一種用於橫機的模糊自適應氣動伺服控制系統的製作方法
2023-04-24 20:41:16 1
專利名稱：一種用於橫機的模糊自適應氣動伺服控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於橫機的模糊自適應氣動伺服控制系統，屬於機械氣動伺服控制技術領域。
背景技術：
在許多需要進行位置控制的工業控制應用場合，往往需要採用伺服控制系統，傳統的伺服控制系統有基於電機的伺服控制系統或採用氣動方式的氣動伺服控制系統。該類系統用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。與電氣伺服系統相比，氣動伺服控制系統具有輸出力大、無發熱、不產生磁場等優點，但由於空氣具有壓縮性系統的時間常數大及控制對象為氣缸的時候活塞與氣缸缸筒內壁間存在的庫倫摩擦力與黏性摩擦力是非線性，傳統氣動伺服往往由伺服氣缸和比例電磁閥等組成，往往價格昂貴、結構複雜、維護 困難等缺點。本方法基於普通復動型氣缸和價格低廉的開關電磁閥組成，通過控制軟體算法的方法，提高控制精度，具備價格低廉、結構簡單及維護容易等優點。正在申請並公開的實用新型專利主要有「電腦橫機搖床運行的控制方法(申請號200910152423. 4)」其提出的方法主要是利用自適應模糊PID算法改善傳統的PID控制的控制效果，該方法施加的執行機構是伺服電機，而在該實用新型中的伺服電機主要用於驅動橫機搖床的往復運動。本實用新型提出的方法是一種基於模糊自適應算法的專家系統，這種方法施加的執行機構是復動式氣缸，在本實用新型中復動式氣缸用於驅動橫機機頭的往復式運動。
實用新型內容針對以上問題，本實用新型提供一種用於橫機的模糊自適應氣動伺服控制系統，通過模塊自適應算法方法，在線調整控制開關電磁閥動作達到精確控制氣缸活塞位置，從而間接控制橫機機頭的目的；採用氣動驅動模式，系統安全及節能效果明顯，硬體成本低、控制靈活、維護簡單等特點。本實用新型米用的技術方案是系統由橫機機頭I、活塞2、氣缸3、連杆拖動機構
4、電磁閥A5、電磁閥B6、壓縮空氣7、編碼器8和控制器9組成，橫機機頭I由活塞2通過連杆拖動機構4連接，活塞2把氣缸分為兩個互相隔絕的氣缸內腔A腔和B腔，A腔與電磁閥A5連接，B腔於電磁閥B6連接，壓縮空氣7來自外接的空壓機；控制器9的輸入端通過編碼器8與橫機機頭I連接，控制器9的輸出端分別與電磁閥A5和電磁閥B6連接。所述的控制器9由預存當前橫機紡織相關的先驗經驗，包含有制動補償參數14、速度預估參數15及工藝負載預估參數16等知識經驗的知識經驗庫模塊10、可以實時獲取編碼器的位置和速度信息，並根據二者信息在線計算當前工況下負載數值的模糊推理運算模塊11、可以根據知識經驗庫模塊的經驗知識和實時在線負載預測模塊的實時在線計算負載特性，並結合預先設置的位置信息，計算開關型電磁閥應作用的時間，在計算點發出制動動作，從而實現氣缸活塞的位置控制，達到控制橫機機頭位置的實時在線負載預測模塊12和比較單元13組成，控制器9內置有模糊自適應控制算法。本實用新型具有的有益效果是通過模塊自適應算法方法，在線調整控制開關電磁閥動作達到精確控制氣缸活塞位置，從而間接控制橫機機頭的目的，本實用新型方法具有硬體成本低、控制靈活、維護簡單等特點，採用氣動驅動模式，系統安全及節能效果明顯，對於推廣橫機的自動化控制具有較大應用價值。
圖I為本實用新型的系統結構示意圖；圖2為本實用新型的控制器模糊自適應控制算法結構模型圖；圖3為本實用新型的算法計算流程圖。圖中1_橫機機頭、2-活塞、3-氣缸、4-連杆拖動機構、5-電磁閥A、6_電磁閥B、7-壓縮空氣、8-編碼器、9-控制器、10-知識經驗庫模塊、11-模糊推理運算模塊、12-實時在線負載預測模塊、13-比較單元、14-補償參數、15-速度預估參數、16-工藝負載預估參數。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的實施方法進行描述，以方便技術人員理解。如圖I所示本實用新型的系統結構示意圖，由橫機機頭I、活塞2、氣缸3、連杆拖動機構4、電磁閥A5、電磁閥B6、壓縮空氣7、編碼器8和控制器9組成,橫機機頭I由活塞2通過連杆拖動機構4連接，活塞2把氣缸分為兩個互相隔絕的氣缸內腔A腔和B腔，A腔與電磁閥A5連接，B腔於電磁閥B6連接，壓縮空氣7來自外接的空壓機；控制器9的輸入端通過編碼器8與橫機機頭I連接，控制器9的輸出端分別與電磁閥A5和電磁閥B6連接。橫機機頭I由活塞2通過連杆拖動機構4拖動，進行往復式運動，活塞2把氣缸分為兩個互相隔絕的氣缸內腔A腔和B腔，A腔的充氣和放氣由電磁閥A5控制，B腔的充氣和放氣由電磁閥B6控制，壓縮空氣7來自外接的空壓機；編碼器8用於檢測橫機機頭I的速度，然後把速度信號轉換為電信號傳送給控制器9，控制器9接收橫機機頭I的速度，按照儲存於控制器9中的控制算法進行計算，然後根據計算結果輸出控制信號控制電磁閥A5和電磁閥B6的充氣與放氣。