CN114115371A - 一种逐次逼近式平稳调速系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种逐次逼近式平稳调速系统及方法，预先统计石膏板减速开始位置和石膏板停止位置之间的距离，并建立石膏板减速开始位置、石膏板停止位置和合片机输送电机之间的调控关系；控制系统根据石膏板减速开始位置的第一光电传感器调控合片机输送电机开始降速，并获取当前的合片机输送电机对石膏板的线性输送速度，控制系统结合计算公式确定降速加速度和降速时间；根据控制系统调控合片机输送电机两次降速的扫描周期，控制系统确定在降速时间内的系统调控次数；本发明将降速加速度转化成每个扫描周期的频率减小量，每次扫描减小一个很小的频率达到多次逐渐减小频率，平稳调整频率，最终达到电机平稳快速减速，精准控制停止位置的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石膏板精准定位技术领域，具体涉及一种逐次逼近式平稳调速系统及方法。
背景技术
石膏板在合片机进板皮带的控制停止位置是否精准影响合片效果及板材质量，石膏板在碰到减速位置的光电传感器开始减速，到合片机停止光电传感器位置减速到零，以完全停止在合片机停止位置。
石膏板停止位置越精确越有利于翻板合片机的合片工作过程，停位不准会造成石膏板回戳，造成板材磕碰，从而影响板材质量和产量，目前通用的做法是利用变频器的加减速时间和设备的停止位传感器配合使用，传统变频器减速控制存在速度跳变及停位不准(位置靠前或靠后)的情况，导致石膏板翻板时磕碰，严重时造成石膏板损坏，影响产品质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种逐次逼近式平稳调速系统及方法，以解决现有技术中传统变频器减速控制存在速度跳变及停位不准(位置靠前或靠后)的情况，导致石膏板翻板时磕碰，严重时造成石膏板损坏，影响产品质量的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种逐次逼近式平稳调速系统，包括：
第一光电传感器，设置在合片机的上游，用于标识石膏板的减速位置；
第二光电传感器，设置在所述合片机的双合板一侧，用于表示石膏板的停止位置；
编码器，设置在所述合片机的驱动装置上，用于获取石膏板的传输速度；
控制系统，与所述第一光电传感器、第二光电传感器、编码器以及合片机的输送电机连接，所述控制系统根据所述第一光电传感器与所述第二光电传感器之间的距离，以及所述编码器的输出数据，利用多个计算模块确定所述合片机的最初输送速度以及降速加速度，以使得输送至所述第一光电传感器的石膏板开始启动降速运行方式，且输送至所述第二光电传感器的石膏板输送速度恰好为零。
作为本发明的一种优选方案，所述控制系统的计算模块包括物理参数输入模块、数据计算处理模块以及调频处理模块，其中，
所述物理参数输入模块用于获取所述第一光电传感器和第二光电传感器之间的线性距离，以及所述编码器监测到的处于所述第一光电传感器的合片机输送带的传输速度；
所述数据计算处理模块用于将所述物理参数输入模块的物理数据导入计算公式内，计算石膏板在所述第一光电传感器和所述第二光电传感器之间的降速参数；
所述调频处理模块用于结合所述降速参数与控制系统的系统参数来计算所述降速参数的变化频次。
作为本发明的一种优选方案，所述降速参数为石膏板在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速加速度，以及从所述第一光电传感器传输至所述第二光电传感器的降速时间。
作为本发明的一种优选方案，所述控制系统的系统参数为所述控制系统的完成两次电机降速工作的扫描周期。
作为本发明的一种优选方案，所述调频处理模块根据所述降速时间和所述扫描周期的比值确定所述控制系统的执行电机降速工作的次数。
为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：一种逐次逼近式平稳调速方法，包括以下步骤：
步骤100、预先统计石膏板减速开始位置和石膏板停止位置之间的距离，并建立石膏板减速开始位置、石膏板停止位置和合片机输送电机之间的调控关系；
步骤200、控制系统根据所述石膏板减速开始位置的第一光电传感器调控合片机输送电机开始降速，并获取当前的所述合片机输送电机对石膏板的线性输送速度，所述控制系统结合计算公式确定降速加速度和降速时间；
