CN116257092B - 一种转盘回转准确定位控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转盘控制技术领域，尤其涉及一种转盘回转准确定位控制方法及控制系统，方法包括：设备安装：将伺服电机转轴和转盘传动连接；设定阶段：设定读数间隔t毫秒、精度范围q、安全界限θ、控制误差μ；设定转盘的目标位置，转轴带动转盘转动；定位计算：计算目标位置编码器理论读数A0；转动开始后，每隔t毫秒对伺服电机的编码器进行一次读数，并将编码器的读数记为A1、A2……An；每记录一个An，计算前q个读数的平均值Aavg(n‑1)，之后通过Aavg(n‑1)判断是否要保留新的An；之后判断是否有|Aavgn‑A0|＜μ，如果是，说明定位已经准确，即可停止转动。本发明能够提升转盘回转的定位准确度和可靠度。

Description

一种转盘回转准确定位控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及转盘控制技术领域，尤其涉及一种转盘回转准确定位控制方法及控制系统。

背景技术

在碳纤维、纺织等涉及成卷物料的领域，经常需要转盘来实现物料的收卷和放卷。对于一些需要精确收放卷的场合，保证转盘在转动过程中的定位准确性非常重要。在现有的相关技术中，通常通过电机来带动转盘转动，然后再转盘上加装角度传感器或者刻度来确定转盘的转动角度，这些现有的方式通常会需要在转盘上加装较多的部件，会在一定程度上影响转盘的使用，并且准确度容易在加工误差、使用干扰等原因的影响下导致对转盘角度的读数产生误差，这些误差较难需要精确控制转盘角度的场合。同时，现有的相关技术中通常只是简单地对转盘角度进行取数，对数据并没有做进一步地处理，因此其抗干扰能力极差，容易出现误判导致转盘角度出现较大偏差。

因此，需要一种转盘回转准确定位控制方法及控制系统，使转盘回转的定位更加精确，并且定位的可靠度更高。

发明内容

本发明提供了一种转盘回转准确定位控制方法及控制系统，可以有效地解决背景技术中的问题。

本发明提供的一种转盘回转准确定位控制方法，包括：

设备安装：设置与伺服电机的转轴传动连接的转盘，并使用处理器读取伺服电机编码器的读数；

设定阶段：设定读数间隔t毫秒和精度范围q，t和q均为正整数；设定安全界限θ和控制误差μ；设定转盘需要转动到的目标位置，处理器向伺服电机发送电信号带动伺服电机的转轴转动，转轴再带动转盘转动；

定位计算：计算出转盘达到目标位置时编码器生成的理论读数A0；以伺服电机带动转盘转动为起始时间点，每隔t毫秒对伺服电机的编码器进行一次读数，并将编码器的读数记为A1、A2……An；

每记录一个An，计算A(n-q)~A(n-1)的平均值Aavg(n-1)，之后对An的值进行判断，若An≥θ·Aavg(n-1)则剔除该An，若A＜θ·Aavg(n-1)则保留该An；

之后判断是否有|Aavgn-A0|＜μ，如果是，说明定位已经准确，即可停止伺服电机转轴的转动。

进一步地，伺服电机的转轴和转盘之间通过齿轮组传动的方式相连接。

进一步地，伺服电机的转轴和转盘的转动方向相同。

进一步地，平均值Aavg(n-1)的计算模型如下：

Aavg(n-1)={A(n-q)+A(n-q+1)+……A(n-1)-Max[A(n-q)~A(n-1)]-Min[A(n-q)~A(n-1)]}/(q-2)

式中，Max[A(n-q)~A(n-1)]表示A(n-q)~A(n-1)的一个最大值，Min[A(n-q)~A(n-1)]表示A(n-q)~A(n-1)的一个最小值。

进一步地，当连续剔除的An的数量到达设定上限时，或者剔除的An总数到达设定上限时，发出警告信号并停止伺服电机转轴的转动。

进一步地，控制误差μ的计算模型如下：

μ=γ/360°·i·β

式中，γ为可接受位置误差，单位为°；i为伺服电机转轴和转盘的传动比；β为编码器的位数。

进一步地，在转盘转动到与目标位置差5~10°时，降低伺服电机转轴的转速，并减小t的数值。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

