱动马达输出功率可近似等于切割功率，依据切割功率与线速度和驱动力之间的关系，可得：

设主驱动轮角速度为ω(单位为rad/s：弧度/秒)，半径为R，根据线速度和角速度之间关系有V＝ωR，带入公式[13]可得：

将公式[5]代入公式[3]，有

根据罗必塔法则和连续函数增减性判断方法,可以证明：

令A为切割面积，并结合公式[6]和公式[8]，可得：

A＝C′Nt [16]

式中

t为时间(单位h：小时)，令A′为单位时间内的锯割面积(单位为m²/h：平方米每小时)，即切割效率，则有

考虑到切向驱动力F与滑动摩擦力在切向的合力大小相等，依据滑动摩擦力公式有F＝Nf，再结合公式[13]，可得：

式中：A’为切割效率；C为绳锯切割比例系数，与绳子材料和工艺有关，无量纲，可通过实验室测试获得；f为绳子与被切割物体间的平均摩擦系数，与绳子和被切割物体材质有关；H_v为被切割物体的维氏硬度；P为主驱动马达功率。

需要说明的是，在上述分析中近似忽略了机械传动的损耗，如果将机械传动效率η考虑进来，公式[17]可修正为：

其中，G＝Cη，为考虑了机械传动效率η的锯割比例系数。

综合上述绳锯受力分析，可得如下结论：

1、绳锯切割效率正比于主驱动马达输出功率P。欲使绳锯切割效率达到最优，需使主驱动马达输出功率P在系统限制范围内保持最大值运行。

2、根据公式P＝FωR，在主驱动轮半径R确定的情况下，主驱动马达输出功率P取决于主驱动轮的角速度ω和切向驱动力F，故可通过调节主驱动轮的角速度ω和切向驱动力F实现主驱动马达输出功率的调节。

3、在切割角度及摩擦系数一定的情况下，收绳机构进给力S、绳子松端张力S_θ1、绳子紧端张力S_θ2及主驱动轮切向驱动力F之间互为正比关系。在实际控制中，收绳机构进给力S、绳子松端张力S_θ1、绳子紧端张力S_θ2及主驱动轮切向驱动力F均可作为受控量，与另一受控量角速度ω配合实现对主驱动马达输出功率P的调节。

基于上述分析结论，本发明提出了一种自动切割控制方法，以及基于该控制方法实现的具有自动切割控制功能的绳锯控制装置及系统，特别是一种双变频绳锯控制装置和系统。如说明书附图6所示的自动绳锯切割系统，其中自动切割控制器8为本发明提出的自动切割控制方法的具体实现，其在整个自动绳锯切割系统中可以是一个独立的控制装置，也可以是系统控制装置内部的一个软件模块。

如说明书附图6所示的自动绳锯切割系统与传统绳锯切割系统相比，除增加了自动切割控制器8外，还可选配增加张力反馈机构9用以检测切割张力。在一个实施例当中，如图6所示，该张力反馈机构9通过称重传感器91和图中所示三个成品字形安置的滑轮来实现，其中称重传感器91是用于检测力的装置，通常将感受到的力信号转换为电阻信号，将品字形顶端滑轮安置于称重传感器91之上，当绳子5按如图6所示成120度角绕过三个滑轮时，通过受力分析及平行四边形法则可知，绳子张力T1、T2以及二者合力N大小相等，合力N的方向沿品字形顶角中心线垂直于称重传感器91，称重传感器91能够感知此压力N，即等效于张力反馈T_fb，并与张力变送器92配合将其转化为电信号(电流或电压信号)传递给自动切割控制器8。所述张力反馈机构9的实现方案并不局限于上述方式，除了采用称重传感器的方案以外，还可以采用跳舞轮、张力摆杆的等方案，实现原理虽有所不同，但都是设法将张力信号转换为电信号，因此对于自动切割控制器8是兼容的。需要说明的是，张力反馈机构可以安置于系统的不同位置，可以采集绳子松端张力S_θ1、紧端张力S_θ2或主驱轮进给力F，考虑到前述绳锯受力分析结论3，这几个力信号为正比关系，均可作为受控量参与控制。

在绳锯切割过程中，自动切割控制器8实时监测系统输出功率、转速、张力等运行信息，自动控制完成整个切割流程，其内部控制逻辑和算法周期地运行并调节输出给主驱动控制器1的第一控制参考信号Ref1和输出给收绳控制器3的第二控制参考信号Ref2，通过主驱动控制器1和收绳控制器3实现对主驱动机构2和收绳机构4的控制，协调主驱动轮转速和收绳机构进给力进行切割操作，使主驱动马达输出功率趋于期望的限定值Pt(限定值Pt可依据需求通过系统参数、现场总线、模拟量输入等方式进行设置，例如，可以将限定值Pt设为主驱动马达额定功率P_nom)工作，从而使切割效率在系统限定内趋于最优。

需要说明的是，自动切割控制器8可与多种现有绳锯切割系统方案进行集成，可适配多种速度和收绳控制方案，其输出参考信号含义可以是转速、压力、张力、液体流量、气体流量、电压、电流等，具体取决于主驱动控制器1和收绳控制器3的实际情况，并会在后续予以说明。

自动切割控制器8实现了绳锯切割流程的自动化，其自动切割控制流程如说明书附图7所示，切割启动后，控制器周期地执行其内部的自动切割控制算法，并在此过程中自动检测切割是否完成、收绳进给是否超限等状态，直至切割完成或进给超限则自动执行受控停车操作并结束整个控制流程，具体流程如下：

S00：起始，启动切割。

S01：执行自动切割控制算法，并生成第一控制参考信号Ref1输出给主驱动控制器1以及第二控制参考信号Ref2输出给收绳控制器3，以期在后续步骤中通过主驱动控制器1和收绳控制器3协调控制主驱动机构2和收绳机构4。所述自动切割控制算法为自动切割控制器8的核心控制算法，将在后续予以详述。

