电感绕线设备的张力动态补偿控制方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及电感绕线设备的运动控制及导线张力控制，尤其涉及一种电感绕线设备的张力动态补偿控制方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、电感产品通常通过绕线设备将漆包线、包覆导线或其他线材按照预定匝数和排布方式绕设于电感骨架、磁芯或线圈承载部上。绕制过程中，绕线主轴带动电感对象转动，排线导向机构沿电感对象的轴向或预定轨迹移动，放线机构、制动机构或张力调节机构配合提供导线。导线张力会影响绕组贴合状态、层间排布、绝缘层受力以及后续成型质量，因此，绕线设备通常配置张力检测机构和张力缓冲机构，并根据检测到的张力偏差调节送线速度或制动力。

2、现有张力控制方式通常把张力检测机构输出的张力值直接作为闭环控制依据，或者在主轴加减速、排线换向和绕线轮廓发生变化时，根据主轴转速、放线卷径或预先设定的工艺区段增加前馈补偿。所述方式能够处理张力检测点附近已经形成的张力变化，但在电感绕制路径中，张力检测点与导线实际接触电感对象的位置之间通常还设置有张力摆杆、浮动导轮、固定导轮、导向孔或排线导嘴。导线在上述构件之间形成具有一定长度和包绕关系的传递路径，送线端产生的位移变化并不必然立即、等量地传递至绕线接触点。

3、当排线导向机构移动、绕线接触点跨越轮廓转角或者主轴运行状态改变时，绕线端在相邻控制周期中的需线量发生变化。送线量与需线量之间的短时差值可先由张力缓冲机构的位置变化吸收，导致张力检测值仍处于允许范围，而张力缓冲机构的可用行程持续减少。同时，导线在导向构件上的包角和滑动状态发生变化时，导向构件两侧的张力传递关系也会改变，张力检测值可能暂时不能反映绕线接触点处的实际受力。此时继续按照张力偏差累加反馈补偿，容易把缓冲吸收或传递受限期间的检测结果作为新的送线失配处理。

4、在导线重新发生滑动、包角减小或张力缓冲机构回位后，先前未完成传递的导线长度可能集中释放。若控制器没有保存所述历史线长关系，而仅对恢复后的张力变化再次反馈，可能对同一线长失配进行重复补偿，造成送线执行机构反向追赶、张力缓冲机构触及行程边界或者绕线张力出现突变。单纯提高张力采样频率、增加反馈增益或者设置张力报警阈值，不能解决张力检测值在部分运行状态下不具有反馈代表性的问题。

5、因此，需要一种能够同时考虑实际送线、绕线需线、张力缓冲机构吸收或释放线长以及导线传递状态的控制方案，使张力检测值仅在能够反映绕线接触点受力的状态下参与反馈更新，并使传递受限期间形成的线长差在后续绕线过程中得到连续、受控的处理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电感绕线设备的张力动态补偿控制方法、系统及存储介质，以解决张力检测点与绕线接触点之间存在缓冲吸收和传递状态变化时，张力反馈可能驱动错误补偿以及历史线长差可能被重复补偿的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种电感绕线设备的张力动态补偿控制方法。所述方法同步获取绕线主轴的角位置、排线导向机构的导线出口位置、送线计量增量、张力缓冲机构的位置变化量和张力检测值，根据电感的有效绕线轮廓、绕线层位、所述角位置和所述导线出口位置确定当前控制周期的绕线需线增量，并根据所述位置变化量确定所述张力缓冲机构在当前控制周期吸收或释放的缓冲线长。

3、所述方法按照所述送线计量增量减去所述绕线需线增量和所述缓冲线长的线长平衡关系确定未闭合线长差，并根据导线在导向构件上的包绕状态、所述未闭合线长差、所述位置变化量及所述张力检测值之间的变化对应关系，将当前控制周期确定为张力传递有效状态或张力传递受限状态。

