基于自适应模糊pid算法的切纸机伺服控制器设计

    杨原青，刘卫东，李乐

    (西北工业大学，陕西西安7l0072)

    摘要：针对现代工业对切纸机实时性及高精度的要求，介绍以tms320f812为核心、can总线通信的伺服电动机跟踪系统。采用基于自适应模糊pid算法控制器对切刀从电机进行伺服控制。测试实验给出了使用传统hd算法和使用自适应模糊pid算法的控制效果比较一结果表明应用模糊pid控制器能够在不同的速度切换情况下对切刀从电机进行有效控制，达到了系统实时性及精度要求。

0引  言

    切纸机是一种对长卷纸进行切割得到所需长度的纸张设备，主要用于造纸厂瓦楞型纸的加工和包装印刷企业印制品的整形加工。目前，国内切纸机的产量虽然很大，但是缺少高精度的尺寸定位系统和尺寸设置装置，尤其在高速剪切情况下精度难以达到要求。针对这一问题，本文采用基于模糊pjd算法的轨迹跟踪伺服控制技术，使控制对象按照预先设定的轨迹运行，最后控制每一点切刀剪切的精度在±l mm以内。此外，本伺服电机控制系统作为一种通用的控制设备还可以用于皮革加工等传动系统以及数控机床、机器人等机电一体化领域中，应用前景较广泛。

1工作原理及系统硬件设计

    系统控制主要流程是纸浆压成纸后，送人烘干箱烘干，干燥的纸在一个转速恒定的主电机牵引下匀速推出，由另外一个带切刀且速度可控的从电机进行切割。系统结构框图如图1所示，在上位机设

置推纸主电机、切刀从电机的运行参数，包括切割长度、切割次数、主电机转速等，根据所设定的电机参数计算出切刀从电机转动的理论位移曲线并将曲线数据通过can总线装载到tms320f812控制器中。匀速转动且主变频器控制速度可调的推纸主电机经主角度编码器输出均匀脉冲信号至dsp控制器事件管理模块a(eva)中进行解码，确定该时刻切刀从电机的理想位移。切刀从电机经过从变频器和从角度编码器输出不均匀的a、b相脉冲信号至dsp控制器事件管理模块b(evb)中进行解码，其中这种应用正交电路可以消除由于电机轴的抖动而

引起的计数误差。通过定时器4(t4con)脉冲计数计算出从电机此刻运行的实际位移。将从电机的鸡论位移和实际位移比较得出误差值，利用模糊自暹应整定hd控制算法对误差值进行校正，由扩展的d/a模块把校正值转换成对应的模拟电压输出控制切刀从电机转速，从而形成伺服系统的闭环控制．实现了切刀从电机位移的精确跟踪。

    变频器使用德国lenze变频器，内部已经集成了蒯速计。由于需要存储切刀从电机的整组运动勒迹曲线数据，tms320f2812本身内部ram空间不够，所以需要扩展一片256 mb的ram。tms320f2812上的ecan模块集成了can控制器，提供了完整的can协议，仅需要外置收发装置即可。这里采用ⅱ公司的sn65hv230作为can，总线收发器即can控制器和物理总线问的接口，能够增大通信距离，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰(rfi)实现热防护等。光耦隔离电路采用光耦芯片6n137，其作用是电器隔离和电平转换，增强脉冲信号输入的抗干扰能力。扩展d／a转换模块中采用具有12位分辨率精度dac7724作为系统的数模转换芯片，控制电压输出范围为0～10 v。在模拟电压的输出端接有lm324电压跟随器，也是为了增强输出信号的抗干扰能力。

2软件设计

2．1系统主程序软件设计

    系统主程序的主要任务是系统初始化、与工控机进行can总线通信及即接收传人电机的运行指令参数、装载从电机转动的理论位移轨迹曲线，进入主循环程序。dsp的can总线接收通信采用中断方式。当初始化完成之后系统进入主循环程序中，等待通信接收中断事件发生。当ecan模块接收消息挂起寄存器(canrmp)对应的rmp位置位时中断发生，在接收中断子程序中将接收消息邮箱中的消息取出，根据消息内容是指令参数或轨迹曲线设置标志变量，然后在主循环程序中调用相应的处理程序执行。系统主程序流程图如图2所示。

2 2控制软件设计

    在本系统中，叨刀运行一周进行一次剪切，切刀轴是固定的，而纸张切割长度等参数可以自行设定，推纸主电机转速也是高速可变的，根据这些参数设计的切刀从电机转动理论位移控制曲线要求从电机在切纸一次时有一个变速过程，工作点不断变化，这些复杂性和不确定性使系统很难建立起精确的模型，一套固定pjd参数在这种情况下无法满足设计要求。所以本系统采用模糊自适应整定pid控制算法进行控制。应用模糊控制的****的优势是不依