一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)及其控制方法，屬于紡織機械領(lǐng)域，包括經(jīng)軸電機智能控制器、伺服驅(qū)動器伺服電機、減速器，以及設(shè)置在主軸上的主軸轉(zhuǎn)速編碼器和設(shè)置在經(jīng)軸上的經(jīng)軸測速編碼器，經(jīng)軸電機智能控制器包括串接的主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估器和自適應(yīng)PID控制器，主軸轉(zhuǎn)速編碼器的輸出端與主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估器的輸入端連接，經(jīng)軸測速編碼器的輸出端與自適應(yīng)PID控制器的輸入端連接，伺服驅(qū)動器伺服電機、減速器、經(jīng)軸依次連接，自適應(yīng)PID控制器的輸出端與伺服驅(qū)動器伺服電機連接。本發(fā)明算法簡單，可自適應(yīng)調(diào)整經(jīng)軸電機控制目標(biāo)曲線和PID參數(shù)，有效提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力，緩解了經(jīng)軸開停車的滯后性問題，可有效處理停車橫條問題。
【專利說明】一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高速經(jīng)編機開停車過程的電機同步智能控制系統(tǒng)，特別是采用局 部主軸轉(zhuǎn)速預(yù)測來指導(dǎo)經(jīng)軸電機變化的隨動控制系統(tǒng)，以保證經(jīng)軸電機能更好的跟蹤主軸 電機轉(zhuǎn)速變化，緩解和解決高速經(jīng)編機停車橫條問題，屬于紡織機械領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 高速經(jīng)編生產(chǎn)過程中，最常出現(xiàn)的疵點是經(jīng)編橫條，包括正常生產(chǎn)時的運轉(zhuǎn)橫條 和開停車過程產(chǎn)生的停車橫條。目前，隨著高速伺服電機的應(yīng)用和機械結(jié)構(gòu)的改進和完善， 運轉(zhuǎn)橫條問題已基本解決，但停車橫條現(xiàn)象仍普遍困擾著諸多企業(yè)，嚴重影響著產(chǎn)品質(zhì)量 和企業(yè)效益。
[0003] 相關(guān)研究表明，高速經(jīng)編機開停車過程中，經(jīng)軸電機相對主軸電機具有的轉(zhuǎn)速滯 后性，致使送出的經(jīng)紗不能完全適應(yīng)成圈的要求，是產(chǎn)生停車橫條的直接原因。一般而言， 機器轉(zhuǎn)速越高，經(jīng)軸電機滯后越明顯，產(chǎn)生的停車橫條更大。若想徹底解決停車橫條問題， 必須保證在整個開停車過程中，經(jīng)軸電機的實際啟動/制動曲線與主軸電機啟動/制動曲 線完全匹配。
[0004] 然而，由于在不同車速要求下，電機的啟動/制動曲線差異較大，且其理論啟動/ 制動曲線和實際曲線之間也存在一定差異，因此要想完全實現(xiàn)啟動/制動曲線一致，是十 分困難的。
[0005] 因此，人們開了一些智能控制方案。例如在浙江大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版）2013年47卷 10期1712-1721頁中，涉及了一種模糊免疫-單神經(jīng)元PID(FI_SNAPID)的送經(jīng)方案，該方 案結(jié)合模糊免疫優(yōu)化算法和單神經(jīng)元算法對PID參數(shù)進行調(diào)整，以較好的跟蹤主軸變速過 程，送經(jīng)量準(zhǔn)確穩(wěn)定。
[0006] 顯然，采樣上述技術(shù)如是對主軸轉(zhuǎn)速變化幅度較小的情況是可以正常使用的，但 其始終以當(dāng)前時刻采樣值作為經(jīng)軸電機目標(biāo)值，決定了其在開停車這種轉(zhuǎn)速變化很快的情 況下智能處于跟蹤的地步，同時其算法較為復(fù)雜，時間上的滯后性難以消除，難以真正避免 停車橫條的產(chǎn)生。
[0007] 因此，研制一種能適應(yīng)不同車速、具有一定預(yù)估性和前瞻性的高性能高速經(jīng)編智 能控制系統(tǒng)，特別是開停車過程中的先進控制系統(tǒng)，已成為高速經(jīng)編機發(fā)展亟需解決的關(guān) 鍵問題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種可有效解決停車橫條問題的高速經(jīng)編 機開停車智能控制系統(tǒng)及其控制方法。
