專利名稱：連續(xù)輸出定位控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有連續(xù)輸出能力設(shè)備的定位控制方法，尤其適用于 冶金工廠的應(yīng)用。
技術(shù)背景在冶金工廠中廣泛存在設(shè)備的定位控制要求。如入口鋼巻小車的鋼巻 高度升高至開巻機(jī)中心高度的控制，鋼巻插入開巻機(jī)時(shí)的寬度定位控制 等。這里用來進(jìn)行定位控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為連續(xù)可調(diào)的比例閥或調(diào)速電機(jī)， 它們在二個(gè)移動(dòng)方向上都可無級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)。連續(xù)輸出定位控制過程如圖1所示，開始時(shí)設(shè)備處于A點(diǎn)，要求設(shè)備定位至目標(biāo)位置O點(diǎn)。 一開始設(shè) 備以最高允許的加速度Amax升至最高允許速度Vmax，然后快速關(guān)閉， 至C點(diǎn)時(shí),速度開始減小并取VcD，至D點(diǎn)時(shí)位置偏差距離值為DSp速度繼續(xù)減小并取vde，至E點(diǎn)時(shí)切換成最小速度值VM!n，至F點(diǎn)時(shí)，此時(shí)位置偏差距離值為DSOFF，切斷速度輸出，設(shè)備在慣性作用下繼續(xù)移動(dòng)， 至G點(diǎn)停止移動(dòng)。其中DSoK是由工藝確定的定位控制精度。從圖中可知， 為了使設(shè)備盡量定位在O點(diǎn)，在切斷速度輸出時(shí)的位置偏差距離值DSOTF 應(yīng)與設(shè)備慣性的移動(dòng)距離相一致。從圖中也可知，在8個(gè)參數(shù)中，3個(gè)控 制參數(shù)AMAX、 Vmax和DSoK是由設(shè)備和工藝控制要求所決定的固定值， 其它5個(gè)參數(shù)Vmxn、 Vcd、 Vde、 DSjnDSOTF的選擇決定了本定位控制的 精度和定位控制完成所需的時(shí)間。在冶金工廠中，對(duì)于這些具有無級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)輸出的定位控制功能，其 控制精度取決于這5個(gè)控制參數(shù)的正確選擇，而控制參數(shù)卻取決于設(shè)備的 機(jī)械常數(shù)和控制特性，如磨擦阻力，總的慣量等，很難從理論上推導(dǎo)出來。 由于在傳統(tǒng)的定位控制中沒有控制參數(shù)自動(dòng)識(shí)別功能，所以在現(xiàn)場調(diào)試時(shí) 為了獲得設(shè)備機(jī)械相關(guān)的這些參數(shù)，要由有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員進(jìn)行 調(diào)試，通過使用控制參數(shù)嘗試的辦法，經(jīng)大量試運(yùn)轉(zhuǎn)，花費(fèi)大量的時(shí)間后， 才能摸索到較正確的控制參數(shù)。其調(diào)試效果的好壞取決于調(diào)試人員的經(jīng)驗(yàn) 和對(duì)被控對(duì)象的熟悉程度。
另外，由于沒有自適應(yīng)控制功能，當(dāng)設(shè)備參數(shù)變化時(shí)，如磨擦阻力 或慣量變化時(shí)，不能隨之調(diào)整控制參數(shù)，不能使系統(tǒng)一直處于最佳控制狀 態(tài)。
還有當(dāng)機(jī)械存在泄漏等導(dǎo)致位置漂移時(shí)，則一旦其位置偏差超過允 許值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致最終定位功能的失敗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種連續(xù)輸出定位控制的方法,能提 高定位控制精度和減少總的定位所需時(shí)間，并具有控制參數(shù)自動(dòng)識(shí)別的功 能、定位控制的自適應(yīng)功能及定位控制跟隨功能。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種連續(xù)輸出定位控制的方 法，包括如下步驟 一開始設(shè)備以允許的最大加速度AMAx升至最高允許
