基于自適應模糊pid算法的切紙機伺服控制器設計

    楊原青，劉衛東，李樂

    (西北工業大學，陜西西安7l0072)

    摘要：針對現代工業對切紙機實時性及高精度的要求，介紹以tms320f812為核心、can總線通信的伺服電動機跟蹤系統。采用基于自適應模糊pid算法控制器對切刀從電機進行伺服控制。測試實驗給出了使用傳統hd算法和使用自適應模糊pid算法的控制效果比較一結果表明應用模糊pid控制器能夠在不同的速度切換情況下對切刀從電機進行有效控制，達到了系統實時性及精度要求。

0引  言

    切紙機是一種對長卷紙進行切割得到所需長度的紙張設備，主要用于造紙廠瓦楞型紙的加工和包裝印刷企業印制品的整形加工。目前，國內切紙機的產量雖然很大，但是缺少高精度的尺寸定位系統和尺寸設置裝置，尤其在高速剪切情況下精度難以達到要求。針對這一問題，本文采用基于模糊pjd算法的軌跡跟蹤伺服控制技術，使控制對象按照預先設定的軌跡運行，最后控制每一點切刀剪切的精度在±l mm以內。此外，本伺服電機控制系統作為一種通用的控制設備還可以用于皮革加工等傳動系統以及數控機床、機器人等機電一體化領域中，應用前景較廣泛。

1工作原理及系統硬件設計

    系統控制主要流程是紙漿壓成紙后，送人烘干箱烘干，干燥的紙在一個轉速恒定的主電機牽引下勻速推出，由另外一個帶切刀且速度可控的從電機進行切割。系統結構框圖如圖1所示，在上位機設

置推紙主電機、切刀從電機的運行參數，包括切割長度、切割次數、主電機轉速等，根據所設定的電機參數計算出切刀從電機轉動的理論位移曲線并將曲線數據通過can總線裝載到tms320f812控制器中。勻速轉動且主變頻器控制速度可調的推紙主電機經主角度編碼器輸出均勻脈沖信號至dsp控制器事件管理模塊a(eva)中進行解碼，確定該時刻切刀從電機的理想位移。切刀從電機經過從變頻器和從角度編碼器輸出不均勻的a、b相脈沖信號至dsp控制器事件管理模塊b(evb)中進行解碼，其中這種應用正交電路可以消除由于電機軸的抖動而

引起的計數誤差。通過定時器4(t4con)脈沖計數計算出從電機此刻運行的實際位移。將從電機的雞論位移和實際位移比較得出誤差值，利用模糊自暹應整定hd控制算法對誤差值進行校正，由擴展的d/a模塊把校正值轉換成對應的模擬電壓輸出控制切刀從電機轉速，從而形成伺服系統的閉環控制．實現了切刀從電機位移的精確跟蹤。

    變頻器使用德國lenze變頻器，內部已經集成了蒯速計。由于需要存儲切刀從電機的整組運動勒跡曲線數據，tms320f2812本身內部ram空間不夠，所以需要擴展一片256 mb的ram。tms320f2812上的ecan模塊集成了can控制器，提供了完整的can協議，僅需要外置收發裝置即可。這里采用ⅱ公司的sn65hv230作為can，總線收發器即can控制器和物理總線問的接口，能夠增大通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾(rfi)實現熱防護等。光耦隔離電路采用光耦芯片6n137，其作用是電器隔離和電平轉換，增強脈沖信號輸入的抗干擾能力。擴展d／a轉換模塊中采用具有12位分辨率精度dac7724作為系統的數模轉換芯片，控制電壓輸出范圍為0～10 v。在模擬電壓的輸出端接有lm324電壓跟隨器，也是為了增強輸出信號的抗干擾能力。

2軟件設計

2．1系統主程序軟件設計

    系統主程序的主要任務是系統初始化、與工控機進行can總線通信及即接收傳人電機的運行指令參數、裝載從電機轉動的理論位移軌跡曲線，進入主循環程序。dsp的can總線接收通信采用中斷方式。當初始化完成之后系統進入主循環程序中，等待通信接收中斷事件發生。當ecan模塊接收消息掛起寄存器(canrmp)對應的rmp位置位時中斷發生，在接收中斷子程序中將接收消息郵箱中的消息取出，根據消息內容是指令參數或軌跡曲線設置標志變量，然后在主循環程序中調用相應的處理程序執行。系統主程序流程圖如圖2所示。

2 2控制軟件設計

    在本系統中，叨刀運行一周進行一次剪切，切刀軸是固定的，而紙張切割長度等參數可以自行設定，推紙主電機轉速也是高速可變的，根據這些參數設計的切刀從電機轉動理論位移控制曲線要求從電機在切紙一次時有一個變速過程，工作點不斷變化，這些復雜性和不確定性使系統很難建立起精確的模型，一套固定pjd參數在這種情況下無法滿足設計要求。所以本系統采用模糊自適應整定pid控制算法進行控制。應用模糊控制的****的優勢是不依