S02：执行如下两个操作：

依据S01步骤执行自动切割控制算法生成的第一控制参考信号Ref1，通过主驱动控制器1对主驱动机构2进行控制。

依据S01步骤执行自动切割控制算法生成的第二控制参考信号Ref2，通过收绳控制器3对收绳机构4进行控制。

其中，步骤S02中的上述两个操作既可以是先后执行的也可以是并行执行的。

S03：判断是否切割完成或发生断线。如果切割完成或发生断线，则跳转至S04；反之，则返回至S01继续执行。

S04：受控停车。

针对上述步骤S03，在切割过程中，无论是切割完成还是绳子断裂时，绳子张力都会突然消失或降至非常小的值，基于此，自动切割控制器8通过实时监测张力反馈的变化来判断是否切割完成或者绳子断裂。当监测到张力值小于通过参数设置的最小张力T_min时则认为张力异常，并报警提示张力低于下限，说明切割已完成或绳子断裂。在此过程中，为了抑制噪声以及被切割材料性质突变引入的干扰，降低误报率，自动切割控制器8对张力反馈值T_fb会进行数字低通滤波处理，如果低通滤波器的时间常数为t_f设为10ms，考虑到自动切割控制器8的控制周期在具体实施例中可低至为1ms，则控制器可在(t_f+1)＝11ms内监测到绳子张力的突变。包括切割完成、断线、张力超限等异常发生后，自动切割控制器8会立即控制系统停车，当系统按要求配备制动电阻的情况下，此过程可以在0.1s内完成，以典型的最大线速度50米/秒开始执行恒减速度停车推算，异常发生后绳子继续旋转仅2.5米主驱动轮即可完成受控停止，极大地提高了安全性。

优选地，在所述步骤S03中判断是否切割完成或发生断线之后还包括判断收绳进给是否超限；如果收绳进给超限，则跳转至步骤S04；否则返回至步骤S01。收绳进给超限是指收绳进给运动达到或超过了其行程范围边界无法继续在之前进给方向上执行收绳进给运动的异常状态。例如，如说明书图2所示，在轨道平移收绳方案中行车44运行至轨道45末端无法继续收绳，或者如说明书附图3所示，在液压缸顶升收绳方案中液压缸升降至液压缸行程末端无法继续升降收绳，均视为收绳进给超限。当发生收绳进给超限后，自动切割控制器8会自动受控停车并提示收绳进给超限，此时需要人工介入，在停机掉电后，可通过移动设备增加收绳进给空间，调整后重新启动设备返回到步骤S01，重复前述切割流程直至切割完成。具体地，本发明所述判断收绳进给是否超限有如下两种方式：

方法一，在收绳机构进给运动行程末端安装行程限位开关，并将行程限位开关状态信号连接至自动切割控制器8，当收绳机构到达或超过行程限位开关安装位置时，会触发行程限位开关信号状态变化，自动切割控制器8通过检测行程限位开关状态判断收绳进给运动是否超限。行程限位开关有很多类型可以选择，例如，触碰开关、光电接近开关、电磁接近开关、涡流式接近开关、霍尔接近开关等。如说明书附图8是此方法一个实施例示意图，其为轨道电机驱动收绳方案，在轨道45两端各安装一个常开的涡流式接近开关42，并将开关信号连接至自动切割控制器8。在正常切割过程行车在行程范围内时，限位开关为打开状态，当行车运行至轨道两端使装置于行车44两侧的金属挡板43靠近限位开关时，则对应的限位开关会闭合，自动切割控制器8检测到开关信号状态由打开变为闭合，从而能够判断出收绳进给已超限。

方法二，出于安全考虑，收绳机构4设计有机械限位，且能够确保收绳机构运行至最大输出功率也无法冲破机械限位，以防止收绳进给运动冲过行程范围产生危险。当收绳机构为电机变频驱动时，收绳控制器3为电机变频控制器，在正常切割过程中且收绳进给运动在行程范围内时，收绳控制器3的输出功率P₂小于收绳电机的额定功率P_nom2，当收绳机构运行超过行程范围时会被机械限位卡死，如收绳控制器3试图控制收绳电机沿原方向继续执行进给运动时，其输出功率P₂将会快速增大并超过收绳电机的额定功率P_nom2，因此可以通过收绳控制器3的输出功率P₂是否超过收绳电机的额定功率P_nom2来间接推断收绳进给是否超限，当P₂>P_nom2时则认为收绳进给超限。其中，收绳电机的额定功率P_nom2为可配置参数，依据收绳电机铭牌参数设置，收绳控制器3的输出功率P₂可通过下述公式计算获得：

P₂＝U_dc2I_dc2；

式中，U_dc2和I_dc2分别为收绳控制器3的变频控制器方案的直流母线电压和电流，通过收绳控制器3提供的接口获得，具体取决于收绳控制器3的实现。需要说明的是，该方法仅适用于收绳机构4为电机变频驱动，且该方法无法区分收绳进给超限与收绳电机因其他原因，例如收绳电机堵转，导致的收绳控制器3输出功率超限，考虑到任何原因到导致的功率超限均属于系统异常，并需要停机进行人工检查，因此使用该方法进行收绳进给超限判断不影响整个切割控制过程的自动化。

上述自动切割流程中，步骤S01中执行的自动切割控制算法是自动切割控制器8的核心算法，其有三种控制模式，可通过系统参数配置选择，控制模式1为速度优先模式，控制模式2为张力优先模式，控制模式3为双补偿模式，依据控制模式的不同自动切割控制算法的控制策略会有所不同。如图9所示是自动切割控制算法的控制框图，其中：

1、速度检测模块86，用以检测主驱动马达转速。依据主驱动马达类型及实际系统组成的不同，有多种检测方法：

方法1：当系统配备有转速传感器时，例如增量差分编码器、旋变编码器等，可通过采集传感器反馈信号获取实际角速度ω_fb(单位rad/s：弧度/秒)。此方法适用于所有马达类型。

方法2：当主驱动机构为电机变频驱动时，可按下述公式估算：

式中，f为主驱动控制器1的变频控制器方案的输出电频率(单位Hz：赫兹)，是主驱动控制器1的内部参量，可通过其提供的接口获得，具体取决于主驱动控制器1的实现；p为电机极数，是可配置参数，依据电机铭牌设置；S为电机转差率，是可配置参数，异步电机依据其铭牌设置，同步电机S＝0。