速度Vmax，然后快速關(guān)閉，至C點(diǎn)時(shí)，提供一種新的速度算法，計(jì)算速 度值<formula>formula see original document page 5</formula> o設(shè)備以VcD繼續(xù)減速，至D點(diǎn)時(shí)， 位置偏差距離值為DSi時(shí)，計(jì)算速度值<formula>formula see original document page 5</formula>設(shè)備以VDE繼續(xù)減速，至E點(diǎn)時(shí)切換成最小速度VMIN，至F點(diǎn)時(shí)，此時(shí)位置偏 差距離值為DSoFF，切斷速度輸出，設(shè)備在慣性作用下繼續(xù)移動(dòng)，至G點(diǎn) 停止移動(dòng)。新的速度曲線的算法具有定位控制精度高且達(dá)到目標(biāo)位置的動(dòng) 作時(shí)間最短。
本發(fā)明還提供了自動(dòng)識(shí)別參數(shù)VMIN、 DS!和DS0FF的方法，包括如下 步驟在參數(shù)識(shí)別時(shí)的定位行運(yùn)中，這3個(gè)參數(shù)的初始值選擇為VMIN = 0.05 * V匿、DSqff = DSok、 DS產(chǎn)1.5 * DS0K。在定位行運(yùn)中需要測量設(shè) 備以最小速度VM!n行運(yùn)的累計(jì)時(shí)間T，即圖1中曲線EF的行運(yùn)時(shí)間。根 據(jù)T值再最終確定DS!的值，如果T>1.5秒，則DS產(chǎn)0.8承DS1;如果T<0.5 秒，則DS產(chǎn)1少DS,;如果0.5秒^T^1.5秒，則可結(jié)束識(shí)別工作，否則繼 續(xù)前述識(shí)別DSi工作。另外在參數(shù)識(shí)別時(shí)的定位行運(yùn)中，當(dāng)速度輸出被切 斷時(shí)(離目標(biāo)位置的剩余距離DS 〈 DSOTF)，還要求同時(shí)開始測量設(shè)備在 慣性作用下至停止時(shí)的移動(dòng)距離SOTF，即如圖1中FG 二點(diǎn)間設(shè)備移動(dòng)的
距離sotf。根據(jù)sotf值再最終確定Vm!n禾卩DSotf的僮，如果sotf > DSok
時(shí)，則VMIN=0.7*VMIN; DSOTF=SOTF;如果Sotf^ DSoK時(shí)，則可結(jié)束識(shí)別 工作，否則繼續(xù)前述識(shí)別Vm!n和DSotf的工作。
本發(fā)明還提供了進(jìn)行參數(shù)DSOTF自適應(yīng)控制的方法，包括如下步驟 在定位控制時(shí)，當(dāng)速度輸出被切斷時(shí)(離目標(biāo)位置的剩余距離DS 〈 DSOTF)，
要求同時(shí)開始測量設(shè)備在慣性作用下至停止時(shí)的移動(dòng)距離SOTF,即如圖1
中FG 二點(diǎn)間設(shè)備移動(dòng)的距離SOTF。然后計(jì)算前3次Sotf僮和本次Sotf但 在內(nèi)的4次測量值的算術(shù)平均值A(chǔ)VE—SOTF，最終的切斷速度輸出值的自 適應(yīng)結(jié)果為DS0FF = 0.4* DSOTF + 0.6*AVE—SOTF 。本發(fā)明還提供了定位控制跟隨的方法，包括如下步驟在定位控制成 功完成后，設(shè)備最終停止的位置G點(diǎn)離開目標(biāo)位置0點(diǎn)的偏差應(yīng)該小于允
