柔性变距输送机的工业控制系统及方法与流程

本发明涉及工业控制，具体为柔性变距输送机的工业控制系统及方法。

背景技术：

1、目前，柔性变距输送控制通常需要在压缩或放宽产品间距的过程中同步处理位置控制、参数辨识和风险判断；由于驱动电流、编码器反馈和轨迹指令往往来自不同采样基准，且产品接触趋势又会叠加到正常驱动响应中，若缺乏统一的数据同步、参数冻结和阈值判定机制，就容易在变距过程中出现估计偏差、误判接触风险以及后续轨迹调整不稳定的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提出柔性变距输送机的工业控制系统及方法，将统一的数据同步、参数冻结和阈值判定机制相结合，使得在进行柔性变距输送控制时能够既准确地评估接触风险又稳定地调整后续变距轨迹，从而有效避免变距过程中出现的估计偏差与误判问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、柔性变距输送机的工业控制系统，应用于含驱动器、与驱动器连接的动子及编码器的柔性变距输送机，包括：

4、轨迹生成模块，用于根据上位机下发的产品规格、目标节距和输送节拍，结合所述动子及相邻动子的位置生成变距轨迹，输出目标位置、目标速度和目标加速度；

5、位置控制模块，与编码器通信连接以获取编码器反馈的动子的位置和速度，并结合目标位置确定位置误差；

6、电流采集模块，用于采集驱动器的电流并按驱动器推力常数换算为驱动力；

7、推力计算模块，用于根据等效质量和目标加速度确定惯性推力，根据摩擦参数和动子的速度确定摩擦推力；

8、信号处理模块，用于对驱动力、动子的速度和目标加速度进行时间同步及滤波；

9、参数修正模块，用于在无接触的自由变距阶段，根据同步后的驱动力、目标加速度和摩擦推力修正等效质量和摩擦参数；

10、接触力计算模块，用于从驱动力中扣除惯性推力和摩擦推力，得到外部接触力估计值；

11、风险判断模块，用于基于外部接触力估计值与预警阈值、安全阈值的比较结果判定风险等级；

12、轨迹调整模块，用于根据风险等级输出指令以调整后续变距轨迹；

13、状态控制模块，用于控制各模块按轨迹生成阶段、自由变距阶段、接触监测阶段和保护阶段执行并切换。

14、在一种可选方案中，电流采集模块按照与编码器反馈的位置和速度和目标加速度对应的采样周期采集电流；

15、信号处理模块还用于对换算后的驱动力、动子的速度和目标加速度进行低通滤波。

16、在一种可选方案中，参数修正模块在外部接触力估计值在预设时长内持续小于或等于预设辨识阈值、目标加速度大于或等于预设加速度阈值且驱动器的电流未饱和时，根据驱动力扣除摩擦推力后的结果与目标加速度的比值修正等效质量；

17、辨识误差由当前周期的驱动力与依据等效质量、目标加速度及摩擦推力反算得到的驱动力之间的差值确定；当辨识误差超出预设误差阈值、等效质量超出预设质量范围或状态控制模块进入接触监测阶段时，停止更新并保持最近一次满足更新条件时确定的上一有效参数。

18、在一种可选方案中，风险判断模块对外部接触力估计值进行滤波，并根据经滤波处理的外部接触力估计值及预设的预警阈值、安全阈值确定风险等级，风险等级包括预警状态和超限保护状态；

19、轨迹调整模块在预警状态下降低后续加速度上限或速度上限，在超限保护状态下按照预设保护策略执行减速轨迹、缓冲轨迹或回退轨迹中的至少一种；

20、状态控制模块在接触监测和超限保护状态下，停止更新并保持等效质量及摩擦参数的上一有效参数；当发生通信中断、数据越界或采样缺失时，输出信号异常状态。

21、柔性变距输送机的工业控制方法，应用于包含驱动器、与驱动器连接的动子以及编码器的柔性变距输送机，包括：

22、获取上位机下发的产品规格、当前产品间距、目标节距、输送节拍，以及编码器反馈的动子的位置和与动子相邻的动子的位置；

23、校验编码器、电流采集链路和驱动器的通信状态；

24、根据校验结果、当前产品间距、目标节距和输送节拍确定变距过渡轨迹，并输出目标位置、目标速度和目标加速度；

25、基于目标位置与编码器反馈的位置执行位置闭环控制，控制驱动器驱动动子运行；

26、采集驱动器的电流并依据驱动器推力常数换算为驱动力；

27、对驱动力、动子的速度和目标加速度进行时间同步及滤波处理，得到同步后的驱动力、动子的速度和目标加速度；

28、在无接触的自由变距阶段，根据同步后的驱动力、目标加速度和摩擦推力修正等效质量和摩擦参数；

29、在当前产品间距缩小至预设的接触监测区内，通过从同步后的驱动力中扣除根据等效质量和目标加速度确定的惯性推力，以及根据摩擦参数和动子的速度确定的摩擦推力，得到外部接触力估计值；