方法3：当主驱动机构为液压马达驱动时，依据液压马达入口流量进行估算：

式中，Q为液压马达入口流量(单位m³/s：立方米/秒)，如系统配置有流量检测装置，可从流量检测装置获取，否则可用主驱动控制器1的输出流量给定代替做近似运算；q₀为液压马达排量(单位m³/r，立方米/转)，为可配置参数，从马达铭牌参数获得；η_v为液压马达容积效率，为可配置参数，从马达铭牌参数获得。

2、功率检测模块87，用以检测主驱动马达实际输出功率。依据主驱动马达类型及实际系统组成不同，有多种检测方法：

方法1：如系统配备了转速及转矩传感器，可依据如下公式计算：

P_fb1＝ω_fb*Torq

式中，P_fb1为主驱动马达输出功率(单位w：瓦)；ω_fb为速度检测模块86检测到的实际角速度(单位rad/s：弧度/秒)；Torq为实际转矩(单位Nm：牛米)，通过转矩传感器获得。此方法适用于所有类型马达。

方法2：如系统配备了转速传感器，并在绳锯松端和紧端均配备了张力传感器，可依据如下公式计算：

P_fb1＝(F2-F1)ω_fbR；

式中，F2为绳子紧端张力，通过安置在绳子紧端的张力传感器获得；F1为松端张力，通过安置在绳子松端的张力传感器获得；ω_fb为速度检测模块86检测到的实际角速度(单位rad/s)；R为主驱动轮半径，为可配置参数，依据实际测量结果配置。此方法适用于所有类型马达。

方法3：当主驱动机构为电机变频驱动时，可通过如下公式计算：

P_fb1＝U_dcI_dcη；

式中，U_dc和I_dc分别为主驱动控制器1的变频控制器方案的直流母线电压和电流，通过主驱动控制器1提供的接口获得，具体取决于主驱动控制器1的实现；η为电机效率，为可配置参数，从电机铭牌获得。此方法仅适用于主驱动机构2是电机变频驱动的方案。

方法4：当采用液压马达，且有液压马达入口流量信息和压力信息时，通过如下公式计算：

P_fb1＝pQη；

式中，p为压力(单位Pa)，从主驱动控制器1获得；Q为液压马达入口流量(单位m³/s)，如系统配置有流量检测装置，可从流量检测装置获取，否则可用主驱动控制器1的输出流量给定代替做近似运算；η为液压马达总效率。

3、张力检测模块88，有两种检测张力的方法：

方法1：通过接收来自张力反馈机构9的张力反馈信号AI_Tfb(电压或电流信号)，经如下公式做线性转换计算获得：

T_fb＝(AI_Tfb-AI_Tfb-min)/(AI_Tfb-max-AI_Tfb-min)*(T_fb-max-T_fb-min)+T_fb-min；

其中：

T_fb为计算得出的张力反馈值；

AI_Tfb为张力反馈机构检测到的由张力转换而来的模拟量电信号，可以为电流或电压信号；

T_fb-min和T_fb-max分别为张力反馈机构的张力测量范围最小和最大值，需通过系统参数预先设置好，具体取决于张力反馈机构的实际情况；

AI_Tfb-min和AI_Tfb-max分别为张力反馈机构测量范围最小张力和最大张力所对应的电信号值，可以为电压或电流信号，需通过系统参数预先设置好，具体取决于张力反馈机构的实际情况。

方法2：系统也可以选择不配备张力反馈机构的硬件，但仍需要具有张力反馈的功能。当系统未配备张力反馈机构硬件部分时，可通过如下公式计算获得张力反馈值T_fb：

式中，P_fb1为功率检测模块87检测到的实际输出功率(单位：瓦)；ω速度检测模块86检测到的主驱动马达实际角速度(单位rad/s:弧度/秒)；R为主驱动轮半径(单位m：米)，为可配置参数，依据实际测量值设置。

需要说明的是，此处计算得到的T_fb是主驱动马达作用在主驱动轮切向的等效驱动力，并不直接等于绳子张力，但考虑到“绳锯受力分析结论3”，其与绳子张力成正比，可作为受控量之一参与控制。

4、前馈控制器81，基于系统参数设置及实际功率反馈P_fb1等信息，生成角速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff。依据控制模式不同会有不同的控制策略，具体在后续相关控制模式控制流程中有详细描述。

5、速度补偿模块82，接收前馈控制器81输出的速度前馈ω_ff，依据控制模式确定是否对其进行补偿，并最终输出速度参考ω_ref。具体地，当控制模式为模式1速度优先模式时，不进行补偿，直接输出速度前馈ω_ff作为速度参考ω_ref，当控制模式为模式2张力优先模式或模式3双补偿模式时，对速度前馈ω_ff进行补偿，以主驱动马达输出功率限定值Pt与功率检测模块87监测到的实际功率P_fb1的差作为PID控制器(即一种按受控量目标值和反馈值偏差的比例(P-Proportion)、积分(I-Integral)和微分(D-Differential)进行控制的自动调节器)的输入进行PID调节，输出速度参考补偿值ω_comp，并与速度前馈ω_ff叠加以调节最终的速度参考ω_ref，从而达到通过调速使主驱动马达实际输出功率趋于系统限定值的控制目的。

6、张力补偿模块83，接收前馈控制器81输出的张力前馈T_ff，依据控制模式选择是否对其进行补偿，并最终输出张力参考T_ref。具体地，当控制模式为模式2张力优先模式时，不进行补偿，直接输出张力前馈T_ff作为张力参考T_ref，当控制模式为模式1速度优先模式或模式3双补偿模式时，对张力前馈T_ff进行补偿，以主驱动马达输出功率限定值Pt与功率检测模块87监测到的实际功率P_fb1的差作为PID控制器的输入进行PID调节，输出张力参考补偿值T_comp，并与张力前馈T_ff叠加生成最终的张力参考T_ref，从而达到通过调节张力使主驱动马达实际输出功率趋于系统限定值的控制目的。