許偏差值DSoK，但由于液壓缸的泄漏等會(huì)導(dǎo)致設(shè)備位置發(fā)生漂移，從而 使定位偏差值會(huì)超過允許偏差值DSok。這時(shí)定位跟隨控制功能會(huì)時(shí)刻監(jiān) 視設(shè)備的實(shí)際位置偏差， 一旦發(fā)現(xiàn)超過允許偏差值DSoK范圍時(shí)，則會(huì)自 動(dòng)再次啟動(dòng)定位功能，將設(shè)備移動(dòng)至要求的最終目標(biāo)位置。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果l.在設(shè)備定位控制時(shí)，
新的速度曲線的算法使定位控制精度高且要達(dá)到目標(biāo)位置的動(dòng)作時(shí)間最
短。2.因?yàn)楸景l(fā)明的定位控制能具有自動(dòng)識(shí)別控制參數(shù)功能，所以在現(xiàn)場
調(diào)試時(shí)將不依賴技術(shù)人員的工程經(jīng)驗(yàn)，都能快速達(dá)到理想的定位精度，大 大提高了調(diào)試效率，其控制效果好壞不再取決于調(diào)試人員的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)被控
對(duì)象的熟悉程度。3.由于有自適應(yīng)控制功能，隨著設(shè)備的運(yùn)行，能根據(jù)實(shí)
際設(shè)備工作狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，從而達(dá)到最佳位置控制精度。如磨 擦阻力或慣量變化時(shí)，能同時(shí)改變控制參數(shù)，使系統(tǒng)一直處于最佳控制狀
態(tài)。4.具有定位控制跟隨功能，即在定位控制完成后，例如由于液壓缸的 泄漏，導(dǎo)致高度下降，定位偏差超過允許值范圍。這時(shí)定位跟隨控制功能 會(huì)自動(dòng)再次啟動(dòng)定位功能，將鋼巻升高至目標(biāo)要求的高度值。
圖1是本發(fā)明連續(xù)輸出定位控制過程的示意圖2是本發(fā)明的輸入和輸出信號(hào)的極性定義示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明提供了 一種連續(xù)輸出定位控制的方法，它要求定位控制的執(zhí)行 機(jī)構(gòu)具有無級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)的輸出，如調(diào)速電機(jī)或比例閥，同時(shí)還要求配有設(shè) 備實(shí)際位置的檢測裝置。為了在控制時(shí)確定設(shè)備的"開、閉"移動(dòng)方向， 必須對(duì)實(shí)際位置的檢測裝置的極性進(jìn)行定義，其要求如圖2所示，即當(dāng)設(shè) 備在"開"方向移動(dòng)時(shí)，檢測到的位置實(shí)際值要求變大。在"閉"方向移 動(dòng)時(shí)，檢測到的位置實(shí)際值要求變小。
1. 一種新的速度曲線的算法
在圖1中當(dāng)設(shè)備從A點(diǎn)加速至B點(diǎn)后，對(duì)BO段上的速度來說，理論 上控制時(shí)間最短和控制精度最高的應(yīng)為拋物線速度曲線V，它能充分利用 設(shè)備允許的加速度值，速度值將隨著離開目標(biāo)位置的偏差減少而相應(yīng)減 少，其值為
其中Amax為設(shè)備允許的最大加速度，DS為設(shè)備離開目標(biāo)位置的 偏差值。
當(dāng)設(shè)備按此速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隨著設(shè)備越來越靠近目標(biāo)位置，其移動(dòng)的速 度取值越來越小，當(dāng)設(shè)備到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，即位置偏差DS等于零時(shí)，設(shè) 備的移動(dòng)速度也恰好等于零。這是理想的定位控制，由于它充分使用了設(shè) 備的減速能力Amax，故定位所用的時(shí)間最短，且由于位置偏差DS等于 零，故定位控制精度也是最高。
