一种环形编织机转矩均衡控制方法、系统和存储设备与流程

1.本发明涉及编织机技术领域，特别涉及一种环形编织机转矩均衡控制方法、系统和存储设备。


背景技术：

2.环形编织机的齿轮、拨盘及其携纱器数目较多，驱动功率要求大，需要多个伺服电机同步驱动才能满足其不间断运动的需求。编织环上的各电机之间是通过齿轮硬轴联结，从而达到转速强制同步的目的，然而齿轮传动系统由于啮合刚度不同、制造误差及齿侧间隙等问题的存在，易导致各电机所受负载力矩不一，编织机运行出现卡顿，严重影响编织质量与生产效率。


技术实现要素：

3.为此，需要提供一种环形编织机转矩均衡控制方法，用以解决环形编织机各电机所受负载力矩不一，导致编织机运行过程出现卡顿现象，严重影响织物编织质量的技术问题。具体技术方案如下：
4.一种环形编织机转矩均衡控制方法，包括步骤：
5.主电机采用位置控制模式，所述主电机的位置环、速度环和电流环进行三环闭合控制；
6.从电机采用转矩控制模式；
7.所述主电机的速度环的输出作为所述从电机的电流环的电流给定量。
8.进一步的，所述主电机的位置环采用比例控制，所述主电机的速度环采用比例-积分控制，所述主电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制，所述从电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制。
9.进一步的，所述主电机包括：表贴式永磁同步电机，所述从电机包括：表贴式永磁同步电机；
10.所述表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的定子电流状态方程为：
[0011][0012][0013]
式中：ls为定子电感；rs为定子电阻；ud、uq分别为d-q轴电压分量；id、 iq分别为d-q轴电流分量；ψf为永磁体磁链；ωe为转子电角速度；
[0014]
对式(1)-(2)分别采用前向欧拉公式离散化，得到下一采样时刻d-q轴电流预测公式：
[0015]
[0016][0017]
式中：k表示当前时刻采样序号；k 1表示下一时刻采样序号；ts为采样周期；分别为kts时刻的d-q轴电流值；分别为(k 1)ts时刻的d-q 轴电流预测值；分别为kts时刻的d-q轴电压分量；为kts时刻的转子电角速度；
[0018]
表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的电磁力矩方程为：
[0019][0020]
式中：k
τ
为转矩系数；
[0021][0022]
式中：p为极对数；
[0023]
d-q轴坐标系下永磁同步电机的运动方程为：
[0024][0025]
为解决上述技术问题，还提供了一种环形编织机转矩均衡控制系统，具体技术方案如下：
[0026]
一种环形编织机转矩均衡控制系统，包括：主电机和从电机；
[0027]
所述主电机采用位置控制模式，所述主电机的位置环、速度环和电流环进行三环闭合控制；
[0028]
所述从电机采用转矩控制模式；
[0029]
所述主电机的速度环的输出作为所述从电机的电流环的电流给定量。
[0030]
进一步的，所述主电机的位置环采用比例控制，所述主电机的速度环采用比例-积分控制，所述主电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制，所述从电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制。
[0031]
进一步的，所述主电机包括：表贴式永磁同步电机，所述从电机包括：表贴式永磁同步电机；
[0032]
所述表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的定子电流状态方程为：
[0033][0034][0035]
式中：ls为定子电感；rs为定子电阻；ud、uq分别为d-q轴电压分量；id、 iq分别为d-q轴电流分量；ψf为永磁体磁链；ωe为转子电角速度；
[0036]
对式(1)-(2)分别采用前向欧拉公式离散化，得到下一采样时刻d-q轴电流预测公式：
[0037]
[0038][0039]
式中：k表示当前时刻采样序号；k 1表示下一时刻采样序号；ts为采样周期；分别为kts时刻的d-q轴电流值；分别为(k 1)ts时刻的d-q 轴电流预测值；分别为kts时刻的d-q轴电压分量；为kts时刻的转子电角速度；