本发明首先采用定时定间隔读数的方式，来减小系统的读数压力。当读出新的An时，通过计算An之前的q个读数的平均值作为判断的基准，来判断An的数值变化是否超过了一定的界限，如果超过了设定的界限(即An≥θ·Aavg(n-1))，说明An数值的变化过大，很有可能受到了干扰，就将这个An剔除，重新读取一个编码器数值作为An，通过这种方式能够有效识别出错误数据并剔除，从而提升对转盘定位控制的准确性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中转盘回转准确定位控制方法的流程图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种转盘回转准确定位控制方法，如图1所示，包括：

设备安装：设置与伺服电机的转轴传动连接的转盘，使伺服电机能够通过转轴来带动转盘转动，并使用处理器读取伺服电机编码器的读数，处理器可以使单独设置的一个处理器，也可以直接使用电脑、单片机等电子设备的处理器进行数据处理；

设定阶段：设定读数间隔t毫秒和精度范围q，t和q均为正整数，通常t和q的值均在10左右，保证对编码器数据采集的频率和计算时使用的数量，提升控制的精准性；再设定安全界限θ和控制误差μ，θ和μ的具体数值根据实际的加工需求进行设置；t、q、θ和μ的值均是在生产前就需要录入控制系统中的定值；在生产过程中，需要转盘进行转动时，先设定转盘此次需要转动到的目标位置，处理器向伺服电机发送电信号带动伺服电机的转轴转动，转轴再带动转盘转动；

定位计算：计算出转盘达到目标位置时编码器生成的理论读数A0；以伺服电机带动转盘转动为起始时间点，每隔t毫秒对伺服电机的编码器进行一次读数，并将编码器的读数记为A1、A2……An；

每记录一个An，计算A(n-q)~A(n-1)的平均值Aavg(n-1)，之后对An的值进行判断，若An≥θ·Aavg(n-1)则剔除该An，若A＜θ·Aavg(n-1)则保留该An；

之后判断是否有|Aavgn-A0|＜μ，如果是，说明定位已经准确，即可停止伺服电机转轴的转动。

具体，伺服电机上会设置有编码器，编码器可以根据伺服电机转轴的角度形成不同的读数，从而间接地计算出转盘的转动角度，当需要控制转盘转动到目标位置时，就可以根据转盘现在位置和目标位置之前的差值，计算出转轴需要转动几圈、以及转轴停留的最终位置会让编码器形成的理论数值A0，再通过对比编码器的实际数值与理论数值A0的差值来实现对转盘的定位。由于编码器产生的数值比较大，通常数值的位数会达到2的20次方的量级，转盘角度的微小变化就会导致编码器的示数产生巨大的变化，因此无法对其进行实时地观测对比，并且编码器的数值也会在某些干扰下出现较大的误差，需要对数据进行一定的处理。在本方法中，首先采用定时定间隔读数的方式，来减小系统的读数压力。当读出新的An时，首先要确定该时间点编码器是否受到了干扰，即An的值是否为正常值，考虑到转盘在转动过程中的角速度是相对平均的，因此可以将An之前的q个读数的平均值作为判断的基准，来判断An的数值变化是否超过了一定的界限，如果超过了设定的界限(即An≥θ·Aavg(n-1))，说明An数值的变化过大，很有可能受到了干扰，因此这个An需要剔除，重新读取一个编码器数值作为An，这种滑动平均算法能够有效地识别并去除系统内的错误数据，从而保证记录下的An的数值的准确性，从而提升系统控制定位的可靠度。比如当生成A11时，就计算A1~A10的平均值Aavg10，如果能满足A11≥θ·Aavg10，则就保留A11，否则就说明A11的值和A1~A10之间的差距过大，A11在生成时很大可能出现了干扰，就需要重新读取一个读数编码器数值作为A11，直至A11能满足≥θ·Aavg10；之后再生成A12时，就计算A2~A11的平均值Aavg11，再判断A12是否需要剔除。

当An能够保留下来时，就可以计算A(n-q+1)~An的平均值Aavgn，通过Aavgn来进一步判断转盘的位置是否准确，当满足|Aavgn-A0|＜μ时，说明转盘的转动位置已经在可接受的误差范围内，此时就可以停下伺服电机了。

优选将伺服电机的转轴和转盘之间通过齿轮组传动的方式相连接，齿轮组之间的传动误差最小，能够有效保证伺服电机转轴和转盘之间的角度对应关系，从而提升对转盘的控制精度。优选使伺服电机的转轴和转盘的转动方向相同，使转轴和转盘之间的角度换算更加直观方便，便于系统的计算。

