无卡旋切机进刀速度伺服控制器

摘要

本发明“无卡旋切机进刀速度伺服控制器”涉及一种速度伺服控制系统，该系统应用于无卡旋切机旋切时的进刀速度控制。本发明的无卡旋切机进刀速度伺服控制器包含无卡旋切机旋切模型计算器，自适应模糊控制器，和电机矢量控制单元。通过分析无卡旋切机的旋切过程给出速度控制期望，然后通过控制器实现该速度期望的伺服控制。本发明的特点是控制算法先进实用。通过偏差，偏差变化率等闭环反馈输入实现对无卡旋切机旋切过程的精确控制。由于本发明中采用了自适应模糊控制算法克服了木材旋切时的非线性，无动力学模型等困难。

主权项

1.一种用于无卡旋切机的进刀速度伺服控制器，用于控制无卡旋切机旋切过程中的进刀速度，实现旋切单板过程中的速度跟随，其特征在于：所述的进刀速度伺服控制器包括无卡旋切机旋切模型计算器，速度前馈控制器，自适应模糊控制器，和交流异步电动机矢量控制单元；所述的无卡旋切机旋切模型计算器的输出端分别连接所述的速度前馈控制器和所述的自适应模糊控制器，根据所述的速度前馈控制器给出的前馈控制量和所述的自适应模糊控制器的输出控制量的加和，输出给所述的交流异步电动机矢量控制单元，实现对交流异步电动机执行矢量驱动控制，所述的进刀速度伺服控制器采集旋转编码器信号，计算刀台的当前位置坐标，刀台的实际进刀速度，和摩擦棍的实际转速，并反馈到所述的无卡旋切机旋切模型计算器和所述的自适应模糊控制器的输入端，进行闭环的速度控制；所述的旋转编码器中有一个安装在进刀推进传动系中，该旋转编码器的信号经过计算后得到进刀速度，推进电机转速，和刀台位置坐标，其计算公式分别如下：刀台的位置坐标计算：$l=L_0+\frac{L_s{X}_0}{4M_0{I}_2},$进刀速度的计算：$v=\frac{L_s{X}_T}{{4M}_0{I}_{2}T},$驱动电机的转速的测量：$N_1=\frac{X_T{I}_1}{4M_{0}T},$其中：L₀为机械零位坐标点，X₀为编码器的累计脉冲数，M₀为编码器每转脉冲数发生数，Ls为推进丝杠的螺距，I₁为进给驱动电机轴到安装编码器轴的传动比，I₂为安装编码器的轴到进给驱动丝杆的传动比，X_T为采样时间内的脉冲数，T为采样时间；所述的无卡旋切机旋切模型计算器通过对旋切过程的分析计算，精确的对旋切过程进行数学模拟，给出精确的速度控制期望，所述的进刀速度伺服控制器的速度控制给定量即来自于此无卡旋切机旋切模型计算器，其计算公式如下：$V=\frac{\mathrm{NDE}·{(D+2l)}^3}{15({4l}^2-D^2+M^2)[{(D+2l)}^2-M^2]},$其中：V为刀台理论进刀速度，1为刀台的位置坐标，N为驱动棍转速，D为驱动棍直径，E为切削单板厚度，M为驱动棍中心距；所述的速度前馈控制器的计算公式如下：其中，J_d为进给驱动电机的极对数，V₀为进刀速度的期望速度，F₁为前馈控制频率输出量；所述的自适应模糊控制器基于专家经验对非线性，无动力学模型的旋切单板过程进行仿人类的智能控制，分为基本模糊控制器和自适应调整机构两部分，所述的基本模糊控制器输入变量有两个，转速偏差e和偏差变化率Δe，输出控制量为u，所述的自适应调整机构通过观测无卡旋切机的工作状态，用来完成调整基本模糊控制器输出控制量u的比例因子Ku，以达到各种工作状态下的最优控制，所述的自适应调整机构的输入是电机运行电流I_m和当前误差绝对值大小|e|。