[0009] 為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0010] 一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)，包括經(jīng)軸電機智能控制器、伺服驅(qū)動器伺 服電機、減速器，以及設(shè)置在主軸上的主軸轉(zhuǎn)速編碼器和設(shè)置在經(jīng)軸上的經(jīng)軸測速編碼器， 其中，經(jīng)軸電機智能控制器包括串接的主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估器和自適應(yīng)PID控制器（主軸轉(zhuǎn)速預(yù) 估器和自適應(yīng)PID控制器均采用PLC進行控制），主軸轉(zhuǎn)速編碼器的輸出端與主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估 器的輸入端連接，經(jīng)軸測速編碼器的輸出端與自適應(yīng)PID控制器的輸入端連接，伺服驅(qū)動 器伺服電機、減速器、經(jīng)軸依次連接，自適應(yīng)PID控制器的輸出端與伺服驅(qū)動器伺服電機連 接。
[0011] 本發(fā)明中，主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估器能根據(jù)檢測得到的主軸轉(zhuǎn)速序列，利用局部學(xué)習(xí)建模 方法分析預(yù)估得到主軸轉(zhuǎn)速的變化趨勢（即主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列），并提供給自適應(yīng)PID控制 器作為經(jīng)軸電機轉(zhuǎn)速參考目標(biāo)序列；自適應(yīng)PID控制器則根據(jù)轉(zhuǎn)速參考目標(biāo)序列和主軸轉(zhuǎn) 速預(yù)估序列，自適應(yīng)選擇PID控制參數(shù)，優(yōu)化經(jīng)軸電機轉(zhuǎn)速曲線。
[0012] 一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
[0013] 1)主軸轉(zhuǎn)速編碼器將檢測得到的主軸轉(zhuǎn)速序列輸入到主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估器，主軸轉(zhuǎn)速 預(yù)估器利用局部學(xué)習(xí)建模方法分析預(yù)估得到主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列，并將主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列輸 出至自適應(yīng)PID控制器；
[0014] 2)自適應(yīng)PID控制器根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列和經(jīng)軸測速編碼器檢測到的實時轉(zhuǎn) 速序列，實時更新自適應(yīng)PID控制器內(nèi)的經(jīng)軸電機轉(zhuǎn)速目標(biāo)曲線；
[0015] 3)自適應(yīng)PID控制器根據(jù)經(jīng)軸電機轉(zhuǎn)速目標(biāo)曲線和當(dāng)前經(jīng)軸轉(zhuǎn)速之間的誤差值， 利用模糊控制自適應(yīng)調(diào)整PID參數(shù)，并將調(diào)整后的PID參數(shù)控制指令發(fā)送到伺服驅(qū)動器伺 服電機，再通過減速器調(diào)整經(jīng)軸的轉(zhuǎn)速，進而保持經(jīng)軸轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速的一致性。
[0016] 作為上述方案的進一步設(shè)置，所述局部學(xué)習(xí)建模方法包括以下步驟：
[0017] (1)構(gòu)建高速經(jīng)編機開停車過程主軸轉(zhuǎn)速序列歷史數(shù)據(jù)庫，其中，當(dāng)前采樣時刻及 其前N個主軸轉(zhuǎn)速序列作為輸入特征，后續(xù)預(yù)測序列作為輸出特征；
[0018] (2)實時采集當(dāng)前主軸轉(zhuǎn)速序列，使用序列相似性估計函數(shù)計算得到最為相似的 若干組歷史轉(zhuǎn)速序列；
[0019] (3)構(gòu)建局部學(xué)習(xí)模型，估計得到主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列，并輸出至自適應(yīng)PID控制 器；局部學(xué)習(xí)模型構(gòu)建和序列預(yù)估方案為：
[0020] Vestimate =

【權(quán)利要求】
