[發(fā)明專利]一種考慮時(shí)變擾動(dòng)的非連續(xù)卷繞系統(tǒng)復(fù)合控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110268866.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN113093533B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚建勇;米君杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開了一種考慮時(shí)變擾動(dòng)的非連續(xù)卷繞系統(tǒng)復(fù)合控制方法，建立考慮時(shí)變擾動(dòng)的卷繞系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，解耦得到張力環(huán)和速度環(huán)，張力環(huán)采用滑膜控制方法，速度環(huán)采用狀態(tài)反饋控制方法，使得非連續(xù)卷繞系統(tǒng)達(dá)到更優(yōu)的控制效果。該方法是針對(duì)如下問題提出的：在卷繞設(shè)備工作過程中，傳遞速度往往不是勻速的，有啟停加減速等復(fù)雜工況，同時(shí)設(shè)備易受外界干擾，在上述復(fù)雜情況下帶張力需要保持恒定，否則會(huì)使得加工成型品質(zhì)無法滿足預(yù)期要求。因此，針對(duì)考慮擾動(dòng)的非連續(xù)卷繞系統(tǒng)，提升張力與速度的控制效果是提高纏繞加工工藝的重要實(shí)現(xiàn)途徑。所公開的張力環(huán)使用滑模控制、速度環(huán)使用狀態(tài)反饋的一種復(fù)合控制算法可以很好的解決上述問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及伺服控制和卷對(duì)卷纏繞技術(shù)，具體涉及一種考慮時(shí)變擾動(dòng)的非連續(xù)卷繞系統(tǒng)復(fù)合控制方法。

技術(shù)背景

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，各種類型的生產(chǎn)加工方式層出不窮。其中卷對(duì)卷纏繞系統(tǒng)在碳纖維、玻璃鋼等材料的纏繞加工過程中十分重要，精準(zhǔn)的材料張力與收/放卷軸的速度控制是決定加工工藝好壞的主要因素。在卷繞設(shè)備工作過程中，帶傳遞速度由于生產(chǎn)工藝的需要往往不是勻速的，有啟停加減速等復(fù)雜工況，同時(shí)設(shè)備工作環(huán)境易受外界干擾，在上述復(fù)雜情況下帶張力又需要保持恒定，否則會(huì)對(duì)纏繞材料產(chǎn)生不利影響使得加工成型品質(zhì)無法滿足預(yù)期要求。

目前現(xiàn)有技術(shù)主要集中于處理連續(xù)卷繞過程中張力和速度恒定的問題，針對(duì)非連續(xù)卷繞系統(tǒng)研究較少，且卷繞過程中所受時(shí)變擾動(dòng)并未考慮。

Matthew D.Baumgart在《Robust Lyapunov-Based Feedback Control ofNonlinear Web-Winding Systems》一文中，采用傳統(tǒng)魯棒控制，以達(dá)到控制張力和速度保持恒定的效果，控制效果較弱，同時(shí)文中并未考慮時(shí)變擾動(dòng)的存在與非連續(xù)卷繞下的復(fù)雜工況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種考慮時(shí)變擾動(dòng)的非連續(xù)卷繞系統(tǒng)復(fù)合控制方法，有效地解決了非連續(xù)復(fù)雜工況下張力/速度互相耦合的控制問題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種考慮時(shí)變擾動(dòng)的非連續(xù)卷繞系統(tǒng)復(fù)合控制方法，步驟如下：

步驟1、建立考慮時(shí)變擾動(dòng)下非連續(xù)卷繞系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)入步驟2。

步驟2、解耦考慮時(shí)變擾動(dòng)下非連續(xù)卷繞系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，得到獨(dú)立的張力環(huán)與速度環(huán)，針對(duì)張力環(huán)設(shè)計(jì)滑膜控制器，針對(duì)速度環(huán)設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器，轉(zhuǎn)入步驟3。

步驟3、運(yùn)用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論進(jìn)行穩(wěn)定性證明，得到考慮時(shí)變擾動(dòng)下非連續(xù)卷繞系統(tǒng)的全局漸近穩(wěn)定結(jié)果。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

(1)大幅提升了考慮時(shí)變擾動(dòng)存在的非連續(xù)卷繞情況下恒張力控制精度，同時(shí)速度環(huán)對(duì)復(fù)雜工況的跟蹤效果也得到顯著提升。

(2)有效地解決了非連續(xù)復(fù)雜工況下張力/速度互相耦合的控制問題，通過仿真結(jié)果的對(duì)比分析驗(yàn)證了該方法的可靠性與先進(jìn)性。

附圖說明

圖1是非連續(xù)卷繞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2是考慮時(shí)變擾動(dòng)的非連續(xù)卷繞系統(tǒng)復(fù)合控制方法流程圖。

圖3是期望張力曲線圖。

圖4是期望速度曲線圖。

圖5是期望速度微分曲線圖。

圖6是本發(fā)明公開的控制方法下張力誤差曲線圖。

圖7是魯棒控制器下張力誤差曲線圖。

圖8是本發(fā)明公開的控制方法下輪1速度誤差曲線圖。

圖9是魯棒控制器下輪1速度誤差曲線圖。