7、张力控制器84，基于PID控制算法，以张力参考T_ref和张力反馈T_fb之差作为PID控制器的输入进行PID调节，已达到精准控制张力的目的。

8、第一参考输出转换模块85-01和第二参考输出转换模块85-02，两者通过下述系数可配置的多项式实现参考输出的转换：

f(x)＝ax²+bx+cx^-1+dx^-2+e

式中，a,b,c,d,e为可配置系数，具体依据参考输出信号与参考信号的转换关系设置。该转换模块可支持-2次幂到+2次幂的任意多项式关系转换。其中，对于第一控制参考信号Ref1和第二控制参考信号Ref2的转换来说，计算各自的所述多项式的系数是相互独立的。例如：当主驱动控制器1为电机变频控制器时，假设速度参考信号为1-10v的模拟量电压信号，线性对应角速度值0～50π/s，对应有第一控制参考信号Ref1＝ω_ref/5π，则其对应参考输出转换模块85-01的系数为：a＝0、b＝1/5π≈0.064、c＝0、d＝0、e＝0。

自动切割控制算法基于上述各个单元，按照如说明书附图10所示在每个控制周期执行如下流程：

起始，以及随后的前馈控制。前馈控制器依据控制模式不同，采取不同的前馈控制策略，并生成速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff。后续主要包括两个子流程，分别为第一控制参考信号(即主驱动控制参考信号)生成流程和第二控制参考信号生成流程。其中第一控制参考信号生成流程包括：

S0121：判断控制模式是否为模式1速度优先模式。如果是，则不执行速度补偿，跳转至S0125；反之，进入S0122。

S0122：判断实际输出功率P_fb1是否在功率补偿窗口内。功率补偿窗口是通过系统参数P_win和主驱动马达输出功率限定值Pt指定的一个功率范围[Pt-P_win,Pt+P_win]，用以确定是否激活自动切割控制算法中的功率补偿模块，即速度补偿模块82和张力补偿模块83两部分，当主驱动马达实际输出功率P_fb1∈[Pt-P_win,Pt+P_win]时激活，反之禁止。用户可依据需求及试车情况通过系统参数、现场总线、模拟量输入等方式对所述Pt和P_win进行调节，例如，将Pt设为主驱动马达额定功率P_nom，将P_win设为P_nom的5％。如果在功率补偿窗口内，则进入S0123；反之，跳转至S0125。

S0123：执行速度补偿。以主驱动马达输出功率限定值Pt与功率检测模块87监测到的实际功率P_fb1的差作为PID控制器的输入进行PID调节，输出速度参考补偿值ω_comp。

S0124：将速度补偿值ω_comp与速度前馈ω_ff叠加生成速度参考ω_ref，ω_ref＝ω_ff+ω_comp。随后跳转至S0126。

S0125：直接使用速度前馈做速度参考，ω_ref＝ω_ff。随后进入S0126。

S0126：第一参考输出转换。将速度参考ω_ref转换为主驱动控制器所需的第一控制参考信号Ref1。

所述第二控制参考信号生成流程包括：

S0131：判断控制模式是否为模式2张力优先模式。如果是，则不执行张力补偿，跳转至S0135；反之，进入S0132。

S0132：判断实际输出功率P_fb1是否在功率补偿窗口内。如果是，则进入S0133；反之，跳转至S0135。

S0133：执行张力补偿。以主驱动马达输出功率限定值Pt与功率检测模块87监测到的实际功率P_fb1的差作为PID控制器的输入进行PID调节，输出张力参考补偿值T_comp。

S0134：将张力补偿值T_comp与张力前馈T_ff叠加生成张力参考T_ref，T_ref＝T_ff+T_comp。随后跳转至S0136。

S0135：直接使用张力前馈做为张力参考，T_ref＝T_ff。随后跳转至S0136。

S0136：以张力参考T_ref和张力反馈T_fb之差作为PID控制器的输入进行PID调节，并生成收绳控制参考C_ref。随后进入S0137。

S0137：第二参考输出转换。将收绳控制参考C_ref转换为收绳控制器所需的第二控制参考信号Ref2。

上述第一控制参考信号生成流程和第二控制参考信号生成流程既可以是先后执行的两个流程也可以是并行执行的两个流程。

如前文所述，前馈控制器81，在不同控制模式下有不同的前馈控制策略，以下对本实施方式中的三种控制模式作进一步的描述。

控制模式1——速度优先模式

A、如主驱动马达实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口内，则保持当前速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff不变。

B、如P_fb1在功率补偿窗口之下运行时(即P_fb1<Pt-P_win)，前馈控制器81优先提升主驱动马达速度前馈ω_ff至其最大值ω_max(ω_max＝V_max/R，R为主驱动轮半径，V_max为绳锯切割最大线速度，是可配置参数，依据系统允许的最大切割线速度设置)。此期间，如ω_ff已经提爬升至ω_max，则保持当前ω_ff不变，并提升张力前馈T_ff至其最大值T_max(T_max为可配置参数，依据绳子允许的最大张力设定，并受主驱动马达最大转矩与主驱动轮半径限制，T_max<＝TORQ_max/R，TORQ_max为主驱动马达最大转矩，R为主驱动轮半径，T_max具体值可依据试车情况进行调整)，在此过程中一旦P_fb1进入功率补偿窗口内(即P_fb1∈[Pt-P_win,Pt+P_win])或T_ff已达到其最大值T_max，则保持当前ω_ff和T_ff不变。

C、反之，当负载发生变化导致P_fb1运行在在功率补偿窗口之上(即P_fb1>Pt+P_win)时，先降低张力前馈T_ff，如T_ff已降至张力最小值T_min(T_min为可配置参数，可依据实际试车情况通过参数进行调整，例如设置为参数T_max的10％)，而P_fb1仍在功率补偿窗口之上，则保持当前T_ff不变，并降低速度前馈ω_ff，在此过程中一旦P_fb1进入功率补偿窗口，则保持ω_ff和T_ff不变。该模式控制流程如说明书附图11所示，具体如下：

S0：起始；

S1：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系。如P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈及张力前馈不变，并随后进入S10；如P_fb1在功率补偿窗口之下，说明绳锯切割速度和张力可继续升高，以提高切割效率，则进入S2；如P_fb1在功率补偿窗口之上，说明需要降低切割速度或张力以降低主驱动马达负荷，则进入S6。

S2：判断当前速度前馈ω_ff是否小于上限值ω_max。如果小于上限值，按照该模式的控制策略，优先提升速度前馈ω_ff，则进入S3；反之，如果达到或超过上限值，则进入S4。

S3：速度前馈斜坡爬升。ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*tc，ω_ff为角速度前馈，t_vup为速度由0爬升到最大值ω_max所需要的时间，用户可依据实际需求和试车情况通过参数“转速爬升时间”对其进行配置，t_c为控制周期，默认为1ms。之后进入S10。

