光電伺服快速調(diào)偏自動(dòng)控制裝置的設(shè)計(jì)
郭輝
(新疆丁業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校電氣工程系．新疆烏魯木齊830091
摘要：對(duì)塑料縭織布生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造過(guò)程中，要求刀具能夠準(zhǔn)確隨動(dòng)地切割運(yùn)動(dòng)中的塑料編織布。課題組采用了光電傳感器實(shí)現(xiàn)位移的檢測(cè)，應(yīng)用電子線路對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和非線性補(bǔ)償，運(yùn)用微處理器處理偏差數(shù)據(jù)并控制系統(tǒng)動(dòng)作，應(yīng)用積分分離pid控制方法提高響應(yīng)速度，pwm信號(hào)控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行快速伺服調(diào)偏。提出了一種用于在線非接觸檢測(cè)的光電伺服、快速調(diào)偏方法。
關(guān)鍵詞：偏差信號(hào)；光電伺服；調(diào)偏
中國(guó)分類(lèi)號(hào)：tp273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：b
1引言
某塑料廠因產(chǎn)品調(diào)整，需要對(duì)原進(jìn)口的編織布淋膜生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。自動(dòng)調(diào)偏控制切割裝置是技術(shù)改造核心內(nèi)容，裝置要求刀具能夠準(zhǔn)確隨動(dòng)地切割運(yùn)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(jī)械輥系不平行及偏心，都會(huì)使編織布跑偏，造成無(wú)法淋膜。解決速度與精度之間的矛盾是裝置設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題。設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)有在線非接觸檢測(cè)、偏差信號(hào)預(yù)處理、微處理器的數(shù)據(jù)處理、良好的軟件控制方法、提高調(diào)偏響應(yīng)速度。
2系統(tǒng)的構(gòu)成
裝置由光電傳感器、信號(hào)與處理電路、高速微處理器dspic、三相逆變器、無(wú)傳感器無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)及刀架組成，如圖1所示。
3光電傳感器工作過(guò)程
為了在線非接觸檢測(cè)調(diào)整運(yùn)行的塑料編織布，采用bh2線性光電傳感器，傳感器內(nèi)部有非線性校正電路和溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)，雙臂電橋提高敏感度并調(diào)零。編織布在中間位置時(shí)，偏差為零，光通量相等，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出為零。編織布跑偏時(shí)，編織布的位移通過(guò)光電傳感器電橋，變成差動(dòng)電壓信號(hào)。經(jīng)過(guò)rc濾波、限幅，輸入到運(yùn)放進(jìn)行電壓放大。放大倍數(shù)由r4、r5、r6、c1決定。電壓信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)模擬an4端口。根據(jù)實(shí)測(cè)，運(yùn)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(tǒng)控制方法分析
為了滿足三相逆變器運(yùn)行速度的需要，采用信號(hào)處理及控制單片機(jī)dspic30f晶振頻率16m，單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波。為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，采用積分分離pid控制算法對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。pid輸出信號(hào)由單片機(jī)pwm信號(hào)輸出，驅(qū)動(dòng)三相逆變器igbt功率管。
在試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾很大，rc濾波不能滿足需要，應(yīng)用數(shù)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(shù)據(jù)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(jìn)行平均濾波。連續(xù)采樣n次，剔除其****值和最小值，再求余下n-2個(gè)采樣的平均值：實(shí)踐表明：這種方法既能抑制隨機(jī)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(tǒng)的響應(yīng)速度，采用軟件積分分離pid控制算法對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。具體就是當(dāng)位移較大時(shí)，取消積分作用，以免積分系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱，超調(diào)量加大；當(dāng)位移較小時(shí)，加入積分作用，以便消除靜差，提高控制精度[3]。
設(shè)定門(mén)限為4％，當(dāng)過(guò)程控制位移偏差e****值大于4％，系統(tǒng)不引入積分環(huán)節(jié)，只有pd控制，當(dāng)過(guò)程控制位移偏差e****值小于4％，系統(tǒng)引入積分，進(jìn)行pid控制。軟件算式為：在積分項(xiàng)乘一個(gè)權(quán)系數(shù)β，β=1，當(dāng)e****值小于4％；β=o，e****值大于4％。積分分離pid控制算法表達(dá)式為：
實(shí)際應(yīng)用的積分分離pid傳遞兩數(shù)表達(dá)式為：
積分分離pid的整定：應(yīng)用階躍響應(yīng)辨識(shí)方法得到系統(tǒng)傳遞函數(shù)近似為：
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