一种无轴承密封绞肉机的智能控制方法与流程

本发明涉及电机控制及磁悬浮驱动，尤其涉及一种无轴承密封绞肉机的智能控制方法。

背景技术：

1、无轴承电机兼具悬浮与旋转双重功能，在物料切削与绞碎等高可靠性加工领域得到了广泛应用。在由无轴承电机驱动的绞刀切削过程中，物料的非均匀性常引发切削阻力剧烈波动甚至卡阻。现有技术通常通过实时监测电机的旋转电流或绞刀转速，并在检测到电流超过预设门限或转速低于临界值时触发卡阻保护与解卡控制。

2、传统方法无法识别由物料弹性缠绕引起的弹性虚假卡阻与由硬质异物导致的硬性死卡阻。这极易将能够自行缓冲恢复的虚假卡阻误判为物理死卡，进而引发设备频繁误报警与盲目停机，严重影响系统的连续作业效率。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种无轴承密封绞肉机的智能控制方法，旨在改善无法识别由物料弹性缠绕引起的弹性虚假卡阻与由硬质异物导致的硬性死卡阻的问题。

2、本发明提供了如下技术方案，一种无轴承密封绞肉机的智能控制方法，包括：

3、s1、采集无轴承电机的旋转交轴电流、绞刀角速度及悬浮控制电流，根据所述旋转交轴电流与悬浮控制电流构建功耗梯度，在所述功耗梯度收敛时开启卡阻辨识功能；

4、s2、根据所述旋转交轴电流的变化率构建前馈补偿矢量注入悬浮控制回路，并根据所述变化率增大所述悬浮控制回路的增益；

5、s3、在开启所述卡阻辨识功能且检测到所述绞刀角速度下降与旋转交轴电流上升时，根据所述绞刀角速度与旋转交轴电流构建阻抗微分轨迹，并根据所述阻抗微分轨迹的曲率特征辨识切削卡阻类型为弹性虚假卡阻或硬性死卡阻；

6、s4、若为弹性虚假卡阻时，根据所述悬浮控制电流对应的气隙磁通余量确定脉冲电流上限，并在所述旋转交轴电流上叠加受限于所述脉冲电流上限的脉冲电流；若为硬性死卡阻时，控制所述无轴承电机反转；并在脉冲叠加结束或反转后的预设过渡期内复原所述悬浮控制回路的增益；

7、s5、当所述旋转交轴电流的滑动方差低于预设阈值时，根据所述悬浮控制电流提取偏心矢量，并将所述悬浮控制回路的目标零位平移至与所述偏心矢量对应的虚拟质心。

8、较佳的，在s1中，根据所述旋转交轴电流与悬浮控制电流构建功耗梯度，在所述功耗梯度收敛时开启卡阻辨识功能包括：

9、计算所述旋转交轴电流与所述悬浮控制电流乘积的瞬时一阶导数作为所述功耗梯度，并计算所述功耗梯度对时间的二阶导数；

10、在滑动时间窗口内监测所述二阶导数的零交叉点，当所述二阶导数的零交叉频率大于预设波动频率且所述一阶导数的包络线趋于平缓时，判定所述功耗梯度收敛并开启卡阻辨识功能。

11、较佳的，在s2中，根据所述旋转交轴电流的变化率构建前馈补偿矢量注入悬浮控制回路，并根据所述变化率增大所述悬浮控制回路的增益包括：

12、对所述旋转交轴电流进行一阶微分获取所述变化率，并根据所述变化率通过预设的耦合矩阵计算跨轴前馈补偿矢量；

13、将所述前馈补偿矢量叠加至所述悬浮控制回路的输出端，同时根据所述变化率的模值自适应调节所述悬浮控制回路中比例-积分-微分控制器的比例增益与积分增益，使所述增益随变化率的增大而单调递增。