[0040]
表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的电磁力矩方程为：
[0041][0042]
式中：k
τ
为转矩系数；
[0043][0044]
式中：p为极对数；
[0045]
d-q轴坐标系下永磁同步电机的运动方程为：
[0046][0047]
为解决上述技术问题，还提供了一种存储设备，具体技术方案如下：
[0048]
一种存储设备，其中存储有指令集，所述指令集用于执行：主电机采用位置控制模式，所述主电机的位置环、速度环和电流环进行三环闭合控制；
[0049]
从电机采用转矩控制模式；
[0050]
所述主电机的速度环的输出作为所述从电机的电流环的电流给定量。
[0051]
进一步的，所述指令集还用于执行：所述主电机的位置环采用比例控制，所述主电机的速度环采用比例-积分控制，所述主电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制，所述从电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制。
[0052]
进一步的，所述指令集还用于执行：所述主电机包括：表贴式永磁同步电机，所述从电机包括：表贴式永磁同步电机；
[0053]
所述表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的定子电流状态方程为：
[0054][0055][0056]
式中：ls为定子电感；rs为定子电阻；ud、uq分别为d-q轴电压分量；id、 iq分别为d-q轴电流分量；ψf为永磁体磁链；ωe为转子电角速度；
[0057]
对式(1)-(2)分别采用前向欧拉公式离散化，得到下一采样时刻d-q轴电流预测公式：
[0058][0059]
[0060]
式中：k表示当前时刻采样序号；k 1表示下一时刻采样序号；ts为采样周期；分别为kts时刻的d-q轴电流值；分别为(k 1)ts时刻的d-q 轴电流预测值；分别为kts时刻的d-q轴电压分量；为kts时刻的转子电角速度；
[0061]
表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的电磁力矩方程为：
[0062][0063]
式中：k
τ
为转矩系数；
[0064][0065]
式中：p为极对数；
[0066]
d-q轴坐标系下永磁同步电机的运动方程为：
[0067][0068]
本发明的有益效果是：一种环形编织机转矩均衡控制方法，包括步骤：主电机采用位置控制模式，所述主电机的位置环、速度环和电流环进行三环闭合控制；对从电机采用转矩控制模式；所述主电机的速度环的输出作为所述从电机的电流环中的电流给定量。通过以上方法，主电机采用位置控制模式，包含位置环、速度环与电流环，其中位置环与速度环能够使主电机达到给定位置与转速。而从电机采用转矩控制模式，包含电流环，且其电流环的给定量为主电机速度环的输出量，由于转矩与电流成正比从而保证从电机输出转矩与主电机的输出转矩保持大小一致，即可实现转矩均衡控制，确保编织机不出现由于各电机输出转矩相差过大而导致编织机出现卡顿甚至启动阶段加速度过大而导致机器卡死现象。主从电机两种控制模式相结合，从而使各电机输出转矩大小一致，并且能够达到给定的位置与转速。
附图说明
[0069]
图1为具体实施方式所述一种环形编织机转矩均衡控制方法的流程图；
[0070]
图2为具体实施方式所述一种环形编织机转矩均衡控制方法的示意图；
[0071]
图3为具体实施方式所述一种环形编织机转矩均衡控制系统的模块示意图；
[0072]
图4为具体实施方式所述一种存储设备的模块示意图。
[0073]
附图标记说明：
[0074]
300、一种环形编织机转矩均衡控制系统，
[0075]
301、主电机，
[0076]
302、从电机，
[0077]
400、存储设备。
具体实施方式
[0078]
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
[0079]
请参阅图1至图2，在本实施方式中，一种环形编织机转矩均衡控制方法可应用在一种存储设备上，所述存储设备可以为环形编织机，所述环形编织机包括：主电机和从电机，以下展开具体说明：
[0080]
步骤s101：主电机采用位置控制模式，所述主电机的位置环、速度环和电流环进行三环闭合控制。
[0081]
