光电伺服快速调偏自动控制装置的设计

郭辉

(新疆丁业高等专科学校电气工程系．新疆乌鲁木齐830091

摘要：对塑料缡织布生产线进行技术改造过程中，要求刀具能够准确随动地切割运动中的塑料编织布。课题组采用了光电传感器实现位移的检测，应用电子线路对偏差信号进行预处理和非线性补偿，运用微处理器处理偏差数据并控制系统动作，应用积分分离pid控制方法提高响应速度，pwm信号控制无刷直流电动机，进行快速伺服调偏。提出了一种用于在线非接触检测的光电伺服、快速调偏方法。

关键词：偏差信号；光电伺服；调偏

中国分类号：tp273    文献标识码：b

    1引言

 

    某塑料厂因产品调整，需要对原进口的编织布淋膜生产线进行技术改造。自动调偏控制切割装置是技术改造核心内容，装置要求刀具能够准确随动地切割运行中的塑料编织布，编织布料速度o 5-4m／s，切割误差±3mm。由于编织布料张力不匀、机械辊系不平行及偏心，都会使编织布跑偏，造成无法淋膜。解决速度与精度之间的矛盾是装置设计的主要问题。设计的主要环节有在线非接触检测、偏差信号预处理、微处理器的数据处理、良好的软件控制方法、提高调偏响应速度。

 

    2系统的构成

 

    装置由光电传感器、信号与处理电路、高速微处理器dspic、三相逆变器、无传感器无刷电动机、机械传动及刀架组成，如图1所示。

 

    3光电传感器工作过程

    为了在线非接触检测调整运行的塑料编织布，采用bh2线性光电传感器，传感器内部有非线性校正电路和温度补偿环节，双臂电桥提高敏感度并调零。编织布在中间位置时，偏差为零，光通量相等，电桥处于平衡状态，输出为零。编织布跑偏时，编织布的位移通过光电传感器电桥，变成差动电压信号。经过rc滤波、限幅，输入到运放进行电压放大。放大倍数由r4、r5、r6、c1决定。电压信号输入计算机模拟an4端口。根据实测，运算放大器输冉与位移特性曲线如图2所示，可以看出输出线性度较好。

    4系统控制方法分析

 

    为了满足三相逆变器运行速度的需要，采用信号处理及控制单片机dspic30f晶振频率16m，单片机对输入信号进行数据转换、数字滤波。为了提高系统的响应速度，采用积分分离pid控制算法对偏差信号进行数据处理。pid输出信号由单片机pwm信号输出，驱动三相逆变器igbt功率管。

 

    在试验过程中，发现现场电磁干扰很大，rc滤波不能满足需要，应用数字滤波和硬件dog电路，为了消除大幅度的脉冲干扰，又要做到数据平滑。采用去极值平均滤波算法：先用中值滤波算法滤除采样值中的脉冲性干扰，然后把剩余的各采样值进行平均滤波。连续采样n次，剔除其****值和最小值，再求余下n-2个采样的平均值：实践表明：这种方法既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰。去极值平均滤波算法软件算式为：

    为了提高系统的响应速度，采用软件积分分离pid控制算法对偏差信号进行数据处理。具体就是当位移较大时，取消积分作用，以免积分系统稳定性减弱，超调量加大；当位移较小时，加入积分作用，以便消除静差，提高控制精度[3]。

 

    设定门限为4％，当过程控制位移偏差e****值大于4％，系统不引入积分环节，只有pd控制，当过程控制位移偏差e****值小于4％，系统引入积分，进行pid控制。软件算式为：在积分项乘一个权系数β，β=1，当e****值小于4％；β=o，e****值大于4％。积分分离pid控制算法表达式为：

实际应用的积分分离pid传递两数表达式为：

    积分分离pid的整定：应用阶跃响应辨识方法得到系统传递函数近似为：