双箭杆织机的绒经可变高度控制系统伺服电机群控制方法

技术领域

本发明涉及织机技术领域，尤其是双箭杆织机的绒经可变高度控制系统伺服电机群控制方法。

背景技术

空间布是一种三维立体编织的特殊材料，由双箭杆织机编制两层经纬线构成表皮布面，以绒经控制系统控制高强绒经上下串连经纬线并走，连接在一体构建三维材料，其具有表面平整、强度高、韧性好的特点。现有普通双箭杆织机绒经的高度控制一般以固定机械模型或停机手动调节，因此生产的空间布三维横向曲面模型单一且纵向节点高度无变化，三维形状受限。

为生产绒经高度多样化的空间布，双箭杆织机需配有绒经可变高度数控系统，且要求多个推进力矩密度大的绒经高度控制节点数，同时机械结构简小，方便安装。

发明内容

本发明提出双箭杆织机的绒经可变高度控制系统伺服电机群控制方法，能克服绒经可变高度控制系统在启动、跟随或堵转下母线电流瞬时载流巨大带来的母线电源工况恶化问题。

本发明采用以下技术方案。

双箭杆织机的绒经可变高度控制系统伺服电机群控制方法，当双箭杆织机上下串连空间布经纬线的绒经时，所述绒经可变高度控制系统以总线型共母线伺服电机群内的多个伺服电机作为执行器，通过总线下达位置指令控制各执行器驱动其各自的绒经高度片构件，控制空间布编织过程的多节点的绒经高度；通过对母线电流的分配来实施基于母线电流值约束的多轴伺服电机电流模糊控制分配方法，优化绒经可变高度控制系统在启动工况、跟随工况或堵转工况下的母线电源工况；

所述绒经可变高度控制系统的电控部分包括母线、上位机、母线电流传感器和具有n个电机工作轴的总线型一体化伺服电机群，机械部分包括n个由电机工作轴驱动的丝杆滑台及与丝杆滑台相连的定高片；

所述n个丝杆滑台及与丝杆滑台相连的定高片按等间距侧放安装、排列于双箭杆织机的横梁上。

所述绒经可变高度控制系统的机械部分中，定高片边界的0边一侧以紧固件竖向地固定于由伺服电机驱动的丝杆滑台处，形成n个伺服电机运动丝杆一体机，伺服电机运动丝杆一体机以光电限位传感器对定高片的移动进行限位，定高片另一侧设有用于支撑空间布绒经的斜边，通过定高片的横向移动来调整绒经位置的高度；

所述绒经可变高度控制系统的电控部分中，以定高片底边为X轴，在定高片边界的0边达到光电限位传感器触发信号的位置为Y轴，即定高片边界的0边与底边的交点为原点，建立坐标系；定高片的边界点高度h

上位机通过控制其第1、2、3、、、n轴的伺服电机运动丝杆一体机的每轴电机丝杆推进距离{s

编织空间布时，所述双箭杆织机的绒经可变高度控制系统，其具体工作过程如下：

步骤一、绒经可变高度控制系统的上位机根据空间布每个节点绒经的高度h

步骤二、通过两根数据线D+、数据线D-差分给总线型一体化伺服电机系统第1、2、3、4、5、、、n轴下达使能指令；

步骤三、根据母线最大电流值i

步骤四、绒经可变高度控制系统上位机根据母线电流分配算法驱动对应的电机，电机驱动各自的绒经高度片构件，实现空间布编织过程n个节点的绒经高度控制。

所述基于母线电流值约束的多轴伺服电机电流模糊控制分配方法采用母线电流分配模糊控制器，包括以下步骤；

步骤S1、根据双箭杆织机主轴转速、母线最大电流值i

步骤S2、设定空间布编织过程的绒经高度控制周期T1；

步骤S3、设定空间布编织过程的电流分配控制周期T2。

所述步骤S1中包括以下步骤；

步骤A1、根据母线最大电流值，求得额定工况下电机群电机工作轴数m＝Floor(i

步骤A2、定义母线电流分配模糊控制器的输入、输出模糊离散论域均为X＝{-6 -5-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6}；