1. 一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)，其特征在于：包括經(jīng)軸電機智能控制器、伺 服驅(qū)動器伺服電機、減速器，以及設(shè)置在主軸上的主軸轉(zhuǎn)速編碼器和設(shè)置在經(jīng)軸上的經(jīng)軸 測速編碼器，其中，經(jīng)軸電機智能控制器包括串接的主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估器和自適應(yīng)PID控制器， 主軸轉(zhuǎn)速編碼器的輸出端與主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估器的輸入端連接，經(jīng)軸測速編碼器的輸出端與自 適應(yīng)PID控制器的輸入端連接，伺服驅(qū)動器伺服電機、減速器、經(jīng)軸依次連接，自適應(yīng)PID控 制器的輸出端與伺服驅(qū)動器伺服電機連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于 包括以下步驟： 1) 主軸轉(zhuǎn)速編碼器將檢測得到的主軸轉(zhuǎn)速序列輸入到主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估器，主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估 器利用局部學(xué)習(xí)建模方法分析預(yù)估得到主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列，并將主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列輸出至 自適應(yīng)PID控制器； 2) 自適應(yīng)PID控制器根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列和經(jīng)軸測速編碼器檢測到的實時轉(zhuǎn)速序 列，實時更新自適應(yīng)PID控制器內(nèi)的經(jīng)軸電機轉(zhuǎn)速目標(biāo)曲線； 3) 自適應(yīng)PID控制器根據(jù)經(jīng)軸電機轉(zhuǎn)速目標(biāo)曲線和當(dāng)前經(jīng)軸轉(zhuǎn)速之間的誤差值，利用 模糊控制自適應(yīng)調(diào)整PID參數(shù)，并將調(diào)整后的PID參數(shù)控制指令發(fā)送到伺服驅(qū)動器伺服電 機，再通過減速器調(diào)整經(jīng)軸的轉(zhuǎn)速，進而保持經(jīng)軸轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速的一致性。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于：所述局部學(xué)習(xí)建模方法包括以下步驟： (1) 構(gòu)建高速經(jīng)編機開停車過程主軸轉(zhuǎn)速序列歷史數(shù)據(jù)庫，其中，當(dāng)前采樣時刻及其前 N個主軸轉(zhuǎn)速序列作為輸入特征，后續(xù)預(yù)測序列作為輸出特征； (2) 實時采集當(dāng)前主軸轉(zhuǎn)速序列，使用序列相似性估計函數(shù)計算得到最為相似的若干 組歷史轉(zhuǎn)速序列； (3) 構(gòu)建局部學(xué)習(xí)模型，估計得到主軸轉(zhuǎn)速預(yù)估序列，并輸出至自適應(yīng)PID控制器；局 部學(xué)習(xí)模型構(gòu)建和序列預(yù)估方案為： -Σ二 Mu)叫 v estimate χ：~n Ν / 、 其中，Vestimate和Vi分別為主軸檢測序列、預(yù)估序列和與檢測序列最為相似的歷 史數(shù)據(jù)序列。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于：所述步驟（1)中，輸入特征采用的參數(shù)N選擇為5。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于：所述步驟（2)中所用的序列相似性估計函數(shù)滿足Mercer條件的核函數(shù)，核函數(shù)為高斯 核函數(shù)： Sim (v" v2) = exp [_ | | v「v21 12/2 〇 2] 其中，σ表示高斯核寬度，Vl，v2S主軸轉(zhuǎn)速輸入序列。
6. 如權(quán)利要求3所述的一種高速經(jīng)編機開停車智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于：所述步驟2)中，自適應(yīng)PID控制器設(shè)定經(jīng)軸電機轉(zhuǎn)速目標(biāo)曲線的表達式為： Vset 打 Vmesure+(1 打）V estimate 其中，η為折中系數(shù)，0彡η彡1。
【文檔編號】D04B27/22GK104294476SQ201410563698
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】陳坤, 李兵, 鄭吉華 申請人:浙江越劍機械制造有限公司