S4：判断当前张力前馈T_ff是否小于上限值T_max。如果小于上限值，说明可以继续提高张力使主驱动马达功率接近上限值，则进入状态S5。反之，如果达到或超过了上限，则说明在主驱动马达功率虽尚未达到期望的限定值Pt的情况下，而速度前馈和张力前馈都已达到了上限，不能再向上爬升，则保持当前速度前馈和张力前馈值，并直接进入S10，结束本控制周期的前馈控制。

S5：张力前馈斜坡爬升。T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*tc,T_ff为张力前馈，t_tup为张力由0爬升到最大值T_max所需要的时间，用户可依据实际需求和试车情况通过参数“张力爬升时间”对其进行配置，t_c为控制周期，默认为1ms。随后进入S10。

S6：判断当前张力前馈是否大于其下限值T_min。如大于，说明张力前馈还有下降空间，进入S7；反之，则需要继续下调速度前馈以降低主驱动马达负荷，并进入S8。

S7：张力前馈斜坡下降。T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*tc,T_ff为张力前馈，t_tdn为张力由最大值T_max下降到0所需要的时间，用户可依据实际需求和试车情况通过参数“张力下降时间”对其进行配置，t_c为控制周期，默认为1ms。随后进入S10。

S8:判断当前速度前馈是否大于其下限值ω_min。如大于，说明速度前馈还可以进一步降低，以减小主驱动马达负荷，则进入S9；反之，说明速度前馈和张力前馈均已经降至下限值，则保持当前速度前馈和张力前馈值，并进入S10，结束本控制周期的前馈控制。

S9：速度前馈斜坡下降。ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*tc,ω_ff为速度前馈，t_vdn为速度由最大值ω_max下降到0所需要的时间，用户可依据实际需求和试车情况通过参数“转速下降时间”对其进行配置，t_c为控制周期，默认为1ms。随后进入S10状态。

S10：结束本周期的前馈控制。

综上，控制模式1速度优先模式下，自动切割控制算法优先保证主驱动马达角速度运行至限定值，并通过调节张力使主驱动马达的输出功率趋于期望的限定值Pt，以使切割效率在系统限定内趋于最优。在同一控制周期仅调节一个受控参量，算法及配置简单。

控制模式2——张力优先模式

A、如主驱动马达实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口内，则保持当前速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff不变。

B、如P_fb1在功率补偿窗口之下运行时，前馈控制器81优先提升张力前馈T_ff至其最大值T_max。此期间，如T_ff已经提爬升至其最大值T_max，则保持当前T_ff不变，并提升速度前馈ω_ff至其最大值ω_max，在此过程中一旦P_fb1进入功率补偿窗口内或ω_ff已达到其最大值ω_max，则保持当前ω_ff和T_ff不变。

C、反之，当负载发生变化导致P_fb1运行在在功率补偿窗口之上时，先降低速度前馈ω_ff，如ω_ff已降至其最小值ω_min，而P_fb1仍在功率补偿窗口之上时，则保持当前速度前馈ω_ff不变，并降低张力前馈T_ff，在此过程中一旦P_fb1进入功率补偿窗口，则保持ω_ff和T_ff不变。该模式控制流程如说明书附图12所示，具体如下：

S0：起始；

S1：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系。如P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈及张力前馈不变，并随后进入S10；如P_fb1在功率补偿窗口之下，说明绳锯切割速度和张力可继续升高，以提高切割效率，则进入S2；如P_fb1在功率补偿窗口之上，说明需要降低切割速度或张力以降低主驱动马达负荷，则进入S6。

S2：判断当前张力前馈T_ff是否小于上限值T_max。如果小于上限值，按照该模式的控制策略，优先提升张力前馈T_ff，则进入S3；反之，如果达到或超过上限值，则进入S4。

S3：张力前馈斜坡爬升。T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*tc，之后进入S10。

S4：判断当前速度前馈ω_ff是否小于上限值ω_max。如小于，说明可以继续提高速度使主驱动马达功率接近期望的限定值Pt，则进入状态S05。反之，如果达到或超过了上限，则说明在主驱动马达输出功率尚未达到期望的限定值的情况下，而速度前馈和张力前馈都已达到了上限，不能再向上爬升，则保持当前速度前馈和张力前馈值，并直接进入S10，结束本周期的前馈控制。

S5：速度前馈斜坡爬升。ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*tc，随后进入S10。

S6：判断当前速度前馈是否大于其下限值ω_min。如大于，说明速度前馈还有下降空间，进入S7；反之，则需要下调张力前馈以降低主驱动马达负荷，并进入S8。

S7：速度前馈斜坡下降。ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*tc，随后进入S10。

S8:判断当前张力前馈是否大于其下限值T_min。如大于，说明张力前馈还可以进一步降低，以减小主驱动马达负荷，则进入S9；反之，说明速度前馈和张力前馈均已经降至下限值，则保持当前速度前馈和张力前馈值，并进入S10，结束控制周期的前馈控制。

S9：张力前馈斜坡下降。T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*tc，随后进入S10状态。

S10：结束本周期的前馈控制。

综上，控制模式2张力优先模式下，自动切割控制算法优先保证张力运行至限定值，并通过调节速度使主驱动马达的输出功率趋于限定值Pt，以使切割效率在系统限定内趋于最优。在同一控制周期仅调节一个受控参量，算法及配置简单。

控制模式3——双补偿模式

A、该模式下，如主驱动马达实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口内，则保持当前速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff不变。

B、如P_fb1在功率补偿窗口之下运行时，同时对速度前馈和张力前馈进行斜坡爬升，直至达到各自最大值，在此过程中一旦P_fb1进入功率补偿窗口内，则保持当前ω_ff和T_ff不变。

C、反之，当负载发生变化导致P_fb1运行在在功率补偿窗口之上时，同时对速度前馈和张力前馈进行斜坡下降，直至达到各自最小值，在此过程中一旦P_fb1进入功率补偿窗口内，则保持当前ω_ff和T_ff不变。该模式控制流程如说明书附图13所示，具体如下：

