CN117583114A - 一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法，包括：补偿力矩模型，电流环周期从0开始迭代，每次迭代都会输出一个对应的补偿力矩值；对应的补偿力矩值输入电流环控制器；并检测当前位置指令稳值，判断当前位置指令稳值与设定的位置指令稳定值X的关系；根据当前判断结果对设定初始运动状态下的力矩赋值Tmax进行相应调整，调整后的Tmax作为下一次迭代参数中的Tmax；伴随每次电流环周期迭代，循环力矩补偿过程，直到循环次数达到上限，结束力矩补偿过程；常用的观测器难以运用到摇床系统中，且观测器较为依赖于精确的数学模型，难以得到预期效果；本发明方法理论简单，实现相对容易，定位精度较高，可达到预期效果。
Description
技术领域
本发明属于选矿领域，具体涉及一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法。
背景技术
相较于旋转电机驱动方案，直线电机驱动可以省掉减速器等机械结构，使得系统结构更加紧凑，也降低了设备成本；但摇床装置内的摩擦力、弹簧力等扰动因素便直接作用至电机端，极大影响了摇床系统的位置控制精度，这不利于对矿物筛选结果的定量分析，同时在大行程条件下，摇床抖动剧烈也会导致摇床结构触碰到系统的限位保护开关从而导致停机，极大影响了摇床系统的稳定性。
而且系统内存在的摩擦力，还伴随着矿水混合物的不断冲击，导致摇床在正负极限位置均有较大位置超差，采用常规的前馈和PID(偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D))控制方法均无法取得较好的控制效果。
相关技术中常用的观测器方法也难以应用至本系统中，因为观测器方法依赖较为精确的数学模型，而且本系统工作工况复杂、内部非线性因素众多，想建立较为精确的数学模型将耗费大量人力物力，也难以得到预期结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法，其可以伴随每一次电流环周期迭代，输出对应的补偿力矩值到电流环控制器来抑制系统存在的外在干扰力矩导致的位置超差，使得系统的位置精度满足要求。
一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法，详细步骤如下：
S1：用户自行设定选矿摇床初始运动状态下的初速度V1、正向运动的加速度acc1、反向运动的加速度acc2、施加力矩的幅值Tmax、位置指令稳定值X、稳定值允许误差带范围百分比Y值；
S2：当摇床运动速度达到V1时，将V1、acc1、acc2、Tmax导入补偿力矩模型，电流环周期从0开始迭代，电流环周期迭代次数计为T，每次迭代都会输出一个对应的补偿力矩值；
S3：所述S2中对应的补偿力矩值输入电流环控制器；电流环控制器对当前摇床状态进行调整；调整后，检测当前摇床位置指令稳值，判断当前位置指令稳值与S1中设定的位置指令稳定值X的关系；
根据当前判断结果对设定初始运动状态下力矩的幅值Tmax进行相应调整，调整后的幅值记为TmaxT；
具体规则为：
当前位置指令稳定值处于X*(1-Y)到X*(1+Y)，Tmax保持不变，即T Tmax＝Tmax；
当前位置指令稳定值不处于X*(1-Y)到X*(1+Y)：当前位置指令稳定值＜X*(1-Y)，即反馈位置稳定值处于负向超差，Tmax减小5％，即T Tmax＝Tmax*95％；
当前位置指令稳定值＞X*(1-Y)，即反馈位置稳定值处于正向超差，Tmax增加5％，即TmaxT＝Tmax*105％；
TmaxT伴随电流环周期迭代对上述S2中的Tmax进行替换；
S4：伴随每次电流环周期迭代，循环上述S2、S3过程，电流环周期迭代次数大于正弦补偿力矩频率数值，循环结束，结束力矩补偿过程。
具体的：
输出一个对应的补偿力矩值的规则为：
导入初速度V1到力矩补偿模型，记录V1，并判断V1的位置位于前向还是后向，根据V1属于前向还是后向，选择补偿力矩值计算公式，伴随每一次电流环周期迭代，计算一个对应的补偿力矩值输出。
补偿力矩值计算公式的定义如下：
V1处于前向时：
补偿力矩值＝TmaxT*Sin(w1*T)；
其中，TmaxT为根据电流环上一次周期所对应摇床状态，对初始幅值Tmax进行调整后的值；
w1为前向位置正弦补偿力矩的角速度；
T为电流环周期迭代次数；
w1的公式如下：
w1＝0.5*π*acc1/V1；
V1处于后向时：
补偿力矩值＝TmaxT*Sin(w2*T)；
w2为后向位置正弦补偿力矩的角速度；
w2的公式如下：
w2＝0.5*π*acc2/V1。
循环结束判定规则为：