雖然理論上設(shè)備速度是能無級(jí)連續(xù)可調(diào)的，但實(shí)際設(shè)備達(dá)不到這樣的 要求。 一方面設(shè)備的最高允許速度受機(jī)械的限制，故在高速時(shí)要設(shè)置最大 值限幅。另一方面在速度非常接近零值時(shí)，設(shè)備也是不能正常調(diào)速的。因?yàn)樵跇O低速時(shí)設(shè)備輸出的力矩不夠，不能克服設(shè)備的磨擦阻力等原因，設(shè) 備會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，故也必須設(shè)定最小速度允許值。為了兼顧快速性、平
穩(wěn)性和精確性定位，如圖1中所示，本發(fā)明的速度曲線BF段是由BC段、 CD段、DE段和EF段組成。
(1. 1) BC段為被最高速度限幅的恒速度曲線當(dāng)下述(1.2)中計(jì)算 的速度V^ Vmax吋，V = Vmax
(1.2) CD段為拋物線速度曲線FCD = W* Jmax*(DS-/2)
(1.3) DE段為線性速度曲線當(dāng)位置偏差剩余距離DS< DS!時(shí)， F加=節(jié)V("V」max)
(1.4) EF段為被最小速度限幅的恒速度曲線當(dāng)上述(1.3)中計(jì) 算的速度V< VMIN時(shí)，V = VMIN
在圖1中，CD段速度曲線簡稱為開方速度VCD， DE段速度曲線簡稱為 線性速度VDE。當(dāng)位置偏差剩余距離DS = 時(shí)，&D = rD￡ = V紐ax，。 至此，給出了圖l中從A點(diǎn)至G點(diǎn)各階段控制速度的計(jì)算方法。 2.自動(dòng)識(shí)別控制參數(shù)功能
在定位控制時(shí)涉及的參數(shù)共有8個(gè)，其中Amax、 Vmax和DSm是由 設(shè)備和工藝控制要求所決定的固定值，其它5個(gè)參數(shù)Vmjn、 Vcd、 Vde、 DSi和DSOTF的選擇決定了本定位控制的精度和控制所需的時(shí)間。經(jīng)仔細(xì) 分析，在這5個(gè)參數(shù)中只有3個(gè)參數(shù)VMIN、 DS,和DS(^是需要識(shí)別的， 而Vcd和Vde是可按上述(1.2)和(1.3)中公式進(jìn)行計(jì)算的，即 = W " max* (Z)S -叫/ 2)在上式中Amax是由設(shè)備確定的最大允許加速度，無需識(shí)別。DS是 設(shè)備離開目標(biāo)位置的偏差值，為計(jì)算值。DS,是開方速度與線性速度之間 切換時(shí)的位置偏差值，需識(shí)別。
為了識(shí)別這3個(gè)參數(shù)，必須進(jìn)行實(shí)際的定位控制試行運(yùn)。行運(yùn)時(shí)這3 個(gè)參數(shù)的初始值選擇為
最小速度VMIN=0.05*VMAX ，其中VMAx是由工藝設(shè)備確定的最大 允許速度值。
速度輸出切斷值DSOTF = DS0K，其中DSoK是允許偏差值，是工藝確 定的定位精度要求。
開方速度與線性速度之間切換時(shí)的位置偏差值08^1.5*03^，，其 中DSoK是工藝確定的定位精度要求值。
在參數(shù)識(shí)別時(shí)的定位行運(yùn)中，需要測量設(shè)備以最小速度VMIN行運(yùn)的 累計(jì)時(shí)間T，即圖1中曲線EF的行運(yùn)時(shí)間。根據(jù)T值再最終確定DSi的值 *如果TM.5秒，則DS產(chǎn)0^DSi *如果T〈0.5秒，則DS尸1.2承DSi
*如果0.5秒^T^1.5秒，則可結(jié)束識(shí)別工作，否則繼續(xù)前述識(shí)別DSi 的工作。
另外在參數(shù)識(shí)別時(shí)的定位行運(yùn)中，當(dāng)速度輸出被切斷時(shí)(離目標(biāo)位置 的剩余距離DS < DSOTF)，還要求同時(shí)開始測量設(shè)備在慣性作用下至停止 時(shí)的移動(dòng)距離S0FF，即如圖1中FG 二點(diǎn)間設(shè)備移動(dòng)的距離SOTF。根據(jù)SOTF 值再最終確定Vmjn禾[]DSoff的值