S0：起始

S1：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系。如P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈及张力前馈不变，并随后结束本控制周期的前馈控制；如P_fb1在功率补偿窗口之下，说明绳锯切割速度和张力可继续升高，则并行执行速度爬升流程和张力爬升流程以提高切割效率；如P_fb1在功率补偿窗口之上，说明需要降低切割速度或张力以降低主驱动马达负荷，则并行执行速度下降流程和张力下降流程。

其中，所述速度前馈爬升流程包括：

S21：判断当前速度前馈ω_ff是否小于ω_max。如小于，说明速度前馈还有上升空间，则进入S22；反之，说明速度前馈已爬升至上限，则保持当前速度前馈值，并结束本控制周期的速度前馈爬升流程。

S22：速度前馈斜坡爬升。ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*tc，t_vup为速度由0爬升到最大值ω_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的速度前馈爬升流程。

所述张力前馈爬升流程包括：

S31：判断当前张力前馈T_ff是否小于T_max。如小于，说明张力前馈还有上升空间，则进入S32；反之，说明张力前馈已爬升至上限，则保持当前张力前馈值，并结束本控制周期的张力前馈爬升流程。

S32：张力前馈斜坡爬升。T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*tc，t_tup为张力由0爬升到最大值T_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的张力前馈爬升流程。

所述速度前馈下降流程包括：

S41：判断当前速度前馈ω_ff是否大于ω_min。如大于，说明速度前馈还有下降空间，则进入S42；反之，说明速度前馈已下降至下限，则保持当前速度前馈值，并结束本控制周期的速度前馈下降流程。

S42：速度前馈斜坡下降。ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*tc，t_vdn为速度由最大值ω_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的速度前馈下降流程。

所述张力前馈下降流程包括：

S51：判断当前张力前馈T_ff是否大于T_min。如大于，说明张力前馈还有下降空间，则进入S52；反之，说明张力前馈已下降至下限，则保持当前张力前馈值，并结束本控制周期的张力前馈下降流程。

S52：张力前馈斜坡下降。T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*tc，t_tdn为张力由最大值T_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的张力前馈下降流程。

综上，控制模式3双补偿模式下，自动切割控制算法同时对速度和张力进行调节，使速度和张力的保持一致的控制逻辑，控制算法的适应性强。

如说明书附图14所示是本发明所述自动切割控制方法的一个实施例，该绳锯系统主驱动机构2通过主驱动电机21驱动主驱动轮22，收绳机构4通过收绳驱动电机41驱动滑轮组升降实现收绳进给运动，并通过张力反馈机构9实现切割张力的检测。其中，双变频绳锯控制装置10是本发明针对此类主驱动机构和收绳机构均采用电机驱动的绳锯系统提出的一种具备自动切割控制功能的集成控制装置，其内部集成了整流器100，两个变频控制器主驱动控制器1和收绳控制器3，以及本发明提出的自动切割控制器8。具体的，整流器100将来自三相交流电源的交流电转换为直流电，并供给逆变器11和逆变器31，主驱动控制器1中的逆变器11受速度控制器12控制将直流再次转换为频率可变的交流信号，用以驱动主驱动电机21，从而实现主驱动机构旋转切割运动的控制；同理，收绳控制器3中的逆变器31受速度控制器32控制将直流转换为频率可变的交流信号，用以驱动收绳驱动电机41，实现对收绳机构中滑轮组升降运动的控制，进而实现绳锯切割张力的控制。而本发明提出的自动切割控制器8在本实施例中作为一个软件模块，与速度控制器12和速度控制器32一并被集成在一个微控制器101上，三个控制模块在同一芯片内协同工作，实现微秒级的同步控制。在切割过程中，自动切割控制器8实时监测来自张力反馈机构9的切割张力信号和来自速度控制器12的输出功率，通过内部自动切割控算法，在每个控制周期自动调节输出给速度控制器12和速度控制32的速度参考，协调控制主驱动电机21和收绳驱动电机41，进而实现切割速度和切割张力的协调控制以及切割流程的自动化。

本发明提出的自动切割控制方法在绳锯系统中被实现为自动切割控制器，通过其内部的自动切割控制算法，基于实时监测的切割速度、切割张力、主驱动马达输出功率等信息，实现绳锯切割过程的自动化控制，并通过三种不同控制模式，对绳锯切割速度和切割张力实现以最优切割效率为控制目标的三种控制方案。与现有技术方案相比，本发明可自动调节绳锯切割速度和张力，降低操作复杂度，提高自动化程度，通过面向最优切割效率的控制方法，使切割效率在系统限定范围内达到最优，并通过对张力和速度的监测，在毫秒级对断线、收绳进给行程超限、切割完成等异常自动做出快速响应，提高安全性，降低设备故障率，并能够延长设备及绳子等耗材的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种绳锯的自动控制方法，通过自动切割控制器(8)，对绳锯切割过程实现自动化控制，其特征在于，所述自动切割控制器(8)协调控制主驱动控制器(1)和收绳控制器(3)，从而实现对主驱动机构(2)和收绳机构(4)的协调控制，所述控制方法包括如下步骤：

S00：启动切割；

S01：执行自动切割控制算法，并生成第一控制参考信号输出给主驱动控制器(1)以及第二控制参考信号输出给收绳控制器(3)；

S02：执行如下两个操作：

依据S01步骤中的所述第一控制参考信号，通过主驱动控制器(1)对主驱动机构(2)进行控制；以及，

依据S01步骤中的所述第二控制参考信号，通过收绳控制器(3)对收绳机构(4)进行控制；

S03：通过检测切割张力判断是否切割完成或发生断线；如果切割完成或发生断线，则跳转至S04；反之，返回至步骤S01；

S04：受控停车。

2.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，所述步骤S03中的判断是否切割完成或发生断线之后还包括判断收绳进给是否超限；如果收绳进给超限，则跳转至步骤S04；否则返回至步骤S01。

3.根据权利要求2所述的自动控制方法，其特征在于，在判断收绳进给超限跳转至所述步骤S04之后，还包括步骤S05：调整进给量，然后返回步骤S01。

4.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，在所述步骤S03中，对所述切割张力进行低通滤波处理。

