本发明专利技术针对传统的ＰＩＤ控制方法存在的问题，提出了一种ＩＣ材料线切割机床多电机系统速度同步自适应逆控制方法，在多电机系统线速度同步跟踪控制中，以主电机作为参考模型，运用自适应算法对主电机系统进行辨识，辨识所得的主电机数学模型自适应地调整控制器，再采用所得到的自适应控制器控制从电机的线速度跟踪主电机的线速度。测试结果表明，本发明专利技术具有控制精度高、自适应性和鲁棒性好、运行稳定、断线故障率低等优点。
Speed synchronization adaptive inverse control method for multi motor system of IC material line cutting machine tool
The present invention in the traditional control method of PID, proposes a IC wire cutting machine inverse control method of multi motor synchronous speed adaptive system, the multi motor synchronous speed tracking control system, with the main motor as the reference model, using the adaptive algorithm to identify the main motor system, adaptive main motor mathematical model the identification of the adjustment of controller, the adaptive controller obtained from the motor control line speed of the main motor speed tracking. The test results show that the invention has the advantages of high control accuracy, good adaptability and robustness, stable operation and low failure rate of disconnection.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及绕巻系统的线速度跟踪控制技术，具体是一种ic材料线切割机床多电机系统速度同步自适应逆控制方法。技术背景在传统的机械中为了实现各运动单元之间严格的位置同步、速度同步，通 常采用机械轴和齿轮传动。有时为了改变各个传动点之间的速比和相位关系还 需要安装变速箱和差速器。我们称这种方式为有轴传动方式。无轴传动也称为 电子轴传动、独立传动或无机械传动。特点是每个传动点都有自己独立的驱动 电机，而不是由一个大电机拖动多个传动点。因此只需要通过简单的参数设定 和编程就可以取代原来无级变速箱、差速器及更多、更复杂的齿轮及连杆机构 功能。传动精度不会随着机械的老化、磨损越来越差。简化机械润滑系统降低 了机器噪音、减少了机械振动、节省机器安装的时间和空间。在多线切割机的 多电机系统中的收、放线电机、排线电机均采用无轴传动技术。多线切割机主电机与收放线电机的线速度同步控制机械结构原理图如图l 所示，由张力电机驱动的张力摆杆可以在一定范围内自由摆动，多线切割机的 开始运行时，所有金属丝全部缠绕在放丝辊上，通过一系列导向轮缠绕到由主电机拖动的3个加工辊上，加工锟下端由缠绕的钢丝线组成了切割面，进行切割 加工后再通过一系列导向轮缠绕到收丝辊，放线锟和收线锟分别由放线电机和 收线电机驱动。主电机的速度由程序设定控制，切割机运行时，采用程序设定 的方式控制主电机按给定的速度驱动加工辊正反向交替运转，放线和收线速度必须实时跟随工作锟的线速度，所以收、放线电机的速度由主电机的速度和放 线侧张力电机的速度共同控制。运行时，采用往复走线方式，主电机速度曲线如图2所示，收放线电机的 线速度都必须跟随主电机的线速度，张力摆杆的角度反映的是跟随系统的调节 能力，张力摆杆的角速度反映的是跟随系统的跟随误差，切割线上的张力反映 的是张力摆杆的加速度。主电机的速度是由程序设定，放线电机是一个随动跟踪控制系统，设伺服 电机线速度控制系统的数学模型为上式中参数k为比例常数，S为拉普拉斯算子，T时间常数。 线切割机处于工作状态时，放线轮的半径会逐渐变小、收线轮的半径会逐 渐变大，罗拉的半径由于损耗也会变小。在放线过程中电机自身参数会发生变 化由于转动惯量的变小(大)会引起的电机固有加速时间增小(大)、半径变 化导致的电机线速度与角速度之间关系的变更，对应(l)式数学模型中参数" r的变化。所以对放线电机的控制是一个非线性、时变的随动系统控制问题； 针对多线切割机的放线随动系统的控制，基于上述分析要求解决以下问题① 如何设计控制器，使得当主动轮和放线轮的直径、转动惯量某一小的领域内 的变化时，控制系统的性能对上述变化不敏感；② 放线轮机械参数发生大范围变化时，控制器如何自适应地改变，以保证控制 系统的性能。根据系统的要求，控制器中需要具备较强鲁棒性、自适应性。