步骤A3、定义、量化模糊控制器输入：母线实时电流与最大电流的相对误差值：

模糊控制器输入分为8级模糊集{NB NM NS NZ PZ PS PM PB}；

步骤A4、定义模糊控制器输出U

模糊控制器输出Δm＝Floor(k

步骤A5、定义误差的8等级模糊集隶属度矩阵A

步骤A6、定义输入输出模糊控制规则表，表内的规则以伪代码具体表述为：

if e＝NB then u＝NB；

if e＝NM then u＝NM；

if e＝NS then u＝NS；

if e＝NZ then u＝NS；

if e＝PZ then u＝ZE；

if e＝PS then u＝PS；

if e＝PM then u＝PM；

if e＝PB then u＝PB；

根据控制规则表，规则内的模糊集运算取交集，规则间的模糊集运算取并集计算。模糊关系表R：

R＝(A

步骤S2包括以下步骤；

步骤B1、读取空间布工艺要求的每轴定高片位置信息；

步骤B2、进入电流分配控制。

步骤S3包括以下步骤；

步骤C1、根据各轴的指令位置与实际电机位置的误差值的绝对值，从大到小排列得到位置误差值列表，即{|Δθ

步骤C2、按位置误差值列表，选取{|Δθ

步骤C3、按照隶属度最大原则进行反模糊化：求矢量u

步骤C4、设上周期电机群位置误差列表

步骤C5、判断控制周期T1定时中断，如果中断，循环执行步骤C2，如果未中断，循环执行步骤C3。

本发明采用总线型共母线伺服电机群作为执行器，驱动双箭杆织机绒经可变高度控制系统的绒经高度构件，并针对母线共享总线型伺服电机群因轴数多带来的母线电流控制问题，采用母线电流值约束的多轴伺服电机电流模糊控制分配方法，能克服绒经可变高度控制系统在启动、跟随或堵转下母线电流瞬时载流巨大带来的母线电源工况恶化问题。

本发明可降低母线电源成本，减小绒经可变高度控制系统结构，优化双箭杆织机绒经可变高度控制系统工况，实现空间布绒经高度多样化生产，拓宽了空间布的应用范畴和用途。

本发明采用母线电流值约束的超多轴伺服电机群电流分配模糊控制方法，能克服双箭杆织机绒经可变高度控制系统在大负载或堵转下母线电流瞬时载流巨大带来的工况恶化问题，该方法可降低超多轴伺服电机群母线电源成本和减小控制系统结构，优化双箭杆织机绒经可变高度控制系统工况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是绒经可变高度控制系统的原理示意图；

附图2是定高片的结构示意图；

附图3是绒经可变高度控制系统的母线电流控制算法的流程示意图；

附图4是伺服电机运动丝杆一体机的正向示意图；

附图5是伺服电机运动丝杆一体机的仰视向示意图；

附图6是伺服电机运动丝杆一体机的电机一侧的侧向示意图；

附图7是多个伺服电机运动丝杆一体机组成的绒经可变高度控制系统机械部分的局部仰视向示意图；

图中：1-丝杆滑台；2-光电限位传感器；3-紧固件；4-定高片；5-绒经。

具体实施方式

如图所示，双箭杆织机的绒经可变高度控制系统伺服电机群控制方法，当双箭杆织机上下串连空间布经纬线的绒经5时，所述绒经可变高度控制系统以总线型共母线伺服电机群内的多个伺服电机作为执行器，通过总线下达位置指令控制各执行器驱动其各自的绒经高度片构件，控制空间布编织过程的多节点的绒经高度；通过对母线电流的分配来实施基于母线电流值约束的多轴伺服电机电流模糊控制分配方法，优化绒经可变高度控制系统在启动工况、跟随工况或堵转工况下的母线电源工况；

所述绒经可变高度控制系统的电控部分包括母线、上位机、母线电流传感器和具有n个电机工作轴的总线型一体化伺服电机群，机械部分包括n个由电机工作轴驱动的丝杆滑台及与丝杆滑台相连的定高片；