*如果S0FF 〉 DS0K時(shí)，則VMIN=0.7*VMIN DSoFF = SoFF
*如果Soff^ DS況時(shí)，則可結(jié)束識(shí)別工作，否則繼續(xù)前述識(shí)別VMN 和DSotf的工作。
至此，圖1中3個(gè)控制用的參數(shù)值V薩、DS!和DSoFF全部識(shí)別完畢。
3. 自適應(yīng)控制功能
僅對(duì)圖1中的參數(shù)DSOTF進(jìn)行自適應(yīng)控制，步驟如下 在定位控制時(shí)，當(dāng)速度輸出被切斷時(shí)(離目標(biāo)位置的剩余距離DS < DSOTF)，要求同時(shí)開始測量設(shè)備在慣性作用下至停止時(shí)的移動(dòng)距離SOTF， 即如圖1中FG 二點(diǎn)間設(shè)備移動(dòng)的距離SOTF。然后計(jì)算前3次Sotf但和本 次SOTF值在內(nèi)的4次測量值的算術(shù)平均值A(chǔ)VE—S0FF，最終的切斷速度輸 出值的自適應(yīng)結(jié)果為03, = 0.4* DS0FF + 0.6*AVE—S0FF ;至此，圖l中 參數(shù)DSc^的自適應(yīng)工作完畢。
4. 具有定位控制跟隨功能
在定位控制成功完成后，設(shè)備最終停止的位置G點(diǎn)離開目標(biāo)位置0 點(diǎn)的偏差應(yīng)該小于允許偏差值DSok，但由于液壓缸的泄漏等會(huì)導(dǎo)致設(shè)備 位置發(fā)生漂移，從而使定位偏差值會(huì)超過允許偏差值DSOK。這時(shí)定位跟 隨控制功能會(huì)時(shí)刻監(jiān)視設(shè)備的實(shí)際位置偏差， 一旦發(fā)現(xiàn)超過允許偏差值 DSoK范圍時(shí)，則會(huì)自動(dòng)再次啟動(dòng)定位功能，將設(shè)備移動(dòng)至要求的最終目 標(biāo)位置。
權(quán)利要求
1、 一種連續(xù)輸出定位控制的方法，包括如下步驟 一開始設(shè)備以允 許的最大加速度Amax升至最大允許速度Vmax，然后快速關(guān)閉，至C點(diǎn) 時(shí)，速度開始減小并取Vcd，至D點(diǎn)時(shí)位置偏差距離值為DS,,速度繼續(xù)減小并取Vde，至E點(diǎn)時(shí)切換成最小速度VM!n，至F點(diǎn)時(shí)，此時(shí)位置偏差距離值為DSOTF，切斷速度輸出，設(shè)備在慣性作用下繼續(xù)移動(dòng)，至G點(diǎn)停止移動(dòng)，其特征在于采用一種速度曲線VcD、 Vde的算法，按如下公式計(jì)算參數(shù)KCD = 〃2 * max* (AS - / 2)&五=Z)S / VCDV爿max)在上式中，Amax是由設(shè)備確定的最大允許加速度；DS是設(shè)備離開 目標(biāo)位置的偏差值；DSi是開方速度VCD與線性速度VDE之間切換時(shí)的位 置偏差值。
2、 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)輸出定位控制的方法，其特征在于該 方法還包括對(duì)參數(shù)VMIN、 DSi和DS(^進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，其步驟如下首先， 將參數(shù)Vmin、 DS!和DSOTF的初始值選擇為VMIN = 0.05 * V皿；DSOTF = DS0K; DS產(chǎn)1.5tDSoK;其中DSoK是由工藝確定的定位精度要求值，V,為工藝確定的最大允許速度值；然后，通過測量設(shè)備以VM!n行運(yùn)的累計(jì)時(shí)間T來識(shí)別DSJ直，通過測量設(shè)備在慣性作用下至停止時(shí)的移動(dòng)距離SoFF來確定VmiN禾卩DSoFF值。