多线切割机 采用往复走线方式，主电机的线速度^曲线和基于偏差控制的数字PID控制器控制系统(反馈环节由张力力锤调节装置硬件实现)结构如图3所示，采用PID控制器时，在速度恒定的情况下控制性能满足控制要求，但处于加减速阶段时， 由于放线电机随动系统的输出与主电机的输出之间有一个采样时间的延时且电 机自身参数的变化，加减速期间的总会有一定的跟随误差。对于机械参数变化不大且运行速度低(最高走线速度约240m/min)的小型切割机(如湖南宇晶机 器公司的XQ120)， PID控制能基本满足控制要求。对于高速度、机械参数变化 大的大型多线切割机(如湖南宇晶机器公司的XQ3000系列，最高走线速度约 600m/min)这种简单的PID控制将不能保证控制系统运行的有效性与可靠性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种IC材料 线切割机床多电机系统速度同步自适应逆控制方法，解决主电机与收线电机的 输出之间的一个采样时间的延时问题及速度正反向过渡阶段跟踪误差过大问 题，能够达到控制精度高、自适应性和鲁棒性好、运行稳定、断线故障率低的 目的。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术解决方案是， 一种IC材料线切 割机床多电机系统速度同步自适应逆控制方法，在多电机系统线速度同步跟踪 控制中，以主电机作为参考模型，运用自适应算法对主电机系统进行辨识，辨 识所得的主电机数学模型自适应地调整控制器，再采用所得到的自适应控制器 控制从电机的线速度跟踪主电机的线速度，其中在控制过程中，将从电机用一 自适应FIR滤波器逼近，且将所述自适应FIR滤波器作为虚拟对象，加入系统 辨识环节和虚拟对象环节，使自适应控制器和虚拟对象都处于输出端位置，再 进行基于虚拟对象的自适应逆控制。其中控制器自适应调整的具体步骤包括以主电机为模型参考，运用自 适应算法调节控制器C(z-'),使被控对象与控制器级联后构成的等效系统与主电机具有类似的动态特性和静态特性，即理想情况下满足<formula>formula see original document page 8</formula>上式中/Uz-1)、 A(,)分别对应主电机和被控对象放线电机的数学模型，等效于一个零阶保持器、 一个伺服电机和一个增量性光电编码器的级联；其中 f)、 2(^)能逼近实际电机，式(3)的极点在S左边平面，所以^(z-')、 P2(,) 都是最小相系统，式(4)表明C(z-')也是最小相系统，利用长除法对其展开<formula>formula see original document page 8</formula>上式中滤波器系数w。=/C，W,^K"广'("t-a2)z-' (z、l，2，…)； C(z-')是一个无限长的梳状数字滤波器，对于多线切割机采用的都是机械刚 性很大的伺服电机，其中",，"2都小于1，所以随着i的增加w,会很快递减，C(z-1) 用FIR滤波器有效逼近；从(3)式看出当主电机与放线电机机械特性接近时， 。，a,的值接近，可用较小阶数的FIR来逼近；由于放线电机的数学模型也是最小相系统，运用长除法展开<formula>formula see original document page 8</formula>尸2(z-')也用一个自适应FIR滤波器P2(》)逼近；将p/z-')作为虚拟对象，自适应控制器的位置调整到输出端，分析基于虚拟对象的自适应逆控制结构，对于系统辨识环节有尸2(;-')=尸2(2-') (5)对于虚拟对象环节有尺(》)C(z-=') (6) 由于C(z-1)、尸2(》)都处于输出端位置，选用自适应算法对自适应滤波器 的系数进行调整；对被控对象进行模式识别，采用LMS算法，以瞬时值代替数 学期望，迭带分三步第一步，求自适应FIR滤波器输出，设『(")为FIR滤波器n时刻系数列向 量，Z(n)为n时刻由输入及输入延时所得的列向量，输出y(")为_y(") = W(")7'X(") (7)第二步，计算跟随误差，设^")是自适应FIR滤器参考模型的输出，跟踪误差:= 2 (8)第三步，按更新FIR滤波器系数，迭代公式为,+1) = ,) - 雄2 ("》=+ —);r(")7,本专利技术所述ic材料线切割机床多本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＩＣ材料线切割机床多电机系统速度同步自适应逆控制方法，其特征在于，在多电机系统线速度同步跟踪控制中，以主电机作为参考模型，运用自适应算法对主电机系统进行辨识，辨识所得的主电机数学模型自适应地调整控制器，再采用所得到的自适应控制器控制从电机的线速度跟踪主电机的线速度，在控制过程中，将从电机用一自适应ＦＩＲ滤波器逼近，且将所述自适应ＦＩＲ滤波器作为虚拟对象，加入系统辨识环节和虚拟对象环节，使自适应控制器和虚拟对象都处于输出端位置，再进行基于虚拟对象的自适应逆控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：戴瑜兴，张义兵，汤睿，蒋近，杨宇红，
申请(专利权)人：湖南宇晶机器实业有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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