所述n个丝杆滑台及与丝杆滑台相连的定高片4按等间距侧放安装、排列于双箭杆织机的横梁上。

所述绒经可变高度控制系统的机械部分中，定高片边界的0边一侧以紧固件3竖向地固定于由伺服电机驱动的丝杆滑台1处，形成n个伺服电机运动丝杆一体机，伺服电机运动丝杆一体机以光电限位传感器2对定高片的移动进行限位，定高片另一侧设有用于支撑空间布绒经的斜边，通过定高片的横向移动来调整绒经位置的高度；

所述绒经可变高度控制系统的电控部分中，以定高片底边为X轴，在定高片边界的0边达到光电限位传感器触发信号的位置为Y轴，即定高片边界的0边与底边的交点为原点，建立坐标系；定高片的边界点高度h

上位机通过控制其第1、2、3、、、n轴的伺服电机运动丝杆一体机的每轴电机丝杆推进距离{s

编织空间布时，所述双箭杆织机的绒经可变高度控制系统，其具体工作过程如下：

步骤一、绒经可变高度控制系统的上位机根据空间布每个节点绒经的高度h

步骤二、通过两根数据线D+、数据线D-差分给总线型一体化伺服电机系统第1、2、3、4、5、、、n轴下达使能指令；

步骤三、根据母线最大电流值i

步骤四、绒经可变高度控制系统上位机根据母线电流分配算法驱动对应的电机，电机驱动各自的绒经高度片构件，实现空间布编织过程n个节点的绒经高度控制。

所述基于母线电流值约束的多轴伺服电机电流模糊控制分配方法采用母线电流分配模糊控制器，包括以下步骤；

步骤S1、根据双箭杆织机主轴转速、母线最大电流值i

步骤S2、设定空间布编织过程的绒经高度控制周期T1；

步骤S3、设定空间布编织过程的电流分配控制周期T2。

所述步骤S1中包括以下步骤；

步骤A1、根据母线最大电流值，求得额定工况下电机群电机工作轴数m＝Floor(i

步骤A2、定义母线电流分配模糊控制器的输入、输出模糊离散论域均为X＝{-6 -5-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6}；

步骤A3、定义、量化模糊控制器输入：母线实时电流与最大电流的相对误差值：

模糊控制器输入分为8级模糊集{NB NM NS NZ PZ PS PM PB}；

步骤A4、定义模糊控制器输出U

模糊控制器输出Δm＝Floor(k

步骤A5、定义误差的8等级模糊集隶属度矩阵A

步骤A6、定义输入输出模糊控制规则表，表内的规则以伪代码具体表述为：

if e＝NB then u＝NB；

if e＝NM then u＝NM；

if e＝NS then u＝NS；

if e＝NZ then u＝NS；

if e＝PZ then u＝ZE；

if e＝PS then u＝PS；

if e＝PM then u＝PM；

if e＝PB then u＝PB；

根据控制规则表，规则内的模糊集运算取交集，规则间的模糊集运算取并集计算。模糊关系表R：

R＝(A

步骤S2包括以下步骤；

步骤B1、读取空间布工艺要求的每轴定高片位置信息；

步骤B2、进入电流分配控制。

步骤S3包括以下步骤；

步骤C1、根据各轴的指令位置与实际电机位置的误差值的绝对值，从大到小排列得到位置误差值列表，即{|Δθ

步骤C2、按位置误差值列表，选取{|Δθ

步骤C3、按照隶属度最大原则进行反模糊化：求矢量u

步骤C4、设上周期电机群位置误差列表

步骤C5、判断控制周期T1定时中断，如果中断，循环执行步骤C2，如果未中断，循环执行步骤C3。

本例中，定高片的一侧为边界的0边，当定高片平移使该边达到光电限位传感器时，定高片停止移动，定高片的另一侧设有用于支撑绒经的斜边，绒经在斜边上绷紧，当定高片平移时，绒经在斜边上的位置改变，以此来调整绒经的高度。