5.根据权利要求2所述的自动控制方法，其特征在于，在所述步骤S03中，通过在收绳进给行程末端设置的行程限位开关来判断收绳进给是否超限；或者，

当收绳机构为电机驱动时，通过比较所述收绳控制器(3)的输出功率是否超过收绳电机功率上限来判断收绳进给是否超限。

6.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，

在所述步骤S01中，所述执行自动切割控制算法，并生成第一控制参考信号输出给主驱动控制器(1)以及第二控制参考信号输出给收绳控制器(3)具体包括如下操作：

通过前馈控制获得速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff；根据控制模式和主驱动马达的输出功率，判断是否需要进行速度补偿并生成速度补偿值ω_comp，以及是否需要张力补偿并生成张力补偿值T_comp；

若需要进行速度补偿，则将速度补偿值ω_comp与速度前馈ω_ff叠加生成速度参考ω_ref；

若需要进行张力补偿，则将张力补偿值T_comp与张力前馈T_ff叠加生成张力参考T_ref。

7.根据权利要求6所述的自动控制方法，其特征在于，

所述执行自动切割控制算法具体包括第一控制参考信号生成流程和第二控制参考信号生成流程；

其中，所述第一控制参考信号生成流程包括：

S0121：判断控制模式是否为速度优先模式，如果是，则跳转至S0125；反之，进入S0122；

S0122：判断主驱动马达实际输出功率P_fb1是否在功率补偿窗口内；如果在所述功率补偿窗口内，则进入S0123；反之，跳转至S0125；

S0123：执行速度补偿，以主驱动马达输出功率限定值Pt与所述实际输出功率P_fb1的差作为PID控制器的输入进行PID调节，输出速度参考补偿值ω_comp；

S0124：将速度补偿值ω_comp与速度前馈ω_ff叠加生成速度参考ω_ref，ω_ref＝ω_ff+ω_comp，随后跳转至S0126；

S0125：直接使用速度前馈做速度参考，ω_ref＝ω_ff，随后进入S0126；

S0126：第一参考输出转换，将速度参考ω_ref转换为主驱动控制器所需的第一控制参考信号；

所述第二控制参考信号生成流程包括：

S0131：判断控制模式是否为张力优先模式，如果是，则跳转至S0135；反之，进入S0132；

S0132：判断实际输出功率P_fb1是否在功率补偿窗口内；如果是，则进入S0133；反之，跳转至S0135；

S0133：执行张力补偿，以主驱动马达输出功率限定值Pt与实际输出功率P_fb1的差作为PID控制器的输入进行PID调节，输出张力参考补偿值T_comp；

S0134：将张力补偿值T_comp与张力前馈T_ff叠加生成张力参考T_ref，T_ref＝T_ff+T_comp，随后跳转至S0136；

S0135：直接使用张力前馈做为张力参考，T_ref＝T_ff，随后跳转至S0136；

S0136：以张力参考T_ref和张力反馈T_fb之差作为PID控制器的输入进行PID调节，并生成收绳控制参考C_ref；

S0137：第二参考输出转换；将收绳控制参考C_ref转换为所述第二控制参考信号；

其中，所述张力反馈T_fb为自动切割控制器(8)通过其张力检测模块(88)获得的实际切割张力。

8.根据权利要求7所述的自动控制方法，其特征在于，

所述功率补偿窗口是通过系统参数P_win与主驱动马达输出功率限定值Pt共同指定的一个功率范围[Pt-P_win,Pt+P_win]。

9.根据权利要求7所述的自动控制方法，其特征在于，

所述步骤S0126和所述步骤S0137中的转换操作为通过下述系数可配置的多项式实现：

f(x)＝ax²+bx+cx^-1+dx^-2+e

式中，a,b,c,d,e为可配置系数；f(x)为第一控制参考信号时，对应x为速度参考ω_ref，f(x)为第二控制参考信号时，对应x为收绳控制参考C_ref；并且对于所述第一控制参考信号和所述第二控制参考信号的转换来说，计算各自的所述多项式的系数是相互独立的。

10.根据权利要求1～9任一项所述的自动控制方法，其特征在于，

所述检测切割张力是通过获取张力反馈机构(9)的输出信号，或者根据主驱动马达输出功率、角速度和主驱动轮半径计算获得的。

11.根据权利要求10所述的自动控制方法，其特征在于，

通过所述张力反馈机构(9)采集绳子松端张力、绳子紧端张力、主驱动轮进给力中的一个或多个，并将所述一个参量或多个参量的计算结果作为受控量参与控制。

12.根据权利要求6或7所述的自动控制方法，其特征在于，

所述通过前馈控制获得速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff，具体包括：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系；当所述实际输出功率P_fb1在所述功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈ω_ff及张力前馈T_ff不变；当所述实际输出功率P_fb1在所述功率补偿窗口之下，则执行速度爬升流程和/或张力爬升流程；当所述实际输出功率P_fb1在所述功率补偿窗口之上，则执行速度下降流程和/或张力下降流程。

13.根据权利要求6或7所述的自动控制方法，其特征在于，

所述通过前馈控制获得速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff，具体包括：

S0111：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与所述功率补偿窗口之间的关系；如所述实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈ω_ff及张力前馈T_ff不变，并随后进入S01110；如所述实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之下，则进入S0112；如所述实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之上，则进入S0116；

S0112：判断当前速度前馈ω_ff是否小于上限值ω_max；如果小于上限值，进入S0113；反之，则进入S0114；

S0113：速度前馈斜坡爬升，ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*t_c，t_vup为速度由0爬升到最大值ω_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后进入S01110；

S0114：判断当前张力前馈T_ff是否小于上限值T_max；如果小于上限值，则进入S0115；反之，则保持当前速度前馈和张力前馈不变，并直接进入S01110；

S0115：张力前馈斜坡爬升，T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*t_c，t_tup为张力由0爬升到最大值T_max所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110；

S0116：判断当前张力前馈是否大于其下限值T_min，如大于，进入步骤S0117；反之，进入步骤S0118；

S0117：张力前馈斜坡下降，T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*t_c，t_tdn为张力由最大值T_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110；

S0118：判断当前速度前馈是否大于其下限值ω_min，如大于，进入S0119；反之，保持当前速度前馈和张力前馈不变，并进入S01110；

S0119：速度前馈斜坡下降，ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*t_c，t_vdn为速度由最大值ω_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110；