步骤300、根据所述控制系统调控所述合片机输送电机两次降速的扫描周期，确定在降速时间内的系统调控次数；
步骤400、基于控制系统的调控次数和控制系统适应的石膏板开始减速的最大速度调控所述合片机驱动电机的扫描周期的降速速度值，在每个所述扫描周期内减小一个特定范围的速度值。
作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，计算降速加速度的具体公式为：
a＝Vt 2/2S；
其中，a为所述合片机输送电机在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速加速度；S为所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的垂向距离；Vt为石膏板在所述第一光电传感器时的线性传输速度。
作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，计算降速时间的具体公式为：
T＝Vt/a；
其中，T为所述合片机输送电机在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速时间，a为所述合片机输送电机在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速加速度，Vt为石膏板在所述第一光电传感器时的线性传输速度。
作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，所述控制系统调控所述合片机的输送电机两次降速的扫描周期为所述控制系统完成两次电机降速工作的扫描周期，所述控制系统的系统调控次数的计算公式为：
N＝T/Z；
其中，T为所述合片机输送电机在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速时间，Z为控制系统完成两次电机降速工作的扫描周期；N为系统调控次数。
作为本发明的一种优选方案，在步骤400中，将所述降速加速度转化成每个扫描周期的频率减小量，所述控制系统根据所述扫描周期适应的石膏板开始减速的最大速度，在每个扫描周期降低一个小范围的速度值，以使得所述合片机的输送带逐次平稳的在所述石膏板停止位置的速度变为0。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明将降速加速度转化成每个扫描周期的频率减小量，每次扫描减小一个很小的频率达到多次逐渐减小频率，平稳调整频率，最终达到电机平稳快速减速，精准控制停止位置的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供的平稳调速系统的结构示意图。
图中的标号分别表示如下：
1-第一光电传感器；2-第二光电传感器；3-编码器；4-控制系统；
41-物理参数输入模块；42-数据计算处理模块；43-调频处理模块。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种逐次逼近式平稳调速系统，包括：第一光电传感器1、第二光电传感器2、编码器3和控制系统4。
第一光电传感器1设置在合片机的上游，用于标识石膏板的减速位置，当第一光电传感器1检测到石膏板，则控制系统4则启动合片机的输送电机的降速工作。
第二光电传感器2设置在合片机的双合板一侧，用于表示石膏板的停止位置，第二光电传感器2的功能不仅仅用于表示石膏板在降速过程中的输送距离，同时第二光电传感器2检测到石膏板后，控制系统4调控合并机进行双板合并操作。
编码器3设置在合片机的驱动装置上，用于获取石膏板的传输速度，一般来说，在第一光电传感器1检测到石膏板时，控制系统4获取编码器的数据来确定石膏板的线性移动速度。
控制系统4与第一光电传感器1、第二光电传感器2、编码器3以及合片机的输送电机连接，控制系统4根据第一光电传感器1与第二光电传感器2之间的距离以及编码器3的输出数据，利用多个计算模块确定合片机的最初输送速度以及降速加速度，且输送至第一光电传感器1的石膏板开始启动降速运行方式，且输送至第二光电传感器2的石膏板输送速度恰好为零。
控制系统4的计算模块包括物理参数输入模块41、数据计算处理模块42以及调频处理模块43，其中，控制系统4的主要作用是调控合片机输送机构的调速工作以及调控合片机的合板工作。