V1处于前向时：满足T＞f1，循环结束，即电流环周期迭代次数大于前向位置正弦补偿力矩的频率，其中：
f1＝acc1/4V1；
V1处于后向时：满足T＞f2，循环结束，即电流环周期迭代次数大于后向位置正弦补偿力矩的频率，其中：
f2＝acc2/4V1。
本发明的有益效果为：
因为在摇床工作状态下，装置内的摩擦力、弹簧力、矿水混合物冲击等扰动因素直接作用至电机端，常规的前馈和PID控制方法均无法取得较好的控制效果，出现摇床系统的位置控制精度不精确的问题，导致摇床在正负极限位置均有较大位置超差；而本发明提出了一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法：该方法首先只需要输入各项预期参数；伴随电流环周期的改变，每次周期迭代都会生成一个新的补偿力矩值输入到电流环控制器，从而在极短时间内摇床可以对自身系统的状态进行实时监控、调整，有效的降低了摇床工作状态的位置误差，增强了摇床系统的稳定性，避免摇床结构出现如因为剧烈抖动，从而触碰到系统的的限位保护开关导致停机的问题。
并且常用的观测器难以运用到摇床系统中，且观测器较为依赖于精确的数学模型，难以得到预期效果；而本发明方法理论简单，实现相对容易，定位精度较高，可达到预期效果。
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方式，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为本发明的位置精度提高方法整体流程图；
图2为未加补偿力矩时，摇床伺服系统的指令位置与反馈位置对比图；
图3为添加补偿力矩后，摇床伺服系统的指令位置与反馈位置对比图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的具体实施方式，所述具体实施方式的流程在附图中示出，其中自始至终相同标号表示相同参数。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施方式为一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1：用户自行设定选矿摇床初始运动状态下的初速度V1、正向运动的加速度acc1、反向运动的加速度acc2、施加力矩的幅值Tmax、位置指令稳定值X、稳定值允许误差带范围百分比Y值；
S2：当摇床运动速度达到V1时，将V1、acc1、acc2、Tmax导入补偿力矩模型，电流环周期从0开始迭代，电流环周期迭代次数计为T，每次迭代都会输出一个对应的补偿力矩值；
S3：所述S2中对应的补偿力矩值输入电流环控制器；电流环控制器对当前摇床状态进行调整；调整后，检测当前摇床位置指令稳值，判断当前位置指令稳值与S1中设定的位置指令稳定值X的关系；
根据当前判断结果对设定初始运动状态下力矩的幅值Tmax进行相应调整，调整后的幅值记为TmaxT；
具体规则为：
当前位置指令稳定值处于X*(1-Y)到X*(1+Y)，Tmax保持不变，即T Tmax＝Tmax；
当前位置指令稳定值不处于X*(1-Y)到X*(1+Y)：当前位置指令稳定值＜X*(1-Y)，即反馈位置稳定值处于负向超差，Tmax减小5％，即T Tmax＝Tmax*95％；
当前位置指令稳定值＞X*(1-Y)，即反馈位置稳定值处于正向超差，Tmax增加5％，即TmaxT＝Tmax*105％；
TmaxT伴随电流环周期迭代对上述S2中的Tmax进行替换；
S4：伴随每次电流环周期迭代，循环上述S2、S3过程，电流环周期迭代次数大于正弦补偿力矩频率，循环结束，结束力矩补偿过程。
具体的：
输出一个对应的补偿力矩值的规则为：
导入初速度V1到力矩补偿模型，记录V1，并判断V1的位置位于前向还是后向，根据V1属于前向还是后向，选择补偿力矩值计算公式，伴随每一次电流环周期迭代，计算一个对应的补偿力矩值输出。
补偿力矩值计算公式的定义如下：
V1处于前向时：
补偿力矩值＝TmaxT*Sin(w1*T)；
其中，TmaxT为根据电流环上一次周期所对应摇床状态，对初始幅值Tmax进行调整后的值；
w1为前向位置正弦补偿力矩的角速度；
T为电流环周期迭代次数；
w1的公式如下：
w1＝0.5*π*acc1/V1；
V1处于后向时：
补偿力矩值＝TmaxT*Sin(w2*T)；
w2为后向位置正弦补偿力矩的角速度；
w2的公式如下：
w2＝0.5*π*acc2/V1。
循环结束判定规则为：
V1处于前向时：满足T＞f1，循环结束，即电流环周期迭代次数大于前向位置正弦补偿力矩的频率，其中：
f1＝acc1/4V1；
V1处于后向时：满足T＞f2，循环结束，即电流环周期迭代次数大于后向位置正弦补偿力矩的频率，其中：