S01110：结束本控制周期的前馈控制。

14.根据权利要求6或7所述的自动控制方法，其特征在于，

所述通过前馈控制获得速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff，具体包括：

S0111：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈及张力前馈不变，并随后进入S01110；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之下，进入S0112；如实际输出功率Pfb1在功率补偿窗口之上，则进入S0116；

S0112：判断当前张力前馈T_ff是否小于上限值T_max；如果小于上限值，则进入S0113；反之，则进入S0114；

S0113：张力前馈斜坡爬升，T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*t_c，t_tup为张力由0爬升到最大值T_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后进入S01110；

S0114：判断当前速度前馈ω_ff是否小于上限值ω_max；如小于，则进入步骤S0115；反之，则保持当前速度前馈和张力前馈值，并直接进入S01110；

S0115：速度前馈斜坡爬升，ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*t_c，t_vup为速度由0爬升到最大值ω_max所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110；

S0116：判断当前速度前馈是否大于其下限值ω_min；如大于，进入S0117；反之，进入S0118；

S0117：速度前馈斜坡下降，ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*t_c，t_vdn为速度由最大值ω_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，随后进入S01110。

S0118：判断当前张力前馈是否大于其下限值T_min；如大于，则进入S0119；反之，保持当前速度前馈和张力前馈不变，并进入S01110；

S0119：张力前馈斜坡下降，T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*t_c，t_tdn为张力由最大值T_max下降到0所需要的时间，tc为控制周期，随后进入S01110；

S01110：结束本控制周期的前馈控制。

15.根据权利要求6或7所述的自动控制方法，其特征在于，

所述通过前馈控制获得速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff，具体包括：

S0111：判断当前主驱动马达实际输出功率P_fb1与功率补偿窗口之间的关系；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之内，则保持当前速度前馈及张力前馈不变，并随后结束本控制周期的前馈控制；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之下，则并行执行速度爬升流程和张力爬升流程；如实际输出功率P_fb1在功率补偿窗口之上，则并行执行速度下降流程和张力下降流程；

所述速度前馈爬升流程包括：

S01121：判断当前速度前馈ω_ff是否小于ω_max；如小于，进入S01122；反之，则保持当前速度前馈值，并结束本控制周期的速度前馈爬升流程；

S01122：速度前馈斜坡爬升，ω_ff＝ω_ff+ω_max/t_vup*t_c，t_vup为速度由0爬升到最大值ω_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的速度前馈爬升流程；

所述张力前馈爬升流程包括：

S01131：判断当前张力前馈T_ff是否小于T_max；如小于，进入S01132；反之，则保持当前张力前馈值，并结束本控制周期的张力前馈爬升流程；

S01132：张力前馈斜坡爬升，T_ff＝T_ff+T_max/t_tup*t_c，t_tup为张力由0爬升到最大值T_max所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的张力前馈爬升流程；

所述速度前馈下降流程包括：

S01141：判断当前速度前馈ω_ff是否大于ω_min；如大于，进入S01142；反之，则保持当前速度前馈值，并结束本控制周期的速度前馈下降流程；

S01142：速度前馈斜坡下降，ω_ff＝ω_ff-ω_max/t_vdn*t_c，t_vdn为速度由最大值ω_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的速度前馈下降流程；

所述张力前馈下降流程包括：

S01151：判断当前张力前馈T_ff是否大于T_min；如大于，进入S01152；反之，则保持当前张力前馈值，并结束本控制周期的张力前馈下降流程；

S01152：张力前馈斜坡下降，T_ff＝T_ff-T_max/t_tdn*t_c，t_tdn为张力由最大值T_max下降到0所需要的时间，t_c为控制周期，之后结束本控制周期的张力前馈下降流程。

16.一种用于执行权利要求1-15任一种自动控制方法的绳锯，其特征在于，

包括张力反馈机构(9)，用于检测切割张力并将张力信号传递所述自动切割控制器(8)；所述自动切割控制器(8)输出第一控制参考信号给主驱动控制器(1)，并且输出第二控制参考信号给收绳控制器(3)，从而实现对主驱动机构(2)和收绳机构(4)的协调控制；

所述自动切割控制器(8)还包括：

速度检测模块(86)，用以检测主驱动马达转速；

功率检测模块(87)，用以检测主驱动马达实际输出功率；

张力检测模块(88)，用以检测实际切割张力。

17.根据权利要求16所述的绳锯，其特征在于，

所述自动切割控制器(8)还包括：

前馈控制器(81)，基于系统参数设置及实际功率反馈P_fb1信息，生成速度前馈ω_ff和张力前馈T_ff；

速度补偿模块(82)，接收所述前馈控制器(81)输出的速度前馈ω_ff，依据控制模式确定是否对其进行补偿，并输出速度参考ω_ref；

张力补偿模块(83)，接收所述前馈控制器(81)输出的张力前馈T_ff，依据控制模式选择是否对其进行补偿，并输出张力参考T_ref；

张力控制器(84)，基于PID控制算法，以所述张力参考T_ref和张力反馈T_fb之差作为PID控制器的输入进行PID调节，并输出收绳控制参考C_ref。

18.根据权利要求16或17所述的绳锯，其特征在于，

还包括，第一参考输出转换模块(85-01)，所述第一参考输出转换模块将速度参考ω_ref转换为适配不同所述主驱动控制器(1)的所述第一控制参考信号；第二参考输出转换模块(85-02)，所述第二参考输出转换模块将所述收绳控制参考转换为适配不同所述收绳控制器(3)的所述第二控制参考信号。

19.根据权利要求16或17所述的绳锯，其特征在于，

所述张力反馈机构(9)包括称重传感器(91)、三个成品字形安置的滑轮以及配合使用的张力变送器(92)；或者，

所述张力反馈机构(9)包括跳舞轮或者张力摆杆。

20.根据权利要求16或17所述的绳锯，其特征在于，

所述主驱动机构(2)和所述收绳机构(4)由电机驱动，所述主驱动控制器(1)和所述收绳控制器(3)为电机变频控制器。

21.根据权利要求20所述的绳锯，其特征在于，

所述主驱动控制器(1)包括主驱动速度控制器(12)，所述收绳控制器(3)包括收绳速度控制器(32)；

所述主驱动速度控制器(12)、所述收绳速度控制器(32)和所述自动切割控制器(8)包含在同一个微控制器(101)中。

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