基于变频器的控制方法及用于行走定位设备的控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于变频器的控制方法，该控制方法用于对行走定位设备进行高精度定位，包括如下步骤：确定与该行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率；确定行走定位设备在正、反方向分别输出特定频率时所对应的特定速度；输入阶跃频率信号并记录频率‑速度响应曲线；根据所记录的频率‑速度响应曲线，采用Ziegler‑Nichols阶跃响应法为该变频器设定自适应PID参数。本发明专利技术还涉及一种用于行走定位设备的控制装置，该控制装置包括：由变频器驱动的电机；位置传感器；控制单元，该控制单元基于上述的控制方法控制该变频器的输出频率，从而控制该电机实现对所述行走定位设备的高精度定位。

Control method based on frequency converter and control device used in walking positioning equipment

【技术实现步骤摘要】
基于变频器的控制方法及用于行走定位设备的控制装置
本专利技术涉及一种基于变频器的控制方法，用于对行走定位设备进行高精度定位。本专利技术还涉及一种用于行走定位设备的控制装置。
技术介绍
传统的定位控制方法普遍使用接近开关控制或者适用高低速控制。上述方法适用于精度和定位时间要求不严格的场合。但是，上述的控制方法并不适用于需要高精度或时间最优的控制定位的应用场景。定位控制系统通过建立变频器的斜坡发生器数学模型，为行走定位设备实时计算当前所需的目标速度来输出相应的变频器频率。但行走定位设备的实际速度与目标速度会存在一定的偏差，需要用PID控制进行修正。由于每个现场的行走定位设备的数学模型及现场工况均存在差异，在现场通过经验来试凑PID参数会花费大量时间且不一定能达到最优效果。因此，希望能够提供一种自适应PID参数的方法，尤其是希望该方法能够在无需了解定位控制系统的数学模型的情况下极大地减少了工程师的调试负担并且自适应得到的结果也优于传统的经验调整。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于变频器控制的高精度定位的控制方法，一方面为变频器控制提供了一些必要的基础控制参数，另一方面也能够自适应PID参数。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于变频器的控制方法，该控制方法用于对行走定位设备进行高精度定位，包括如下步骤：确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率；确定行走定位设备在正、反方向分别输出特定频率时所对应的特定速度；输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线；根据所记录的频率-速度响应曲线，采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数。确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率的步骤包括：从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长增加变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有正向的实时速度，则判断所述行走定位设备做正向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小正向速度所对应的最小正向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有反向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备；从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长减小变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有反向的实时速度，则判断所述行走定位设备做反向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小反向速度所对应的最小反向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有正向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备。在确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤中，以变频器最大频率的若干等分作为频率步长，将在变频器最小正向频率或最小反向频率与变频器最大频率之间的所述频率步长的倍数作为所述特定频率。确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤包括：首先驱动行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置，然后，将行走定位设备缓慢输出频率至所述特定频率，当实际输出频率等于所述特定频率时，记录行走定位设备此时的时间和位置，一直保持所述特定频率直至行走定位设备实际位置超过一个预设的安全停止位置时再停止行走定位设备的运行并记录此时的时间和位置，从而根据时间和位置的变化计算出对应于该特定频率的速度；对于每个特定频率多次重复上述过程，根据每个过程计算出的对应于该特定频率的速度求出对应于该特定频率的平均速度，作为所述行走定位设备在变频器输出所述特定频率时所对应的特定速度。上述预设的安全停止位置通过经验确定，要求在任何可能的变频器频率下行走定位设备在到达此安全停止位置之前经过足够长的采样时间且已处于匀速运动状态。输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线的步骤包括：多次重复地先驱动所述行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置，然后将变频器输出频率设定为一个预定的第一频率，直至所述行走定位设备以对应于所述第一频率的第一速度匀速运行后再将变频器输出频率从所述第一频率切换为一个预定的、不同于所述第一频率的第二频率，直至所述行走定位设备以对应于所述第二频率的第二速度再次匀速运行，将频率切换的时刻记为零时刻，记录所述行走定位设备的速度从所述第一速度阶跃到所述第二速度的过程中的若干连续循环周期中的每个循环周期结束时的速度和相对于所述零时刻的时间偏移值，其中，所述第一频率和所述第二频率都在变频器最小正向频率或最小反向频率和变频器的最大频率之间取值；根据所记录的多次重复中相同次序的循环周期结束时的速度求出该次序的循环周期对应的速度平均值；根据所记录的多次重复中相同次序的循环周期结束时的相对于所述零时刻的时间偏移值求出该次序的循环周期对应的相对于所述零时刻的时间偏移值平均值。优选的是，通过对所述各个时间偏移值平均值所对应的速度平均值进行平滑滤波处理得到所述各个时间偏移值平均值所对应的速度采样值，由速度采样值及对应的时间偏移值平均值组成速度采样值数组。在此，尽管已可以考虑不对各个时间偏移值平均值所对应的速度平均值进行平滑滤波处理而直接以上文中得到的速度平均值作为速度采样值组成速度采样值数组，但此时得到的速度采样值-时间偏移值平均值曲线有可能并不光滑。在根据本专利技术的基于变频器的控制方法的一种实施形式中，为了更精确地表示测量结果，减小随机误差的影响，需要对采集到的速度数据作平滑和滤波处理，例如滑动平均法，即沿全长N个数据,不断逐个滑动地取m个相邻数据作直接的算术平均，公式如下：式中p、q为小于m的任一正整数,且m＝p+q+1，wi为加权系数，且yk对应于要被平滑滤波的变量，在此是各个时间偏移值平均值所对应的速度平均值/速度采样值。可采用滑动平均法进行处理。滑动平滑的参数m、p、q的选择直接影响对数据的平滑效果。如果m取得较大,则局部平均的相邻数据偏多,尽管平滑作用较大,有利于抑制频繁随机起伏的随机误差,然而也可能将高频变化的确定性成分一起被平均而削弱；反之,若m取得较小,则可能对低频随机起伏未作平均而减小,即不利于抑制随机误差,因此,应按平滑的目的及数据的实际变化情况来合理选取参数的值。更具体而言，可以采用前端点平滑法，表达式为：或者后端点平滑法，表达式为：优选的是，所述平滑滤波处理选择的参数m、p、q满足下列关系：15＞p＞10，15＞q＞10，31＞m＞21。更优选的是，所述平滑滤波处理选择的参数m、p、q取值如下：p＝10，q＝12，且m＝25。在根据本专利技术的基于变频器的控制方法的另外的实施形式中，所述平滑滤波处理除采用滑动平均法之外，亦可采用一阶滞后滤波法。滑动平均法亦可改进，以限幅平均滤波法或加权递推平均滤波法替代。首先，在所述速度采样值数组中的速度采样值、时间偏移值平均值构成的速度采样值-时间偏移值平均值曲线上确定第一点和第二点，使得过所述第一点和第二点的直线的斜率与所述速度采样值-时间偏移值平均值曲线的拐点切线相同；然后在速度采样值-时间偏移值平均值坐标系中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变频器的控制方法，该控制方法用于对行走定位设备进行高精度定位，包括如下步骤：/n确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率；/n确定行走定位设备在正、反方向分别输出特定频率时所对应的特定速度；/n输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线；/n根据所记录的频率-速度响应曲线，采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于变频器的控制方法，该控制方法用于对行走定位设备进行高精度定位，包括如下步骤：
确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率；
确定行走定位设备在正、反方向分别输出特定频率时所对应的特定速度；
输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线；
根据所记录的频率-速度响应曲线，采用Ziegler-Nichols阶跃响应法为所述变频器设定自适应PID参数。


