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专利号: 2019100346500
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种智能圆轴类校直机主轴自适应速度控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

1)首先根据圆轴类校直机主轴的机械结构、采用电机的型号属性以及现场测试,确定主轴在进行上下移动动作时,电机能允许运行的最大加速度amax,最小加速度amin,最大速度Vmax,高速阶段最小速度Vcon2,匀加速阶段最小速度Vcon1和匀加速度ac;

2)在加速度值低于主轴电机的最大加速度amax的条件下,根据加阶段加速度控制算法,可以得出加速阶段的各个加速度(a1,a2,···,an),a表示加速度的值,下标1到n表示加速度的规划顺序;

3)根据实际圆轴类校直机主轴负载的重量M和设定的目标速度Vm,再根据自适应减速阶段加速度算法与速度控制算法,可以得出减速阶段的加速度与加速阶段加速度之间的关系ad=au/k和减速阶段的加速度(a1',a2',···,am'),其中,ad表示减速阶段的速度,au表示加速阶段的速度,k表示加速阶段的加速度与减速阶段的加速度的比例关系;

4)根据步骤2)和步骤3)得到加速阶段的加速度(a1,a2,···,an)和减速阶段的加速度(a1',a2',···,am')依次可得到电机的加速阶段的速度(v1,v2,···,vn+1)及相对应的脉冲步长数(P1,P2,···,Pn+1)和减速阶段的各个阶段的速度(v1',v2',···,vm+1')和相对应的脉冲步长数(P1',P2',···,Pm+1'),在加速阶段达到匀加速阶段最小速度Vcon1对应的脉冲步长数Pcon1和高速阶段最小速度Vcon2对应的脉冲步长数Pcon2,达到最大速度Vmax对应的脉冲步长数Pmax;

5)将主轴运动的目标距离L、设定的目标速度Vm,与步骤2)、步骤3)和步骤4)中得到的各个阶段速度及相对应的脉冲步数进行比对,利用加速阶段正推和减速阶段倒推法调整电机实际能达到的最大速度,并实时规划出电机加减速曲线;

所述步骤2)中,令首个加速度值等于最大加速度,即a1=amax,再根据加速阶段加速控制算法依次递减得出a1~aj的值,j

ai=a1‑2·(i‑1) (ac<=ai)              (1)2

ai=ac‑(i‑c) (ai>=amin)              (2)其中a1=amax,即电机的起跳加速度设为最大加速度,i是大于0的整数,公式(1)是加速段低速减加速阶段的加速度计算公式,公式(2)是加速段高速减加速阶段的加速度计算公式,其中ac计算公式:

ac=amin+(amax‑amin)/40                 (3)ai表示第i个规划周期的加速度值,当i满足ai<=amin<ai‑1时,令j=i,即此时ai=aj,因此得aj~an的计算公式为:

aj=aj+1=···=an                  (4)其中aj近似等于最小加速度,能够满足电机在任意速度下进行速度的突变;

所述步骤3)中,实际圆轴类校直机主轴负载的重量M和设定的目标速度Vm,再根据自适应减速阶段加速度算法与速度控制算法,得出减速阶段的加速度与加速阶段加速度之间的关系ad=au/k和减速阶段的加速度(a1',a2',···,am'),其中ad表示减速阶段的速度,au表示加速阶段的速度,k表示加速阶段的加速度与减速阶段的加速度的比例关系,其计算公式为:

k=1+0.01·(lgM+lgVm)                   (5)其中M代表的是主轴负载的重量,单位是千克,Vm代表的是目标速度;

在步骤4)中,当电机运转到实际速度或者目标速度Vm后,进行减速运动,再根据步骤3)和加减速控制算法中加速阶段的加速度控制算法依次递减得出加速度v1',v2',···,vm+1'的值,减速阶段加速度(a1',a2',···,am')计算公式如下:2

ai'=‑[(an+1+(i‑c))·j/k](‑ai'<=ac)              (6)2

ai'=‑[(ac+2*(i‑1))·j/k](‑ai'<=amax)          (7)其中,j表示加速度临时计数,此值是从1开始计数,每次加1,当加到k时,从1开始重新计数;