f2＝acc2/4V1。
实施例1中：未加补偿力矩时，摇床伺服系统的指令位置、反馈位置上位机截图图2；设定V1为10mm/s、acc1为30mm/s2、acc2为-30mm/s2、幅值Tmax为8Nm、位置指令稳定值X为13mm、稳定值允许误差带范围Y为±10％；启动机器，此时机器在300Hz、13mm的冲程条件下，摇床伺服系统的指令位置、反馈位置上位机截图(指令位置为绿色曲线，反馈位置为红色曲线)，可测得位置跟踪最大误差为2mm，已超过10％的精度要求。
实施例2中：先在电脑上对本发明提出方法进行编译，再使用烧写工具录入摇床控制器，通电运行；即：添加补偿力矩后，摇床伺服系统的指令位置、反馈位置上位机截图图3；基于图3，与图2设定同样参数：V1为10mm/s、acc1为30mm/s2、acc2为-30mm/s2、幅值Tmax为8Nm、位置指令稳定值X为13mm、稳定值允许误差带范围Y为±10％；启动机器，此时机器在300Hz、13mm的冲程条件下，摇床伺服系统的指令位置、反馈位置上位机截图(指令位置为绿色曲线，反馈位置为红色曲线)，可测得位置跟踪最大误差为0.4mm，满足低于10％的精度要求。
以上对本发明的一个实施例进行了非常详细的运用说明，但所述内容仅为本发明的一个具体例子，不能被认为用于限定本发明应用的实施范围。凡依据本发明内容提出的其他方法或改变等，均应归属于本发明的专利保护范围之内。
Claims (4)
1.一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：用户自行设定选矿摇床初始运动状态下的初速度V1、正向运动的加速度acc1、反向运动的加速度acc2、施加力矩的幅值Tmax、位置指令稳定值X、稳定值允许误差带范围百分比Y值；
S2：当摇床运动速度达到V1时，将V1、acc1、acc2、Tmax导入补偿力矩模型，电流环周期从0开始迭代，电流环周期迭代次数计为T，每次迭代都会输出一个对应的补偿力矩值；
S3：所述S2中对应的补偿力矩值输入电流环控制器；电流环控制器对当前摇床状态进行调整；调整后，检测当前摇床位置指令稳值，判断当前位置指令稳值与S1中设定的位置指令稳定值X的关系；
根据当前判断结果对设定初始运动状态下力矩的幅值Tmax进行相应调整，调整后的幅值记为TmaxT；
具体规则为：
当前位置指令稳定值处于X*(1-Y)到X*(1+Y)，Tmax保持不变，即TmaxT＝Tmax；
当前位置指令稳定值不处于X*(1-Y)到X*(1+Y)：当前位置指令稳定值＜X*(1-Y)，即反馈位置稳定值处于负向超差，Tmax减小5％，即TmaxT＝Tmax*95％；
当前位置指令稳定值＞X*(1-Y)，即反馈位置稳定值处于正向超差，Tmax增加5％，即TmaxT＝Tmax*105％；
TmaxT伴随电流环周期迭代对上述S2中的Tmax进行替换；
S4：伴随每次电流环周期迭代，循环上述S2、S3过程，电流环周期迭代次数大于正弦补偿力矩频率数值，循环结束，结束力矩补偿过程。
2.根据权利要求1所述的一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法，其特征在于，所述输出一个对应的补偿力矩值的规则为：
导入初速度V1到力矩补偿模型，记录V1，并判断V1的位置位于前向还是后向，根据V1属于前向还是后向，选择补偿力矩值计算公式，伴随每一次电流环周期迭代，计算一个对应的补偿力矩值输出。
3.根据权利要求2所述的一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法，其特征在于，所述补偿力矩值计算公式的定义如下：
V1处于前向时：
补偿力矩值＝TmaxT*Sin(w1*T)；
其中，TmaxT为根据电流环上一次周期所对应摇床状态，对初始幅值Tmax进行调整后的值；
w1为前向位置正弦补偿力矩的角速度；
T为电流环周期迭代次数；
w1的公式如下：
w1＝0.5*π*acc1/V1；
V1处于后向时：
补偿力矩值＝TmaxT*Sin(w2*T)；
w2为后向位置正弦补偿力矩的角速度；
w2的公式如下：
w2＝0.5*π*acc2/V1。
4.根据权利要求1所述的一种选矿摇床伺服系统的位置精度提高方法，其特征在于，所述循环结束判定规则为：
V1处于前向时：满足T＞f1，循环结束，即电流环周期迭代次数大于前向位置正弦补偿力矩的频率，其中：f1＝acc1/4V1；
V1处于后向时：满足T＞f2，循环结束，即电流环周期迭代次数大于后向位置正弦补偿力矩的频率，其中：f2＝acc2/4V1。
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