物理参数输入模块41用于获取第一光电传感器1和第二光电传感器2之间的线性距离，以及编码器3监测到的处于第一光电传感器1的合片机输送带的传输速度。
数据计算处理模块42用于将物理参数输入模块41的物理数据导入计算公式内，计算石膏板在第一光电传感器1和第二光电传感器2之间的降速参数，降速参数为石膏板在第一光电传感器1与第二光电传感器之间的降速加速度，以及从第一光电传感器传输至第二光电传感器的降速时间。
调频处理模块43用于结合降速参数与控制系统4的系统参数来计算降速参数的变化频次。
当第一光电传感器1检测到石膏板时，则控制系统4根据物理参数输入模块41获取第一光电传感器1和第二光电传感器2之间的线性距离，以及编码器3监测到的处于第一光电传感器1的合片机输送带的传输速度，数据计算处理模块42利用计算公式计算合片机的电机在第一光电传感器1和第二光电传感器2之间的降速参数，即降速加速度和降速时间。
利用控制系统4的高性能CPU的高效扫描周期，计算石膏板从第一光电传感器1的位置降速输送至第二光电传感器2的位置的系统降速次数，调整设备降速运行情况，适应生产节奏，达到多次逐渐减小合片机输送带的电机运行频率，平稳调整频率，最终达到电机平稳快速减速，精准控制停止位置的目的。
因此调频处理模块43根据降速时间和扫描周期的比值确定控制系统4的执行电机降速工作的次数，使得合片机的输送电机平稳快速减速。
上述逐次逼近式平稳调速系统的工作方法，本实施方式还提供了一种逐次逼近式平稳调速方法，包括以下步骤：
步骤100、预先统计石膏板减速开始位置和石膏板停止位置之间的距离，并建立石膏板减速开始位置、石膏板停止位置和合片机输送电机之间的调控关系。
步骤200、控制系统根据石膏板减速开始位置的第一光电传感器调控合片机输送电机开始降速，并获取当前的合片机输送电机对石膏板的线性输送速度，控制系统结合计算公式确定降速加速度和降速时间。
步骤300、根据所述控制系统调控所述合片机输送电机两次降速的扫描周期，确定在降速时间内的系统调控次数。
计算降速加速度的具体公式为：a＝Vt 2/2S(1)；
其中，a为合片机输送电机在第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速加速度；S为第一光电传感器与第二光电传感器之间的垂向距离；Vt为石膏板在第一光电传感器时的线性传输速度。
需要补充说明的是，速度、加速度和距离之间的计算公式为：Vt 2-V0 2＝2aS，由于V0为最终停止速度，实际为0，因此上面公式最终简化为Vt 2＝2aS。
此加速度为需要调控的最小加速度，实际实例中的加速度大于本计算值即可.
计算降速时间的具体公式为：T＝Vt/a(2)；
其中，T为合片机输送电机在第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速时间，a为合片机输送电机在第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速加速度，Vt为石膏板在第一光电传感器时的线性传输速度。
同样的，时间和速度、加速度的关系公式：T＝Vt–V0/a，由于停止速度为0，V0为最终停止速度，实际为0，因此上面公式最终简化为T＝Vt/a。
此处计算出的降速时间T为最大时间，实际示例中降速时间小于此计算值才能满足控制要求.
现场实际安装的第一光电传感器和第二光电传感器，由测量可知从减速到停止的距离为463mm(即0.463m)，Vt为设备最大速度，此处现场运行最高速度Vt为100m/Min(即1.6667m/s)，根据公式1可以算出加速度a＝Vt 2/2S＝2.99976m/s2。
根据时间和速度、加速度的关系公式2：公式简化为T＝Vt/a＝1.6667/2.99976＝0.5556s。
在步骤300中，控制系统调控合片机的输送电机两次降速的扫描周期为控制系统完成两次电机降速工作的扫描周期，控制系统的系统调控次数的计算公式为：
N＝T/Z (3)；
其中，T为合片机输送电机在第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速时间，Z为控制系统完成两次电机降速工作的扫描周期；N为系统调控次数。
此处计算出的调控次数为最大次数，实际实例中小于此计算值就可满足控制要求.
