基于自適應(yīng)模糊pid算法的切紙機(jī)伺服控制器設(shè)計(jì)

    楊原青，劉衛(wèi)東，李樂

    (西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安7l0072)

    摘要：針對(duì)現(xiàn)代工業(yè)對(duì)切紙機(jī)實(shí)時(shí)性及高精度的要求，介紹以tms320f812為核心、can總線通信的伺服電動(dòng)機(jī)跟蹤系統(tǒng)。采用基于自適應(yīng)模糊pid算法控制器對(duì)切刀從電機(jī)進(jìn)行伺服控制。測試實(shí)驗(yàn)給出了使用傳統(tǒng)hd算法和使用自適應(yīng)模糊pid算法的控制效果比較一結(jié)果表明應(yīng)用模糊pid控制器能夠在不同的速度切換情況下對(duì)切刀從電機(jī)進(jìn)行有效控制，達(dá)到了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性及精度要求。

0引  言

    切紙機(jī)是一種對(duì)長卷紙進(jìn)行切割得到所需長度的紙張?jiān)O(shè)備，主要用于造紙廠瓦楞型紙的加工和包裝印刷企業(yè)印制品的整形加工。目前，國內(nèi)切紙機(jī)的產(chǎn)量雖然很大，但是缺少高精度的尺寸定位系統(tǒng)和尺寸設(shè)置裝置，尤其在高速剪切情況下精度難以達(dá)到要求。針對(duì)這一問題，本文采用基于模糊pjd算法的軌跡跟蹤伺服控制技術(shù)，使控制對(duì)象按照預(yù)先設(shè)定的軌跡運(yùn)行，最后控制每一點(diǎn)切刀剪切的精度在±l mm以內(nèi)。此外，本伺服電機(jī)控制系統(tǒng)作為一種通用的控制設(shè)備還可以用于皮革加工等傳動(dòng)系統(tǒng)以及數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等機(jī)電一體化領(lǐng)域中，應(yīng)用前景較廣泛。

1工作原理及系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)控制主要流程是紙漿壓成紙后，送人烘干箱烘干，干燥的紙?jiān)谝粋�(gè)轉(zhuǎn)速恒定的主電機(jī)牽引下勻速推出，由另外一個(gè)帶切刀且速度可控的從電機(jī)進(jìn)行切割。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，在上位機(jī)設(shè)

置推紙主電機(jī)、切刀從電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，包括切割長度、切割次數(shù)、主電機(jī)轉(zhuǎn)速等，根據(jù)所設(shè)定的電機(jī)參數(shù)計(jì)算出切刀從電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的理論位移曲線并將曲線數(shù)據(jù)通過can總線裝載到tms320f812控制器中。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)且主變頻器控制速度可調(diào)的推紙主電機(jī)經(jīng)主角度編碼器輸出均勻脈沖信號(hào)至dsp控制器事件管理模塊a(eva)中進(jìn)行解碼，確定該時(shí)刻切刀從電機(jī)的理想位移。切刀從電機(jī)經(jīng)過從變頻器和從角度編碼器輸出不均勻的a、b相脈沖信號(hào)至dsp控制器事件管理模塊b(evb)中進(jìn)行解碼，其中這種應(yīng)用正交電路可以消除由于電機(jī)軸的抖動(dòng)而

引起的計(jì)數(shù)誤差。通過定時(shí)器4(t4con)脈沖計(jì)數(shù)計(jì)算出從電機(jī)此刻運(yùn)行的實(shí)際位移。將從電機(jī)的雞論位移和實(shí)際位移比較得出誤差值，利用模糊自暹應(yīng)整定hd控制算法對(duì)誤差值進(jìn)行校正，由擴(kuò)展的d/a模塊把校正值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬電壓輸出控制切刀從電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而形成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制．實(shí)現(xiàn)了切刀從電機(jī)位移的精確跟蹤。

    變頻器使用德國lenze變頻器，內(nèi)部已經(jīng)集成了蒯速計(jì)。由于需要存儲(chǔ)切刀從電機(jī)的整組運(yùn)動(dòng)勒跡曲線數(shù)據(jù)，tms320f2812本身內(nèi)部ram空間不夠，所以需要擴(kuò)展一片256 mb的ram。tms320f2812上的ecan模塊集成了can控制器，提供了完整的can協(xié)議，僅需要外置收發(fā)裝置即可。這里采用ⅱ公司的sn65hv230作為can，總線收發(fā)器即can控制器和物理總線問的接口，能夠增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾(rfi)實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。光耦隔離電路采用光耦芯片6n137，其作用是電器隔離和電平轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)脈沖信號(hào)輸入的抗干擾能力。擴(kuò)展d／a轉(zhuǎn)換模塊中采用具有12位分辨率精度dac7724作為系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，控制電壓輸出范圍為0～10 v。在模擬電壓的輸出端接有l(wèi)m324電壓跟隨器，也是為了增強(qiáng)輸出信號(hào)的抗干擾能力。

2軟件設(shè)計(jì)

2．1系統(tǒng)主程序軟件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)主程序的主要任務(wù)是系統(tǒng)初始化、與工控機(jī)進(jìn)行can總線通信及即接收傳人電機(jī)的運(yùn)行指令參數(shù)、裝載從電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的理論位移軌跡曲線，進(jìn)入主循環(huán)程序。dsp的can總線接收通信采用中斷方式。當(dāng)初始化完成之后系統(tǒng)進(jìn)入主循環(huán)程序中，等待通信接收中斷事件發(fā)生。當(dāng)ecan模塊接收消息掛起寄存器(canrmp)對(duì)應(yīng)的rmp位置位時(shí)中斷發(fā)生，在接收中斷子程序中將接收消息郵箱中的消息取出，根據(jù)消息內(nèi)容是指令參數(shù)或軌跡曲線設(shè)置標(biāo)志變量，然后在主循環(huán)程序中調(diào)用相應(yīng)的處理程序執(zhí)行。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

2 2控制軟件設(shè)計(jì)

    在本系統(tǒng)中，叨刀運(yùn)行一周進(jìn)行一次剪切，切刀軸是固定的，而紙張切割長度等參數(shù)可以自行設(shè)定，推紙主電機(jī)轉(zhuǎn)速也是高速可變的，根據(jù)這些參數(shù)設(shè)計(jì)的切刀從電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)理論位移控制曲線要求從電機(jī)在切紙一次時(shí)有一個(gè)變速過程，工作點(diǎn)不斷變化，這些復(fù)雜性和不確定性使系統(tǒng)很難建立起精確的模型，一套固定pjd參數(shù)在這種情況下無法滿足設(shè)計(jì)要求。所以本系統(tǒng)采用模糊自適應(yīng)整定pid控制算法進(jìn)行控制。應(yīng)用模糊控制的****的優(yōu)勢(shì)是不依