为了进一步地提升平均值Aavg(n-1)计算地准确度，平均值Aavg(n-1)的计算模型优选设置成如下形式：

Aavg(n-1)={A(n-q)+A(n-q+1)+……A(n-1)-Max[A(n-q)~A(n-1)]-Min[A(n-q)~A(n-1)]}/(q-2)

式中，Max[A(n-q)~A(n-1)]表示A(n-q)~A(n-1)的一个最大值，Min[A(n-q)~A(n-1)]表示A(n-q)~A(n-1)的一个最小值。通过剔除数组中的最大最小值，来减小特殊数值单位对最终计算结果的影响，提升最终计算结果的客观性。

当连续剔除的An的数量到达设定上限时，或者剔除的An总数到达设定上限时，说明系统中受到的干扰过多，导致编码器无法正常读数，此时就需要发出警告信号并停止伺服电机转轴的转动，人员在受到警告信号后必须立刻对系统进行检修。

优选地，控制误差μ的计算模型如下：

μ=γ/360°·i·β

式中，γ为可接受位置误差，即允许转盘最终停下的位置和目标位置之间的角度误差，单位为°；i为伺服电机转轴和转盘的传动比；β为编码器的位数，通常取2²⁰。

优选地，在转盘转动到与目标位置差5~10°时，降低伺服电机转轴的转速，并减小t的数值，从而使系统提升对An的取数和判断频率，来进一步保证转盘定位的准确性。

本发明还涉及一种转盘回转准确定位控制系统，如电脑、单片机等电子设备，可以用于储存并执行上述的转盘回转准确定位控制方法，系统中的处理器直接连接伺服电机的控制端和编码器接口，用来控制伺服电机的工作和读取编码器的读数。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种转盘回转准确定位控制方法，其特征在于，包括：

设备安装：设置与伺服电机的转轴传动连接的转盘，并使用处理器读取伺服电机编码器的读数；

设定阶段：设定读数间隔t毫秒和精度范围q，t和q均为正整数；设定安全界限θ和控制误差μ；设定转盘需要转动到的目标位置，处理器向伺服电机发送电信号带动伺服电机的转轴转动，转轴再带动转盘转动；

定位计算：计算出转盘达到目标位置时编码器生成的理论读数A0；以伺服电机带动转盘转动为起始时间点，每隔t毫秒对伺服电机的编码器进行一次读数，并将编码器的读数记为A1、A2……An；在转盘转动到与目标位置差5~10°时，降低伺服电机转轴的转速，并减小t的数值；

每记录一个An，计算A(n-q)~A(n-1)的平均值Aavg(n-1)，之后对An的值进行判断，若An≥θ·Aavg(n-1)则剔除该An，若A＜θ·Aavg(n-1)则保留该An；

之后判断是否有|Aavgn-A0|＜μ，如果是，说明定位已经准确，即可停止伺服电机转轴的转动；

其中，平均值Aavg(n-1)的计算模型如下：

Aavg(n-1)={A(n-q)+A(n-q+1)+……A(n-1)-Max[A(n-q)~A(n-1)]-Min[A(n-q)~A(n-1)]}/(q-2)

式中，Max[A(n-q)~A(n-1)]表示A(n-q)~A(n-1)的一个最大值，Min[A(n-q)~A(n-1)]表示A(n-q)~A(n-1)的一个最小值；

控制误差μ的计算模型如下：

μ=γ/360°·i·β

式中，γ为可接受位置误差，单位为°；i为伺服电机转轴和转盘的传动比；β为编码器的位数。

2.根据权利要求1所述的转盘回转准确定位控制方法，其特征在于，伺服电机的转轴和转盘之间通过齿轮组传动的方式相连接。

3.根据权利要求2所述的转盘回转准确定位控制方法，其特征在于，伺服电机的转轴和转盘的转动方向相同。

4.根据权利要求1所述的转盘回转准确定位控制方法，其特征在于，当连续剔除的An的数量到达设定上限时，或者剔除的An总数到达设定上限时，发出警告信号并停止伺服电机转轴的转动。

5.一种转盘回转准确定位控制系统，其特征在于，用于储存并执行如权利要求1~4任一项所述的转盘回转准确定位控制方法。

Images