专利名称：多线切割机走线换向过渡期间的速度控制方法
技术领域：
本发明涉及多线切割机在往复走线模式下，走线换向期间的加速度优化控 制方法，具体是一种多线切割机走线换向过渡期间的速度控制方法。
背景技术：
多线切割机运动控制系统中各电机均选用永磁同步交流伺服电机，电机转 速是由定子输入电压的频率决定，而电机的输出转矩大小正比于输入电流及电 压频率比。在系统中，多线切割机采用往复走线方式，主电机的速度是由程序 设定。如果速度控制曲线采用图l.a)所示的梯形曲线，则其加速度曲线如图l.b) 所示的方波。从系统的角度看，电机输出转矩可以看成是电流或者电压频率比 通过一个一阶惯性环节后的输出，由于电机的响应速度是有限的，所以输出转 矩在加速度突变时需要一个调整时间才能跟踪加速度，无法实时准确跟踪加速 度的变化。对于多电机伺服系统而言，不同电机的调整时间是不一致的，当调 整时间相差过大时，必然会引起张力摆杆的大幅摆动，甚至断线。当前国外同类产品的速度曲线为在加减速阶段，电机输出转矩无法实时跟踪加速度的原因是采用梯形速度曲线时，速度指令中包含高频分量，日本高鸟公司的多线切割机采用如图2所示，以加速度的变化为依据，其换向过渡包括两个阶段首先是从负向最大值递减到0，接着是从0递增到正向最大值。加速度曲线如图2 b)所示。从图中可以看出，采用这种速度曲线，过渡时间长；由于加速最大值时， 速度的值较大，所以对电机容量要求较高。 发明内容本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种多线切 割机走线换向过渡期间的速度控制方法，能够使过渡速度曲线平滑，縮短换向 过渡时间，在零速度时加速度达到最大值，而此时电机可以输出最大转矩，所 以能最大限度地降低伺服系统对电机容量的要求。为达到上述发明目的，本发明所述多线切割机走线换向过渡期间的速度控 制方法，速度从-F过渡到F的过渡阶段加速度曲线为一个正弦半波曲线 fl = ^sin(^f)其中电机恒速运行时的速度为F，从-r过渡到r时间为r，幅值乂应为乂 = 2;r:，速度过渡阶段变化控制曲线方程为《)=-"在走线速度为o的时刻，加速度最大，即电机输出的转矩最大。本发明的发明原理如下所述 一、加速度为正弦半波的优化速度曲线为了优化指令曲线，设定加速度作正弦规律变化，设电机恒速运行时的速度为K，从-r过渡到F时间为r，加速度幅值为^，则加速度如(1)式所示。o = ^ sin(-0 (i)加速期间，加速度为正，故取正弦信号的正半周，速度为psin(^/)力 (2)当,=7乂时，速度方向切换完成，此时有 <formula>formula see original document page 5</formula>(3)求得加速度的幅值j应为:(4)过渡时间r正比于速度幅值r 。综上所述，本发明所述多线切割机走线换向过渡期间的速度控制方法有以下优点(1) 指令速度中无高频分量，过渡速度曲线平滑；(2) 换向过渡时间短，且在零速度阶段速度波动率小；(3) 在零速度时加速度达到最大值，而此时电机可以输出最大转矩，所以能最 大限度地降低伺服系统对电机容量的要求；(4) 换向期间加速度波形为正弦曲线，且幅值为定值，能最限度地縮短过渡时间。
图1是梯形速度曲线及其对应的加速度曲线图；其中图la)为梯形速度曲线图；其中图lb)为梯形速度对应的加速度曲线图；图2为国外同类产品梯形速度曲线及其对应的加速度曲线图其中图2a)为过渡阶段的主电机速度曲线图；其中图l b)为过渡阶段的主电机加速度曲线图；图3为本发明主电机换向期间的速度及加速度曲线图； 其中图3a)为过渡阶段的主电机加速度曲线图；其中图3b)为过渡阶段的主电机速度曲线图；图4本发明走线速度曲线实验结果；具体实施方式
为了满足控制算法快速性的要求，选用日本安川公司(YASKAWA)的MP2300 运动控制器作为主控制器，主控制器通过基于MECHATROL工NK-II现场总线的控 制网络来实现对主电机的控制，主电机及伺服驱动器分别选用SGMGH-75ACA21 及SGDS-75A12，首先设定过渡时间、每分钟的往复次数、走线速度参数，设走 线速度为400米/分钟时过渡时间T。，则速度为、时，过渡时间为T，则<formula>formula see original document page 6</formula>过渡阶段的加速度幅值为:爿=2;r加速度表达式为:<formula>formula see original document page 6</formula>负向过渡到正向 正向过渡到负向速度表达式为<formula>formula see original document page 6</formula> 正向时<formula>formula see original document page 6</formula>正向过渡到负向<formula>formula see original document page 6</formula> 力负向过渡到正向负向时为了衡量主电机速度控制系统的性能，利用YASKAWA运动控制器 开发工具MP720观察三组主电机速度数据，并将观察数据分别导入至 Excel文档保存，用MATLAB软件分别绘制XQ300A多线切割机在走线 速度为300、 400、 500米/分钟情况下速度过渡特性的观测数据，实验(