3、 如權(quán)利要求2所述的連續(xù)輸出定位控制的方法，其特征在于所述的通過測量設(shè)備以VM!n行運(yùn)的累計(jì)時(shí)間T來識(shí)別DSi值，具體為在參數(shù)識(shí)別時(shí)的定位行運(yùn)中，需要測量設(shè)備以最小速度vMIN行運(yùn)的累計(jì)時(shí)間T，根據(jù)T值再最終確定DS,的值如果TM.5秒，則DS尸0"DSn如 果T<0.5秒，則DSi=1.2* DS1;如果0.5秒^T^ 1.5秒，則可結(jié)束識(shí)別工作， 否則繼續(xù)上述識(shí)別DS,的工作。
4、 如權(quán)利要求2所述的連續(xù)輸出定位控制的方法，其特征在于所 述的通過測量設(shè)備在慣性作用下至停止時(shí)的移動(dòng)距離Sotf來摘定Vmin和 DSotf但，具體為當(dāng)DS < DSOTF，還要求同時(shí)開始測量設(shè)備在慣性作用 下至停止時(shí)的移動(dòng)距離SOTF，即FG 二點(diǎn)間設(shè)備移動(dòng)的距離SOTF，根據(jù)SOTF 值再最終確定VMIN和DS0FF的值如果S0FF 〉 DS0K時(shí)，則VMIN=0.7*VMIN; DS0FF=SOTF;如果Sotf^ DSoK時(shí)，則可結(jié)束識(shí)別工作，否則繼續(xù)前述識(shí) 別Vmn和DSotf的工作。
5、 如權(quán)利要求l所述的連續(xù)輸出定位控制的方法，其特征在于該方法還包括對(duì)參數(shù)DSoFF進(jìn)行自適應(yīng)控制，其步驟如下在定位控制時(shí)，當(dāng)離目標(biāo)位置的剩余距離DS〈DSOTF時(shí)，速度輸出被切斷，這時(shí)要求同時(shí)開始測量設(shè)備在慣性作用下至停止時(shí)的移動(dòng)距離Sc^，然后計(jì)算前3次Sc^值和本次Sotf惶在內(nèi)的4次測量值的算術(shù)平均值A(chǔ)VE—S0FF，最終的切斷速度輸出值 的自適應(yīng)結(jié)果為DSoFF = 0.4* DS0FF + 0.6*AVE—SOFF。
6、 如權(quán)利要求1所述的連續(xù)輸出定位控制的方法，其特征在于該 方法還包括定位控制跟隨控制，其步驟為在定位控制成功完成后，如果 設(shè)備最終停止的位置G點(diǎn)離開目標(biāo)位置的偏差超過允許偏差值DSOK值 時(shí)，則會(huì)自動(dòng)再次啟動(dòng)定位控制步驟，將設(shè)備移動(dòng)至要求的最終目標(biāo)位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)輸出定位控制的方法，開始設(shè)備以允許的最大加速度A<sub>MAX</sub>升至最大允許速度V<sub>MAX</sub>，當(dāng)關(guān)閉至C點(diǎn)時(shí)，速度開始減小取V<sub>CD</sub>，至D點(diǎn)時(shí)位置偏差距離值為DS<sub>1</sub>時(shí)，速度繼續(xù)減小取V<sub>DE</sub>，至E點(diǎn)時(shí)切換成最小速度V<sub>MIN</sub>，至F點(diǎn)時(shí)位置偏差距離值為DS<sub>OFF</sub>，切斷速度輸出，設(shè)備在慣性作用下繼續(xù)移動(dòng)，至G點(diǎn)停止。本發(fā)明公開了一種新的速度曲線V<sub>CD</sub>和V<sub>DE</sub>的算法，它具有定位控制精度高且達(dá)到目標(biāo)位置的動(dòng)作時(shí)間最短；本發(fā)明公開了自動(dòng)獲取控制參數(shù)DS<sub>1</sub>、V<sub>MIN</sub>和DS<sub>OFF</sub>的方法；本發(fā)明還公開了對(duì)參數(shù)DS<sub>OFF</sub>進(jìn)行自適應(yīng)控制的方法和定位控制的跟隨控制功能。
文檔編號(hào)G05D3/20GK101311866SQ20071004095
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者王育華 申請(qǐng)人:上海寶信軟件股份有限公司