本实例中CPU的扫描周期为6ms，因此上述公式3将降速加速度转化成控制系统在每个扫描周期的频率减小量，实现微小变化多次执行，完成平稳减速的目的。
N＝T/0.006＝0.5556/0.006＝92.6次，即按CPU的执行效率，可执行92.6次(按92次)减速。
步骤400、基于控制系统的调控次数和控制系统适应的石膏板开始减速的最大速度调控所述合片机驱动电机的扫描周期的降速速度值，在每个所述扫描周期内减小一个特定范围的速度值。
在步骤400中，将所述降速加速度转化成每个扫描周期的频率减小量，所述控制系统根据所述扫描周期适应的石膏板开始减速的最大速度，在每个扫描周期降低一个小范围的速度值，以使得所述合片机的输送带逐次平稳的在所述石膏板停止位置的速度变为0。
由于上述公式是将降速加速度转化成每个扫描周期的频率减小量，每个扫描周期理解为将降速加速度执行一次，执行N次后，合片机输送速度从最大速度减小至0，因此可以理解为最大速度V＝a*N，因为在第一光电传感器和第二光电传感器之间降速92.6次，从而计算此时系统适应的开始降速的最大运行速度V＝a*N＝1.6667*92.6＝277.78m/s，277.78m/s远远大于现场运行最高速度Vt为100m/Min(即1.6667m/s)。即按照当前CPU的性能，远远能够满足要求，因此在满足功能要求的前提下适当减加速度值可以起到更平稳减速的目的，或者采用降低减速频率的方式，来达到更平稳减速的目的。
合片机驱动电机在每个扫描周期内，通过执行一次降速加速度减小一个微小的速度值，在需要的减速时间内达到从最大速度减速到0的目的，此处N为验证是否能在规定时间内减速到0的最大执行次数，即到达停止位时系统CPU需要执行的最大循环次数，因此实际运行中只要满足系统CPU执行的循环次数小于最大循环次数即可。
控制系统CPU通过通讯的方式控制变频器，把每次要减小的加速度(速度)转换成变频器通讯协议设置的参数值，通讯传送给变频器，变频器接收到CPU的指令和参数后执行减速动作。
本例中采用将降速加速度转换为每个扫描周期的减小频率，每个扫描周期内合片机输送系统的输送速度减小0.02m/s，则此时合片机输送系统的降速加速度为：a＝0.02m/s/0.006s＝3.333m/s2，其中，0.006s为系统CPU的扫描周期，此时计算的加速度大于上述计算的最小加速度2.99976m/s2，因此满足调速要求，实际生产调试过程中可以根据设备运行情况，调整参数大小，适应生产节奏。
利用CPU的低扫描周期(10ms以下)，每个扫描周期减小后的新速度或频率通过通讯指令传送给变频器执行，因每个扫描周期只是减小很小的速度或频率，所以避免传统方式速度或频率变化太大导致变频器调速不平稳或设备运行不稳定。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种逐次逼近式平稳调速系统，其特征在于，包括：
第一光电传感器(1)，设置在合片机的上游，用于标识石膏板的减速位置；
第二光电传感器(2)，设置在所述合片机的双合板一侧，用于表示石膏板的停止位置；
编码器(3)，设置在所述合片机的驱动装置上，用于获取石膏板的传输速度；
控制系统(4)，与所述第一光电传感器(1)、第二光电传感器(2)、编码器(3)以及合片机的输送电机连接，所述控制系统(4)根据所述第一光电传感器(1)与所述第二光电传感器(2)之间的距离以及所述编码器(3)的输出数据，利用多个计算模块确定所述合片机的最初输送速度以及降速加速度，以使得输送至所述第一光电传感器(1)的石膏板开始启动降速运行方式，且输送至所述第二光电传感器(2)的石膏板输送速度恰好为零。
2.根据权利要求1所述的一种逐次逼近式平稳调速系统，其特征在于，所述控制系统(4)的计算模块包括物理参数输入模块(41)、数据计算处理模块(42)以及调频处理模块(43)，其中，
所述物理参数输入模块(41)用于获取所述第一光电传感器(1)和第二光电传感器(2)之间的线性距离，以及所述编码器(3)监测到的处于所述第一光电传感器(1)的合片机输送带的传输速度；
