光電伺服快速調偏自動控制裝置的設計

郭輝

(新疆丁業高等專科學校電氣工程系．新疆烏魯木齊830091

摘要：對塑料縭織布生產線進行技術改造過程中，要求刀具能夠準確隨動地切割運動中的塑料編織布。課題組采用了光電傳感器實現位移的檢測，應用電子線路對偏差信號進行預處理和非線性補償，運用微處理器處理偏差數據并控制系統動作，應用積分分離pid控制方法提高響應速度，pwm信號控制無刷直流電動機，進行快速伺服調偏。提出了一種用于在線非接觸檢測的光電伺服、快速調偏方法。

關鍵詞：偏差信號；光電伺服；調偏

中國分類號：tp273    文獻標識碼：b

    1引言

 

    某塑料廠因產品調整，需要對原進口的編織布淋膜生產線進行技術改造。自動調偏控制切割裝置是技術改造核心內容，裝置要求刀具能夠準確隨動地切割運行中的塑料編織布，編織布料速度o 5-4m／s，切割誤差±3mm。由于編織布料張力不勻、機械輥系不平行及偏心，都會使編織布跑偏，造成無法淋膜。解決速度與精度之間的矛盾是裝置設計的主要問題。設計的主要環節有在線非接觸檢測、偏差信號預處理、微處理器的數據處理、良好的軟件控制方法、提高調偏響應速度。

 

    2系統的構成

 

    裝置由光電傳感器、信號與處理電路、高速微處理器dspic、三相逆變器、無傳感器無刷電動機、機械傳動及刀架組成，如圖1所示。

 

    3光電傳感器工作過程

    為了在線非接觸檢測調整運行的塑料編織布，采用bh2線性光電傳感器，傳感器內部有非線性校正電路和溫度補償環節，雙臂電橋提高敏感度并調零。編織布在中間位置時，偏差為零，光通量相等，電橋處于平衡狀態，輸出為零。編織布跑偏時，編織布的位移通過光電傳感器電橋，變成差動電壓信號。經過rc濾波、限幅，輸入到運放進行電壓放大。放大倍數由r4、r5、r6、c1決定。電壓信號輸入計算機模擬an4端口。根據實測，運算放大器輸冉與位移特性曲線如圖2所示，可以看出輸出線性度較好。

    4系統控制方法分析

 

    為了滿足三相逆變器運行速度的需要，采用信號處理及控制單片機dspic30f晶振頻率16m，單片機對輸入信號進行數據轉換、數字濾波。為了提高系統的響應速度，采用積分分離pid控制算法對偏差信號進行數據處理。pid輸出信號由單片機pwm信號輸出，驅動三相逆變器igbt功率管。

 

    在試驗過程中，發現現場電磁干擾很大，rc濾波不能滿足需要，應用數字濾波和硬件dog電路，為了消除大幅度的脈沖干擾，又要做到數據平滑。采用去極值平均濾波算法：先用中值濾波算法濾除采樣值中的脈沖性干擾，然后把剩余的各采樣值進行平均濾波。連續采樣n次，剔除其****值和最小值，再求余下n-2個采樣的平均值：實踐表明：這種方法既能抑制隨機干擾，又能濾除明顯的脈沖干擾。去極值平均濾波算法軟件算式為：

    為了提高系統的響應速度，采用軟件積分分離pid控制算法對偏差信號進行數據處理。具體就是當位移較大時，取消積分作用，以免積分系統穩定性減弱，超調量加大；當位移較小時，加入積分作用，以便消除靜差，提高控制精度[3]。

 

    設定門限為4％，當過程控制位移偏差e****值大于4％，系統不引入積分環節，只有pd控制，當過程控制位移偏差e****值小于4％，系統引入積分，進行pid控制。軟件算式為：在積分項乘一個權系數β，β=1，當e****值小于4％；β=o，e****值大于4％。積分分離pid控制算法表達式為：

實際應用的積分分離pid傳遞兩數表達式為：

    積分分離pid的整定：應用階躍響應辨識方法得到系統傳遞函數近似為：