4、在所述张力传递有效状态下，根据所述张力检测值与目标张力之间的偏差更新反馈补偿量，并根据所述绕线需线增量和所述反馈补偿量控制送线机构或制动执行机构。在所述张力传递受限状态下，锁定所述反馈补偿量，根据所述绕线需线增量和所述张力缓冲机构的回中需求控制所述送线机构或所述制动执行机构，并将所述未闭合线长差累计为待释放线长差。

5、当所述张力传递受限状态转为所述张力传递有效状态时，根据后续绕线路径中绕线需线增量的变化方向、排线换向位置和所述张力缓冲机构的剩余行程选择释放区段，在所述释放区段内将用于消减所述待释放线长差的释放修正量叠加至所述绕线需线增量对应的控制量，并根据重新确定的未闭合线长差核销所述待释放线长差。

6、在一种实施方式中，根据电感骨架或磁芯的基础绕线轮廓、导线直径和已完成绕线层位确定当前有效绕线轮廓；根据所述导线出口位置、所述绕线主轴的转动方向和所述当前有效绕线轮廓确定导线在当前控制周期起始时刻和结束时刻的预测绕线接触点；确定两个预测绕线接触点之间沿绕线方向的轮廓前进长度，并确定所述导线出口至所述预测绕线接触点的自由导线段在所述当前控制周期内的长度变化量；将所述轮廓前进长度与所述长度变化量之和确定为所述绕线需线增量。

7、在一种实施方式中，所述送线计量增量由与导线接触的计量轮对应的计量编码器输出确定。所述张力缓冲机构包括能够改变导线路径长度的移动导轮，根据所述移动导轮的位置变化距离以及随所述移动导轮共同改变长度的导线段数量，确定所述缓冲线长。根据放线驱动编码器的转动量和当前放线卷径确定放线驱动侧送线增量。当所述放线驱动侧送线增量与所述送线计量增量之间的差值在连续多个控制周期内具有相同方向时，以所述送线计量增量参与所述未闭合线长差的确定，并暂停利用所述放线驱动编码器的输出更新放线卷径。

8、在一种实施方式中，根据所述未闭合线长差的方向确定所述张力缓冲机构的预计移动方向和所述张力检测值的预计变化方向。在所述张力缓冲机构按照所述预计移动方向吸收所述未闭合线长差，且所述张力检测值未按照所述预计变化方向变化，或者所述未闭合线长差在所述导向构件的包角增大期间连续累积时，确定为所述张力传递受限状态。在所述张力检测值按照所述预计变化方向变化、所述未闭合线长差开始减小且所述张力缓冲机构不再继续吸收同方向缓冲线长时，确定为所述张力传递有效状态。

9、在一种实施方式中，在所述张力传递受限状态下，保持进入所述张力传递受限状态之前的反馈补偿量，停止累加所述张力检测值与所述目标张力之间的偏差；根据使所述张力缓冲机构向行程中部移动所需的送线方向生成回中修正量，并在所述回中修正量不会增大所述待释放线长差时，将所述回中修正量叠加至所述绕线需线增量对应的控制量；在所述回中修正量会增大所述待释放线长差时，限制所述回中修正量，并降低所述绕线主轴的转速，直至所述张力缓冲机构的剩余行程满足后续绕线需线变化所需的缓冲线长。

10、在一种实施方式中，根据所述待释放线长差的方向确定消减所述待释放线长差所需的送线修正方向；从所述张力传递有效状态开始后的绕线主轴角位置区段中，选择不包含排线导向机构换向位置和当前有效绕线轮廓转角位置、且绕线需线增量的自然变化方向与所述送线修正方向一致的连续角位置区段；根据所述连续角位置区段内各控制周期的预计绕线需线增量、所述张力缓冲机构的剩余行程和允许张力变化范围，确定所述释放修正量在所述连续角位置区段内的分配值；在每个控制周期结束后，根据实际送线计量增量、实际缓冲线长和实际绕线需线增量重新确定所述待释放线长差，而不根据已经下发的释放修正量直接扣减所述待释放线长差。