结果如图4所示。实验结果表明本发明过渡速度曲线平滑；换向过 渡时间短，且在低速阶段速度波动率小；当走线速度为0时，加速度 的最大，能最大限度地降低伺服系统对电机容量的要求。其中过渡时间T可以在电机动态响应速度及输出转矩允许的范围 内任意设定。
权利要求
1、一种多线切割机走线换向过渡期间的速度控制方法，其特征是，速度从-V过渡到V的过渡阶段加速度曲线为一个正弦半波<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>a</mi><mo>=</mo><mi>A</mi><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mn>2</mn> <mi>π</mi></mrow><mi>T</mi> </mfrac> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S200710303418XC00011.gif" wi="106" he="34" img-content="drawing" img-format="tif"/-->，其中电机恒速运行时的速度为V，T为从-V过渡到V的时间，幅值A为<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>A</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mfrac> <mi>V</mi> <mi>T</mi></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S200710303418XC00012.gif" wi="68" he="37" img-content="drawing" img-format="tif"/-->，速度过渡阶段变化控制曲线方程为<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>v</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>-</mo><mi>V</mi><mo>+</mo><munderover> <mo>∫</mo> <mn>0</mn> <mi>t</mi></munderover><mi>A</mi><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mn>2</mn> <mi>π</mi></mrow><mi>T</mi> </mfrac> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0003" file="S200710303418XC00013.gif" wi="186" he="46" img-content="drawing" img-format="tif"/-->，在走线速度为0的时刻，加速度最大，电机输出的转矩最大。
2、 根据权利要求1所述多线切割机走线换向过渡期间的速度控制方法，其 特征是，所述过渡时间T在电机动态响应速度及输出转矩允许的范围内任意设定。
全文摘要
本发明公开了一种多线切割机走线换向过渡期间的速度控制方法，过渡阶段加速度曲线为一个正弦半波曲线如式(Ⅰ)，其中电机恒速运行时的速度为V，从-V过渡到V时间为T，幅值A应为式(Ⅱ)，速度过渡阶段变化控制曲线方程为式(Ⅲ)，在走线速度为0的时刻，加速度最大，即电机输出的转矩最大。本发明通过实验结果表明过渡速度曲线平滑；换向过渡时间短，且在低速阶段速度波动率小；能最大限度地降低伺服系统对电机容量的要求。
文档编号B23H7/06GK101209506SQ200710303418
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月24日 优先权日2007年12月24日
发明者张义兵, 戴瑜兴, 杨宇红, 睿 汤, 近 蒋 申请人:湖南宇晶机器实业有限公司