在步骤4)中,主轴电机以Vmin为起跳速度,即v1=Vmin,再根据加速度(a1,a2,···,an)依次递增得出加速阶段速度(v1,v2,···,vn+1),其计算公式如下:vn=vn‑1+an‑1                             (8)其中v1=Vmin,vn表示第n个规划周期时电机达到的速度,单位为电机每秒运行的脉冲量;再结合规划周期2ms可得出脉冲步长(P1,P2,···,Pn+1)和(P1',P2',···,Pm+1')的计算公式:

‑3

Pn=2vn·10 +Pn‑1                      (9)‑3

Pm'=2vm'·10 +Pm‑1'                    (10)‑3 ‑3

其中P1=2v1·10 ,P1'=2vn·10 ,Pn表示电机以初速度Vmin为起跳速度,加速度阶段每经过一个规划周期2ms按照加速度(v1,v2,···,vn+1)进行一次提速,当速度提升到vn时其所运行的脉冲量;Pm'表示电机从最大速度vn开始减速运行到vm时其所运行的脉冲量;

所述步骤5)中,根据加速阶段加速度(v1,v2,···,vn+1)对相应脉冲步长(P1,P2,···,Pn+1)和减速阶段加速度(v1',v2',···,vm+1')对相应脉冲步长(P1',P2',···,Pm+1')再结合目标速度Vm以及目标位置L,用加速阶段正推和减速阶段倒推法计算出最接近目标速度Vm的实际最大速度vp、加速距离Pp和减速距离Pp',加速阶段正推和减速阶段倒推法,就是从加速度阶段加速度v1,v2,···,vn+1中从第一个速度开始推导,计算某个速度vj对应的脉冲数Pj加上这个速度在减速阶段到最小速度的脉冲数Pj'和目标距离L相比,减速阶段脉冲数利用倒推法计算公式为:其中j从1开始, 为速度vj对应减速阶段的脉冲步长量;根据最大速度Vmax,可以分为两种距离情况:

(a)如果推到速度Vmax时,Pj+Pj'<L;则vp=Vmax,Pp=Pmax;

(b)如果没有推到速度vj<Vmax时,Pj+Pj'>L;则vp=vj,Pp=Pj;

在根据上面得到的电机速度vp与目标速度Vm相比,以此又可分为两种情况:(a)如果行程vp<=Vm<Vmax,此时图2内电机运行过程中实际能够达到的最大速度为vp,此时的加速距离为:

S1=Pp                        (12)减速阶段的距离为:

S2=Pp'                        (13)(b)如果行程vm<=vp<=Vmax,此时电机运行过程中实际能够达到的最大速度为vp,此时的加速距离为:

S1=Pm                        (14)减速阶段的距离为:

S2=Pm'                        (15)匀速阶段的距离为:

S3=L‑S1‑S2                     (16)主轴电机加减速曲线是将速度控制整体分为低速减加速、匀加速、高速减加速、高速减减速、匀减速和低速减减速七段的不对称速度曲线,当速度达到目标速度Vm或运动步长达到L/2时,运行状态进入匀速阶段或者减速阶段。

2.如权利要求1所述的一种智能圆轴类校直机主轴自适应速度控制方法,其特征在于:所述步骤1)中,现场测试出的最大加速度amax需满足当滚主轴带动质量为M的负载时,电机在当前负载下以起始速度Vmin突增amax速度都能够保持稳定运行;测试出的最小加速度amin需满足电机在接近最大速度Vmax高速运动时突增amin不会引起电机过载和堵转丢步等现象;

在步骤4)中,匀加速阶段最小速度Vcon1,是Vmin通过减加速阶段加速度达到匀加速度ac(ac=[amin+(amax‑amin)/40])时对应的速度;测试出的高速阶段最小速度Vcon2,需满足电机在以加速度ac匀加速加到不会引起电机过载和堵转丢步时最大的速度。