2.根据权利要求1所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，确定与所述行走定位设备的最小正向速度和最小反向速度对应的变频器最小正向频率和最小反向频率的步骤包括：
从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长增加变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有正向的实时速度，则判断所述行走定位设备做正向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小正向速度所对应的最小正向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有反向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备；
从0赫兹开始，每个循环周期以一定频率步长减小变频器频率，一旦检测到所述行走定位设备有反向的实时速度，则判断所述行走定位设备做反向运动，并将变频器的实时输出频率作为最小反向速度所对应的最小反向频率，否则，在检测到所述行走定位设备有正向的实时速度时，则判断系统异常，停止所述行走定位设备。


3.根据权利要求2所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，在确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤中，以变频器最大频率的若干等分作为频率步长，将在变频器最小正向频率或最小反向频率与变频器最大频率之间的所述频率步长的倍数作为所述特定频率。


4.根据权利要求1所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，确定行走定位设备在变频器输出特定频率时所对应的特定速度的步骤包括：
首先驱动行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置，然后，将行走定位设备缓慢输出频率至所述特定频率，当实际输出频率等于所述特定频率时，记录行走定位设备此时的时间和位置，一直保持所述特定频率直至行走定位设备实际位置超过一个预设的安全停止位置时再停止行走定位设备的运行并记录此时的时间和位置，从而根据时间和位置的变化计算出对应于该特定频率的速度；
对于每个特定频率多次重复上述过程，根据每个过程计算出的对应于该特定频率的速度求出对应于该特定频率的平均速度，作为所述行走定位设备在变频器输出所述特定频率时所对应的特定速度。


5.根据权利要求1所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，输入阶跃频率信号并记录频率-速度响应曲线的步骤包括：
多次重复地先驱动所述行走定位设备至具有典型工况且距离足够长的安全轨道位置，然后将变频器输出频率设定为一个预定的第一频率，直至所述行走定位设备以对应于所述第一频率的第一速度匀速运行后再将变频器输出频率从所述第一频率切换为一个预定的、不同于所述第一频率的第二频率，直至所述行走定位设备以对应于所述第二频率的第二速度再次匀速运行，将频率切换的时刻记为零时刻，记录所述行走定位设备的速度从所述第一速度阶跃到所述第二速度的过程中的若干连续循环周期中的每个循环周期结束时的速度和相对于所述零时刻的时间偏移值，其中，所述第一频率和所述第二频率都在变频器最小正向频率或最小反向频率和变频器的最大频率之间取值；
根据所记录的多次重复中相同次序的循环周期结束时的速度求出该次序的循环周期对应的速度平均值；
根据所记录的多次重复中相同次序的循环周期结束时的相对于所述零时刻的时间偏移值求出该次序的循环周期对应的相对于所述零时刻的时间偏移值平均值。


6.根据权利要求5所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，通过对所述各个时间偏移值平均值所对应的速度平均值进行平滑滤波处理得到所述各个时间偏移值平均值所对应的速度采样值，由速度采样值及对应的时间偏移值平均值组成速度采样值数组。


7.根据权利要求6所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理采用滑动平均法如下：



式中p、q为小于m的任一正整数,且m＝p+q+1，wi为加权系数，且


8.根据权利要求7所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理采用的滑动平均法为前端点平滑法，表达式为：





9.根据权利要求7所述的基于变频器的控制方法，其特征在于，所述平滑滤波处理采用的滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：段湘杰，施旭杰，邢凯，
申请(专利权)人：安德里茨中国有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44