30、基于外部接触力估计值与预警阈值、安全阈值的比较结果判定风险等级，并根据风险等级调整后续变距轨迹。

31、在一种可选方案中，采集驱动器的电流并换算为驱动力，以及同步滤波的步骤，包括：

32、按照与编码器反馈的位置和目标加速度对应的采样周期采集电流；

33、依据驱动器推力常数将电流换算为驱动力；

34、对换算后的驱动力、动子的速度和目标加速度进行时间同步和低通滤波，得到同步后的驱动力、动子的速度和目标加速度。

35、在一种可选方案中，在无接触的自由变距阶段修正等效质量和摩擦参数的步骤，包括：

36、在外部接触力估计值在预设时长内持续小于或等于预设辨识阈值、目标加速度大于或等于预设加速度阈值且驱动器的电流未饱和时，基于同步后的驱动力扣除摩擦推力后的结果与目标加速度的比值修正等效质量；

37、辨识误差由当前周期同步后的驱动力与依据等效质量、目标加速度及摩擦推力反算得到的驱动力之间的差值确定；当辨识误差超出预设误差阈值、等效质量超出预设质量范围或进入接触监测区时，停止修正并保留最近一次满足更新条件时确定的上一有效参数；

38、根据动子的速度方向确定符号，并根据速度大小确定摩擦推力幅值，从而确定摩擦推力。

39、在一种可选方案中，在接触监测区内得到外部接触力估计值的步骤，包括：

40、根据同步后的驱动力、等效质量、目标加速度、摩擦推力和用于补偿驱动器零偏或模型稳态误差的预先标定补偿项确定外部接触力估计值；

41、根据经滤波处理的外部接触力估计值及其持续时间和变化率，结合预先设定的预警阈值、安全阈值和恢复阈值确定风险状态；

42、当经滤波处理的外部接触力估计值大于或等于预警阈值且小于安全阈值，并持续大于或等于预设的预警时间时输出预警状态；当经滤波处理的外部接触力估计值大于或等于安全阈值，或经滤波处理的外部接触力估计值的变化率大于或等于预设的突变阈值时输出超限保护状态。

43、在一种可选方案中，根据风险等级调整后续变距轨迹的步骤，包括：在正常状态下继续执行当前变距轨迹；

44、在预警状态下降低后续加速度上限或速度上限并延长变距时间；

45、在超限保护状态下停止继续减小产品间距，并按照预设保护策略执行减速轨迹、缓冲轨迹或回退轨迹中的至少一种；

46、在信号异常状态下，停止更新并保留等效质量和摩擦参数的上一有效参数，当仍具备闭环运行条件时执行预设安全速度的运行轨迹，否则执行停机处理，信号异常状态由通信中断或数据越界触发；

47、当变距任务完成、接触风险解除且信号有效时，更新经辨识误差和范围约束校验通过的等效质量和摩擦参数，否则保留上一有效参数并记录风险数据，风险数据至少包括外部接触力估计值、风险等级和触发时间。

48、本发明的有益效果：

49、1、本发明通过位置控制模块持续获取编码器反馈的位置和速度，并由轨迹生成模块结合上位机下发的产品规格、目标节距和输送节拍生成变距轨迹，能够使动子在同一控制周期内按照统一的轨迹参数运行，从而提升柔性变距过程的位置控制一致性，并为后续参数辨识和风险判断提供稳定基础；通过电流采集模块按与编码器反馈数据和目标加速度数据对应的采样周期采集电流，并由信号处理模块对驱动力、动子速度和目标加速度进行时间同步及滤波处理，能够消除不同采样基准带来的换算偏差，抑制高频波动和尖峰干扰，从而提高接触力估计的稳定性和准确性；

50、2、本发明通过参数修正模块在无接触的自由变距阶段，依据同步后的驱动力、目标加速度和摩擦推力修正等效质量和摩擦参数，并在外部接触力估计值持续低于预设辨识阈值、目标加速度大于预设加速度阈值且驱动器电流未饱和时才更新参数，能够使辨识过程限定在可用工况内，避免接触趋势、零速抖动或电流饱和对参数结果的污染，从而提升等效质量和摩擦参数的可靠性；通过在辨识误差超限、等效质量超出范围或进入接触监测时停止更新并保持上一有效参数，能够防止异常周期直接改写有效参数，从而保证后续推力计算和接触力估计始终基于稳定参数运行；

51、3、本发明通过接触力计算模块从同步后的驱动力中扣除惯性推力和摩擦推力得到外部接触力估计值，并由风险判断模块结合预警阈值、安全阈值以及滤波后的估计值确定风险等级，能够在不增设物理力传感器的前提下对产品接触趋势进行连续监测，从而提前识别预警状态和超限保护状态，降低产品挤压或碰撞风险；通过轨迹调整模块依据风险等级对后续变距轨迹执行限加速度、限速度、减速、缓冲或回退处理，能够将风险判断结果直接转化为可执行的后续轨迹修正动作，从而减少接触风险持续恶化并提升变距过程的可控性。