14、较佳的，在s3中，根据所述绞刀角速度与旋转交轴电流构建阻抗微分轨迹包括：

15、对所述绞刀角速度与所述旋转交轴电流进行一阶求导，得到角加速度与电流变化率；

16、以所述旋转交轴电流为横轴、绞刀角速度为纵轴建立动态相平面，并在所述相平面内计算所述角加速度与所述电流变化率的比值，构建随时间演化的阻抗微分轨迹。

17、较佳的，在s3中，根据所述阻抗微分轨迹的曲率特征辨识切削卡阻类型为弹性虚假卡阻或硬性死卡阻包括：

18、计算所述阻抗微分轨迹在所述相平面内的曲率及曲率变化率；

19、当所述曲率连续变化且所述曲率变化率的符号发生交替翻转时，辨识所述切削卡阻类型为弹性虚假卡阻；

20、当所述曲率出现阶跃突变且所述曲率变化率持续保持同号时，辨识切削卡阻类型为硬性死卡阻。

21、较佳的，在s4中，根据所述悬浮控制电流对应的气隙磁通余量确定脉冲电流上限包括：

22、根据所述悬浮控制电流计算悬浮磁场占用的磁通量，并以所述无轴承电机的气隙磁饱和极限值减去所述悬浮磁场占用的磁通量，导出气隙磁通余量；

23、将所述气隙磁通余量通过磁密-电流映射模型转化为旋转电磁转矩所允许的最大交轴电流值，作为脉冲电流上限。

24、较佳的，在s4中，在所述旋转交轴电流上叠加受限于所述脉冲电流上限的脉冲电流包括：

25、生成预设频率与占空比的高频解卡脉冲信号，并根据所述脉冲电流上限对所述高频解卡脉冲信号进行幅值钳位；

26、将钳位后的高频解卡脉冲信号作为前馈激励，叠加注入所述旋转交轴电流的控制给定端。

27、较佳的，在s4中，在脉冲叠加结束或反转后的预设过渡期内复原所述悬浮控制回路的增益包括：

28、检测到所述高频解卡脉冲信号停止注入或所述无轴承电机反转恢复至设定的转速区间时，开启预设时间窗口；

29、在所述预设时间窗口内，按照指数衰减轨迹平滑降低所述悬浮控制回路中已增大的增益，使所述增益在预设时间窗口结束时恢复至初始稳态增益。

30、较佳的，在s5中，当所述旋转交轴电流的滑动方差低于预设阈值时包括：

31、按预设采样周期提取所述旋转交轴电流构成滑动时间窗口，计算所述滑动时间窗口内旋转交轴电流的二阶矩与均值之差以获取滑动方差；

32、计算所述滑动方差的变化率，当所述滑动方差低于设定数值且所述变化率收敛至零值平稳带内时，确认系统进入平稳切削状态。

33、较佳的，在s5中，根据所述悬浮控制电流提取偏心矢量，并将所述悬浮控制回路的目标零位平移至与所述偏心矢量对应的虚拟质心包括：

34、对所述悬浮控制电流进行低通滤波提取准静态直流分量，根据所述准静态直流分量计算由不均匀负载产生的静态偏心力及方向，映射得到偏心矢量；

35、将所述偏心矢量作为零位偏置量叠加至所述悬浮控制回路的反馈通道，将所述悬浮控制回路的控制目标由几何物理中心动态平移至偏心矢量对应的虚拟质心。

36、本发明具有如下有益效果：

37、1、本发明中，通过根据绞刀角加速度与旋转交轴电流变化率构建相平面阻抗微分轨迹、并提取该轨迹的曲率与曲率变化率特征，实现了弹性虚假卡阻与硬性死卡阻的无传感器精准区分，解决了传统技术将物料弹性缠绕误判为死卡阻而引发盲目停机的问题。

38、2、本发明中，通过基于悬浮控制电流计算悬浮磁场占用的磁通量并导出气隙磁通余量以动态钳位高频解卡脉冲上限，结合解卡后按指数衰减轨迹平滑复原悬浮回路增益，实现了高效解卡冲击与悬浮系统绝对稳定性的兼顾，解决了解卡强冲击过程中因矢量磁场叠加导致铁芯磁饱和跌轴以及增益切换突变引发系统振荡的问题。

39、3、本发明中，通过在旋转交轴电流滑动方差低通平稳时提取悬浮控制电流准静态直流分量映射偏心矢量、并将悬浮回路的目标零位平移至对应的虚拟质心，实现了偏心负载下转子的自然力学平衡与零位自适应调整，解决了平稳切削阶段悬浮回路需持续输出高额静态电流抵消偏心力导致系统功耗与发热量过高的问题。