所述数据计算处理模块(42)用于将所述物理参数输入模块(41)的物理数据导入计算公式内，计算石膏板在所述第一光电传感器(1)和所述第二光电传感器(2)之间的降速参数；
所述调频处理模块(43)用于结合所述降速参数与控制系统(4)的系统参数来计算所述降速参数的变化频次。
3.根据权利要求2所述的一种逐次逼近式平稳调速系统，其特征在于，所述降速参数为石膏板在所述第一光电传感器(1)与第二光电传感器(2)之间的降速加速度，以及从所述第一光电传感器(1)传输至所述第二光电传感器(2)的降速时间。
4.根据权利要求3所述的一种逐次逼近式平稳调速系统，其特征在于，所述控制系统(4)的系统参数为所述控制系统的完成两次电机降速工作的扫描周期。
5.根据权利要求4所述的一种逐次逼近式平稳调速系统，其特征在于，所述调频处理模块(43)根据所述降速时间和所述扫描周期的比值确定所述控制系统的执行电机降速工作的次数。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述逐次逼近式平稳调速系统的逐次逼近式平稳调速方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤100、预先统计石膏板减速开始位置和石膏板停止位置之间的距离，并建立石膏板减速开始位置、石膏板停止位置和合片机输送电机之间的调控关系；
步骤200、控制系统根据所述石膏板减速开始位置的第一光电传感器调控合片机输送电机开始降速，并获取当前的所述合片机输送电机对石膏板的线性输送速度，所述控制系统结合计算公式确定降速加速度和降速时间；
步骤300、根据所述控制系统调控所述合片机输送电机两次降速的扫描周期，确定在降速时间内的系统调控次数；
步骤400、基于控制系统的调控次数和控制系统适应的石膏板开始减速的最大速度调控所述合片机驱动电机的扫描周期的降速速度值，在每个所述扫描周期内减小一个特定范围的速度值。
7.根据权利要求6所述的一种逐次逼近式平稳调速方法，其特征在于：在步骤200中，计算降速加速度的具体公式为：
a＝Vt 2/2S；
其中，a为所述合片机输送电机在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速加速度；S为所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的垂向距离；Vt为石膏板在所述第一光电传感器时的线性传输速度。
8.根据权利要求6所述的一种逐次逼近式平稳调速方法，其特征在于：在步骤200中，计算降速时间的具体公式为：
T＝Vt/a；
其中，T为所述合片机输送电机在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速时间，a为所述合片机输送电机在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速加速度，Vt为石膏板在所述第一光电传感器时的线性传输速度。
9.根据权利要求6所述的一种逐次逼近式平稳调速方法，其特征在于：在步骤300中，所述控制系统调控所述合片机的输送电机两次降速的扫描周期为所述控制系统完成两次电机降速工作的扫描周期，所述控制系统的系统调控次数的计算公式为：
N＝T/Z；
其中，T为所述合片机输送电机在所述第一光电传感器与第二光电传感器之间的降速时间，Z为控制系统完成两次电机降速工作的扫描周期；N为系统调控次数。
10.根据权利要求9所述的一种逐次逼近式平稳调速方法，其特征在于：在步骤400中，将所述降速加速度转化成每个扫描周期的频率减小量，所述控制系统根据所述扫描周期适应的石膏板开始减速的最大速度，在每个扫描周期降低一个小范围的速度值，以使得所述合片机的输送带逐次平稳的在所述石膏板停止位置的速度变为0。
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2021
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