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        技術資料

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        多線切割機速度同步系統的自適應逆控制

        發布時間:2018-08-09 點擊量:26

          控制理論與應用多線切割機速度同步系統的自適應逆控制張義兵戴瑜興\湯睿1(1.湖南大學電氣與信息工程學院,湖南長沙410082;2.湘潭大學信息工程學院,湖南湘潭411105)系統存在的問題,提出了一種自適應逆隨動控制系統結構,該系統以主電機為模型,是由一個系統辨識環節和一個自適應控制器環節構成,引入虛擬模型自適應地調整控制器,使放線電機與主電機具有類似的動態特性;樣機的:摩擦力/與張力錘的重量相比可以忽略不計;當跟隨效果較好時,VG趨向于0,此時重力錘加速度也將很小,T將保持恒定;當跟隨效果較差時,式(2)中的加速度項將大幅增加,張力將隨之波動,從而導致切割線抖動加劇。所以抖動控制的實質是速度同步控制問題。

          3基于虛擬對象的自適應逆控制系統設為了解決主電機與收線電機的輸出之間的1個采樣時間的延時問題及速度正反向過渡階段跟蹤誤差過大問題,采用所示的控制結構。設計時以主電機為模型,運用自適應算法調節控制器Ch-1),使被控對象與控制器級聯后構成的等效系統的與模型(即主電機)具有類似的動態特性和靜態特性,即理想情況下滿足在多線切割機中,主電機的速度是由程序設定,本系統中放線電機是一個隨動跟蹤控制系統,設伺服電機線速度控制系統的數學模型為線切割機處于工作狀態時,放線輪的半徑會逐漸變小,主動輪的半徑由于損耗也會變小。在放線過程中電機自身參數會發生變化:由于轉動慣量的變?。ù螅鸬碾姍C固有加速時間變?。ù螅?、半徑變化導致的電機線速度與角速度之間關系的變更,對應式(1)數學模型中參數k,T的變化。所以對放線電機的控制是一個非線性、時變的隨動系統控制問題;基于上述分析,針對多線切割機放線電機控制要求解決以下問題:如何設計控制器,使得當主動輪和放線輪的直徑、轉動慣量某一小的領域內的變化時,控制系統的性能對上述變化不敏感;放線輪機械參數發生大范圍變化時,控制器如何自適應地改變,以保證控制系統的性能。

          根據系統的要求,控制器中需要具備較強魯棒性、自適應性。本系統的多線切割機采用往復走線方式,采用數字PID控制器時,在速度恒定的情況下控制性能滿足控制要求,但處于加減速階段時,由于放線電機隨動系統的輸出與主電機的輸出之間有1個采樣時間的延時且電機自身參數的變化,加減速期間的總會有一定的跟隨誤差。對于機械參數變化不大且運行速度低(最高走線速度約240m/min)的小型切割機(如湖南宇晶公司的XQ120),PID控制能基本滿足控制要求。對于高速度、機械參數變化大的大型多線切割機(如湖南宇晶公司的XQ300A系列,最高走線速度約(600m/min)),這種簡單的數字PID控制將不能保證控制系統運行的可靠性,所以必須采用先進的控制策略。

          上P1(z-1),P2(z-1)分別對應主電機和放線電機的數字化數學模型,等效于1個零階保持器、1個伺服電機和1個線速度測量裝置(增量性光電編碼器)的級聯。在切割機中速度信號正負交替的次數一般為610次,過渡時間為1秒左右,對速度信號進行簡單的分析就可以看出,速度信號的能量集中在0.2Hz以下,一般的運動控制器的采樣頻率都在500Hz以上,根據信號處理理論,兩者能較好地逼近實際電機。式(3)的極點在s左邊平面,所以P1(z-iPsh-ICh-.都是最小相系統,可以利用長除法對其展開:C(z-1)是一個無限長的梳狀數字濾波器,多線切割機采用的都是機械剛性很大的伺服電機,式(3)中的T值很小,對于最小相系統其數字化模型中a1,a2都小于1,隨著i的增加,叭會迅速遞減,所以C(z-1)可以用FIR濾波器有效逼近。從式(5)還可以看出:當主電機與放線電機機械特性接近時,ai,a2的值接近,可以用較小階數的FIR來逼中所用的誤差是針對放線電機輸出的誤差,而不是針對自適應控制器的輸出的,所以不能采用LMS算法或RLS算法;為了能保證自適應控制器系數的迭代算法的順利實現,對其進行如下改進:對放線電機進行動態系統辨識,放線電機的數學模型也是最小相系統,與控制器類似,可以用1個自適應FIR濾波器(z-1)逼近巧(廠1)。

          將通過模式識別所得的(z-1)作為虛擬的對象,應用到所示的控制結構中,將控制器的位置調整到輸出端,改進后的控制結構見。

          分析基于虛擬對象的自適應逆的控制結構,在理想情況下對于系統辨識環節有對于虛擬對象環節有與所示結構相比,的控制結構加入了虛線中的系統辨識環節、虛擬對象環節,這樣做的優點是C(z-1),p2(z-1)都處于輸出端位置,可以靈活選用LMS算法或RLS算法對自適應濾波器的系數進行調整。

          3.2系統辨識和自適應控制器的LMS算對被控對象進行模式識別,從而使得控制結構由轉化為所示的易于LMS算法或RLS算法的結構,采用自適應LMS算法,以瞬時值代替數學期望,系數更新迭代運算分3步:第1步求自適應FIR濾波器輸出,設W(n)為FIR濾波器n時刻系數列向量,X(n)為FIR濾波器n時刻由輸入及輸入延時所得的列向量,輸出y(n)為第2步計算跟隨誤差,設是自適應FIR濾器模型的輸出為d(n),跟蹤誤差為e(n),第3步自適應濾波器系數更新迭代公式為為了保證張力錘的速度調控功能,中的張力錘在穩態時應處于中心位置,即實際的系統中也需要對的位置誤差(即張力錘的速度的積分)進行控制,注意到切割機在實際運行時其機械參數變更的速度要遠小于自適應控制器系數調整的速度,所以只需在指令速度曲線的1個周期內的某個較小時間段內進行自適應調整,而在其他時間段內使控制器參數保持不變并在放線電機的指令信號中疊加1個張力錘位置反饋分量即可實現張力錘的位置控制。

          從圖中可以看出,在加減速階段,張力錘有微小的位置移動,移動的范圍在2mm之內,速度、切割線上的張力相對穩態而言變化幅度更大,但絕對幅度較小,張力傳感器的數據顯示切割線上的張力變化范圍為1.8kgf2.2kgf之間,切割線上的張力力控制效果好,由此可以看出:速度同步控制系統的控制精度較高。

          4.3跟隨誤差分析及改進方案(八皿1丫818基于理論分析及(收線側結構與此類似),在放線輪和主動輪之間加一個可以在垂直的滑槽內上下自由滑動的張力錘,其作用體現在如下兩個方面:1)速度調節。

          設主電機、放線電機的輸出線速度分別為1/,以所標方向為正方向,在忽略鋼絲線自身彈2夏超英。直接轉矩控制系統的穩定性問題和魯棒控制器設計。


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