一种收放卷电机控制方法与流程

本申请属于收放卷设备，特别是涉及一种收放卷电机控制方法。

背景技术：

1、收放卷设备用于完成卷材的放卷、输送和收卷任务。设备运行时，卷材需以设定的线速度卷绕至收卷轴。

2、在实际应用中，现有技术通常根据当前卷径实时计算伺服电机的转速指令。由于卷材在收卷或放卷过程中卷径持续变化，为保持卷材外圆线速度恒定，转速需随卷径自动调整——卷径增大时降低转速，卷径减小时提高转速。同时，卷材质量及转动惯量也会随卷径发生显著变化：空卷时轻，满卷时重，负载惯量跨度很大。

3、然而，伺服驱动系统在整个卷绕过程中通常采用固定的速度环比例增益和积分增益，不能随负载惯量的变化自动调整。空卷时增益偏高，易引发振动或超调；满卷时增益偏低，又导致响应迟缓、速度跟随误差增大。因此，现有技术中，设备在不同卷径阶段难以保持一致的调速性能，最终影响产品质量。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种收放卷电机控制方法，能够基于上一时刻的待估参数向量得到电磁转矩的预测值，确定当前实测的电磁转矩与预测值之间的预测误差；同时根据上一时刻的协方差矩阵和当前角加速度递推得到增益向量，利用该增益向量和预测误差修正上一时刻的待估参数向量，得到当前时刻的总转动惯量并确定当前卷径；使得总转动惯量能够实时跟踪收放卷过程中卷径和负载惯量的缓慢变化，提高了卷径估算的准确性和对负载变化的适应能力。

2、本申请提供了一种收放卷电机控制方法，方法包括：

3、获取上一时刻，收放卷电机的待估参数向量和电机角加速度，待估参数向量包括总转动惯量和负载转矩，总转动惯量包括电机惯量和电机轴的负载惯量；当上一时刻为初始时刻时，对应的待估参数向量和电机角加速度为预设值；

4、获取当前时刻，收放卷电机的电磁转矩的实测值；

5、基于上一时刻的待估参数向量和当前时刻的电机角加速度确定当前时刻下，电磁转矩的预测值；

6、基于电磁转矩在当前时刻的实测值和预测值确定当前时刻的预测误差；

7、基于上一时刻的协方差矩阵和当前时刻的电机角加速度递推当前时刻，预测误差的增益向量；协方差矩阵用于表征待估参数向量的估计误差，当上一时刻为初始时刻时，对应的协方差矩阵为预设值；

8、基于当前时刻的预测误差和当前时刻预测误差的增益向量更新上一时刻的待估参数向量，得到当前时刻的待估参数向量；

9、从当前时刻的待估参数向量中，提取当前时刻，收放卷电机的总转动惯量；

10、确定当前时刻下，总转动惯量对应的当前卷径；

11、基于当前时刻下的总转动惯量和当前卷径，对收放卷电机进行控制。

12、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，确定当前时刻下，总转动惯量对应的当前卷径，具体为：

13、获取预设的多个边界值，所述多个边界值包括所述总转动惯量的最大值、所述总转动惯量的最小值；以及所述最大值对应的最大卷径、所述最小值对应的最小卷径；

14、基于多个边界值，进行线性插值，得到映射关系表，映射关系用于定义多个不同卷径分别对应的总转动惯量；

15、基于当前时刻的总转动惯量查询映射关系表，得到对应的当前卷径。

16、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于当前时刻下的总转动惯量和当前卷径，对收放卷电机进行控制，具体为：

17、基于当前时刻的总转动惯量和预设的期望速度环目标带宽、预设的速度环阻尼系数确定速度环比例增益；

18、基于当前时刻的总转动惯量和期望速度环目标带宽确定速度环积分增益；

19、基于当前卷径和预设的方向系数确定收放卷电机的目标角速度，方向系数用于表征收放卷电机的转动方向；

20、基于当前时刻的速度环比例增益、速度环积分增益和目标角速度对收放卷电机进行控制。

21、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，方法还包括：

22、确定一阶低通滤波器，一阶低通滤波器的确定公式为：

23、

24、式中，为一阶低通滤波器，为预设的低通滤波器截止频率，s为拉普拉斯算子；

25、获取当前时刻的电机转矩电流，基于一阶低通滤波器分别对当前时刻的电机转矩电流和角加速度执行一阶低通滤波处理；

26、基于一阶低通滤波处理之后的电机转矩电流确定当前时刻的电磁转矩。

27、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于当前时刻的总转动惯量查询映射关系表，得到对应的当前卷径，具体为：

28、若当前时刻的总转动惯量大于最大值，则当前卷径为最大卷径；

29、若当前时刻的总转动惯量小于最小值，则当前卷径为最小卷径；

30、若当前时刻的总转动惯量位于最大值和最小值之间，则基于映射关系表进行插值计算，得到当前卷径。

31、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于电磁转矩在当前时刻的实测值和预测值确定当前时刻的预测误差，具体为：

32、

33、式中，k为当前时刻；为k时刻的预测误差；为k时刻，电磁转矩的实测值；为k-1时刻的待估参数向量；为k时刻，电磁转矩的预测值；为k时刻的数据向量；

34、待估参数向量基于以下公式确定：

35、

36、式中，为k-1时刻的总转动惯量，为k-1时刻的负载转矩；

37、数据向量基于以下公式确定：

38、

39、式中，为k时刻，经一阶低通滤波处理后的电机角加速度。

40、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于上一时刻的协方差矩阵和当前时刻的电机角加速度递推当前时刻，预测误差的增益向量，具体为：

41、

42、式中，为k时刻的增益向量；为k-1时刻的协方差矩阵；λ为预设的遗忘因子，0<λ≤1。

43、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于当前时刻的预测误差和当前时刻预测误差的增益向量更新上一时刻的待估参数向量，得到当前时刻的待估参数向量，具体为：

44、

45、式中，为k时刻的待估参数向量；为k-1时刻的待估参数向量。

46、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，方法还包括：

47、对上一时刻的协方差矩阵进行更新，得到当前时刻的协方差矩阵；

48、上一时刻的协方差矩阵的更新过程，具体为：

49、

50、式中：为k时刻的协方差矩阵；为k-1时刻的协方差矩阵；i为2×2的单位矩阵。

51、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，从当前时刻的待估参数向量中，提取当前时刻，收放卷电机的总转动惯量，具体为：

52、

53、式中，为k时刻的总转动惯量。

1.一种收放卷电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定当前时刻下，所述总转动惯量对应的当前卷径，具体为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于当前时刻下的总转动惯量和所述当前卷径，对所述收放卷电机进行控制，具体为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于当前时刻的总转动惯量查询所述映射关系表，得到对应的当前卷径，具体为：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述电磁转矩在当前时刻的所述实测值和所述预测值确定当前时刻的预测误差，具体为：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于上一时刻的协方差矩阵和当前时刻的电机角加速度递推当前时刻，所述预测误差的增益向量，具体为：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于当前时刻的所述预测误差和当前时刻所述预测误差的增益向量更新上一时刻的所述待估参数向量，得到当前时刻的待估参数向量，具体为：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，从当前时刻的待估参数向量中，提取当前时刻，收放卷电机的总转动惯量，具体为：