11、在一种实施方式中，在释放所述待释放线长差的过程中，出现所述张力检测值的变化方向与所述送线修正方向对应的预计张力变化方向相反、所述张力缓冲机构进入预设边界行程或者所述排线导向机构提前换向中的任一情形时，停止输出所述释放修正量，将尚未核销的待释放线长差结转至后续释放区段。在绕线层位发生改变时，根据改变后的绕线层位重新确定所述有效绕线轮廓和所述绕线需线增量，保留所述尚未核销的待释放线长差，停止沿用改变前绕线层位的反馈补偿量，直至在改变后的绕线层位重新进入所述张力传递有效状态。

12、本发明还提供一种电感绕线设备的张力动态补偿控制系统，包括控制器以及分别与所述控制器连接的绕线主轴编码器、排线位置反馈接口、送线计量单元、张力缓冲机构位置检测单元、张力检测单元和执行控制接口。所述控制器按照送线计量增量减去由绕线运动状态确定的绕线需线增量和根据张力缓冲机构的位置变化量确定的缓冲线长的线长平衡关系形成未闭合线长差，并根据所述未闭合线长差、导线包绕状态、所述位置变化量及张力检测值之间的变化对应关系确定张力传递状态；所述控制器设置受所述张力传递状态控制的反馈准入控制路径，以及与所述反馈准入控制路径连接的线长释放控制路径。

13、所述反馈准入控制路径在张力传递有效状态下允许所述张力检测值更新反馈补偿量，在张力传递受限状态下阻止所述张力检测值更新所述反馈补偿量，并将所述未闭合线长差转入待释放线长差。所述线长释放控制路径在所述张力传递受限状态转为所述张力传递有效状态后，根据后续绕线需线增量的变化方向、排线换向位置和所述张力缓冲机构的剩余行程选择释放区段，并通过所述执行控制接口向主动送线驱动器、制动执行器或张力调节执行器输出用于核销所述待释放线长差的控制量。

14、在一种实施方式中，所述张力缓冲机构为张力摆杆、浮动导轮机构或能够改变至少两段导线路径长度的移动导轮机构；所述送线计量单元包括与导线接触的计量轮和用于检测所述计量轮转动量的计量编码器；所述控制器按照同一运动控制周期为各检测输出添加周期标识，使同一周期内的送线计量增量、绕线需线增量、缓冲线长和张力检测值共同参与所述未闭合线长差及张力传递状态的确定。

15、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序由电感绕线设备的控制器中的处理器执行时，使所述处理器实施上述电感绕线设备的张力动态补偿控制方法。

16、与现有技术相比，本发明以实际送线、绕线消耗和缓冲机构吸收或释放之间的线长关系作为控制基础，使张力检测值在进入反馈调节之前经过传递有效性判断，能够减少缓冲机构暂时吸收线长差或者导向传递状态改变时形成的错误反馈。

17、在张力传递受限期间，本发明锁定反馈补偿量并把未闭合线长差连续保存为待释放线长差，避免张力检测恢复后把同一历史线长差重新识别为新的张力扰动。待释放线长差又用于限定释放区段、释放方向和释放量，因而反馈准入控制与线长释放控制围绕同一物理状态形成连续闭环。

18、本发明根据后续绕线路径的需线变化方向、排线换向位置和张力缓冲机构剩余行程安排释放过程，并以实际送线计量结果、实际缓冲线长和实际绕线需线增量重新核销待释放线长差，能够降低执行指令未被实际完成、计量轮打滑或者释放区段提前结束造成的错误核销。

19、此外，在回中修正可能增大待释放线长差或者缓冲剩余行程不足时，通过限制回中修正并降低绕线主轴转速，为张力缓冲机构保留继续吸收路径变化的能力，从而使张力控制、缓冲行程管理和绕线运动控制之间形成相互约束的运行关系。