如圖2所示本實用新型的控制器模糊自適應控制算法結構模型圖，控制器9由預存當前橫機紡織相關的先驗經驗，包含有制動補償參數14、速度預估參數15及工藝負載預估參數16等知識經驗的知識經驗庫模塊10、可以實時獲取編碼器的位置和速度信息，並根據二者信息在線計算當前工況下負載數值的模糊推理運算模塊11、可以根據知識經驗庫模塊的經驗知識和實時在線負載預測模塊的實時在線計算負載特性，並結合預先設置的位置信息，計算開關型電磁閥應作用的時間，在計算點發出制動動作，從而實現氣缸活塞的位置控制，達到控制橫機機頭位置的實時在線負載預測模塊12和比較單元13組成，控制器9內置有模糊自適應控制算法。模糊自適應控制算法作為一種計算機數字控制技術，按照下列步驟進行第一步、選定模糊控制器的輸入量為橫機機頭負荷e、機頭運行速度N，輸出變量為電磁閥制動點U，並進行歸一化量程轉換；第二步、模糊化，確定各變量的模糊語言取值及相應的隸屬函數；模糊語言值選取5個，取為{負大，負小，零，正小，正大}，然後對所選取的模糊集定義其隸屬函數，取梯形隸屬函數，取為均勻間隔；第三步、建立模糊控制 規則；規則的歸納和規則庫的建立，是從實際控制經驗過渡到模糊控制器的中心環節，控制律由一組if-then結構的模糊條件語句構成,並總結為模糊控制規則表，可直接由e和c查詢相應的控制量u ；第四步、利用知識經驗庫模塊的經驗知識和實時在線負載預測模塊的實時在線計算負載特性，修正橫機機頭負荷e，達到自適應控制目的；第五步、模糊推理和解模糊化方法；採用最大乘積推理方法，解模糊化方法採用重心法，將模糊量轉化為精確量，用以實施最後的控制策略。
實施例下面即利用前述的模型並結合具體實例的控制過程來說明本實用新型的具體實施方式
如圖3所示為本實用新型實施例的算法計算流程圖，針對橫機的某種工藝，橫機機頭位於坐標起點，位置設定值為d3，同時設定製動補償參數14、速度預估參數15、工藝負載預估參數16 ；I、控制器9發出控制命令，電磁閥A5打開，電磁閥B6關閉；2、氣缸活塞2移動，拖動橫機機頭I移動，編碼器測得氣缸活塞2移動位移及速度N；3、實時在線負載預測模塊12根據步驟2的數據，利用公式負荷e=速度N*位移計算得到負載情況；4、同時編碼器測得氣缸活塞2移動位移提供比較單元13，該單元利用公式設定位置值一氣缸活塞2移動位移得到偏差值e ；5、對負荷e、機頭運行速度N，進行歸一化量程轉換；7、模糊化，確定各變量的模糊語言取值及相應的隸屬函數；模糊語言值選取5個，取為{NB，NS, ZE, PS, PB};然後對所選取的模糊集定義其隸屬函數，取梯形隸屬函數，取為均勻間隔；8、建立模糊控制規則；規則的歸納和規則庫的建立，模糊控制規則表如下
權利要求1.一種用於橫機的模糊自適應氣動伺服控制系統，其特徵在於系統由橫機機頭、活塞、氣缸、連杆拖動機構、電磁閥A、電磁閥B、壓縮空氣、編碼器和控制器組成，橫機機頭由活塞通過連杆拖動機構連接，活塞把氣缸分為兩個互相隔絕的氣缸內腔A腔和B腔，A腔與電磁閥A連接，B腔於電磁閥B連接，壓縮空氣來自外接的空壓機；控制器的輸入端通過編碼器與橫機機頭連接，控制器的輸出埠分別與電磁閥A和電磁閥B連接。
2.根據權利要求I所述的一種用於橫機的模糊自適應氣動伺服控制系統，其特徵在於控制器由預存當前橫機紡織相關的先驗經驗，包含有制動補償參數、速度預估參數及工藝負載預估參數等知識經驗的知識經驗庫模塊、可以實時獲取編碼器的位置和速度信息，並根據二者信息在線計算當前工況下負載數值的模糊推理運算模塊、可以根據知識經驗庫模塊的經驗知識和實時在線負載預測模塊的實時在線計算負載特性，並結合預先設置的位置信息，計算開關型的電磁閥應作用的時間，並在計算點發出制動動作，從而實現氣缸活塞的位置控制，達到控制橫機機頭位置的實時在線負載預測模塊和比較單元組成，控制器內置有模糊自適應控制算法。
專利摘要本實用新型涉及一種用於橫機的模糊自適應氣動伺服控制系統，屬於機械氣動伺服控制技術領域；系統由橫機機頭、活塞、氣缸、連杆拖動機構、電磁閥A、電磁閥B、壓縮空氣、編碼器和控制器組成，橫機機頭由活塞通過連杆拖動機構連接，活塞把氣缸分為兩個互相隔絕的氣缸內腔A腔和B腔，A腔與電磁閥A連接，B腔於電磁閥B連接，壓縮空氣來自外接的空壓機；控制器的輸入端通過編碼器與橫機機頭連接，控制器的輸出埠分別與電磁閥A和電磁閥B連接，本實用新型通過模塊自適應算法方法，在線調整控制開關電磁閥動作達到精確控制氣缸活塞位置，從而間接控制橫機機頭的目的；採用氣動驅動模式，系統安全及節能效果明顯，硬體成本低、控制靈活、維護簡單等特點。
文檔編號D04B15/36GK202615184SQ201220251349
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者王劍平, 張雲生, 黃紅霞, 張果, 車國霖 申請人:昆明理工大學