步骤s102：从电机采用转矩控制模式。即所述从电机只含电流环。
[0082]
步骤s103：所述主电机的速度环的输出作为所述从电机的电流环的电流给定量。
[0083]
其中所述主电机的位置环采用比例控制，所述主电机的速度环采用比例
‑ꢀ
积分控制，所述主电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制，所述从电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制。以下结合图2再开具体说明：
[0084]
如图2所示，所述主电机包括：表贴式永磁同步电机，所述从电机包括：表贴式永磁同步电机；pmsm1为主电机，pmsm2、pmsm3与pmsm4为从电机；为第k个采样时刻主电机位置给定量，为主电机实际位置；为主电机位置环输出量，作为速度环的速度给定量；为主电机速度环输出量，同时作为主电机与从电机的电流环给定量；k
sp1
为主电机位置环p控制器的比例系数；k
vp1
、k
vi1
分别为主电机速度环pi控制器的比例与积分系数；为逆变器开关。
[0085]
本实施方式中主电机位置环采用比例控制(p控制)，速度环采用比例
‑ꢀ
积分控制(pi控制)，主电机与从电机电流环均采用有限控制集模型预测电流控制(fcs-mpcc)。
[0086]
表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的定子电流状态方程为：
[0087][0088][0089]
式中：ls为定子电感；rs为定子电阻；ud、uq分别为d-q轴电压分量；id、 iq分别为d-q轴电流分量；ψf为永磁体磁链；ωe为转子电角速度；
[0090]
对式(1)-(2)分别采用前向欧拉公式离散化，得到下一采样时刻d-q轴电流预测公式：
[0091][0092][0093]
式中：k表示当前时刻采样序号；k 1表示下一时刻采样序号；ts为采样周期；分别为kts时刻的d-q轴电流值；分别为(k 1)ts时刻的d-q 轴电流预测值；分别为kts时刻的d-q轴电压分量；为kts时刻的转子电角速度；
[0094]
表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的电磁力矩方程为：
[0095][0096]
式中：k
τ
为转矩系数；
[0097][0098]
式中：p为极对数；
[0099]
d-q轴坐标系下永磁同步电机的运动方程为：
[0100][0101]
一种环形编织机转矩均衡控制方法，包括步骤：主电机采用位置控制模式，所述主电机的位置环、速度环和电流环进行三环闭合控制；对从电机采用转矩控制模式；所述主电机的速度环的输出作为所述从电机的电流环中的电流给定量。其中位置环与速度环能够使主电机达到给定位置与转速。而从电机采用转矩控制模式，包含电流环，且其电流环的给定量为主电机速度环的输出量，由于转矩与电流成正比从而保证从电机输出转矩与主电机的输出转矩保持大小一致，即可实现转矩均衡控制，确保编织机不出现由于各电机输出转矩相差过大而导致编织机出现卡顿甚至启动阶段加速度过大而导致机器卡死现象。主从电机两种控制模式相结合，从而使各电机输出转矩大小一致，并且能够达到给定的位置与转速。
[0102]
请参阅图2至图3，在本实施方式中，一种环形编织机转矩均衡控制系统 300的具体实施方式如下：
[0103]
一种环形编织机转矩均衡控制系统300，包括：主电机301和从电机302；
[0104]
所述主电机301采用位置控制模式，所述主电机301的位置环、速度环和电流环进行三环闭合控制；
[0105]
所述从电机302采用转矩控制模式；
[0106]
所述主电机301的速度环的输出作为所述从电机302的电流环的电流给定量。
[0107]
进一步的，所述主电机301的位置环采用比例控制，所述主电机301的速度环采用比例-积分控制，所述主电机301的电流环采用有限控制集模型预测电流控制，所述从电机302的电流环采用有限控制集模型预测电流控制。
[0108]
进一步的，所述主电机301包括：表贴式永磁同步电机，所述从电机302 包括：表贴式永磁同步电机；如图2所示，pmsm1为主电机301，pmsm2、pmsm3 与pmsm4为从电机302；为第k个采样时刻主电机301位置给定量，为主电机301实际位置；为主电机301位置环输出量，作为速度环的速度给定量；为主电机301速度环输出量，同时作为主电机301与从电机302 的电流环给定量；k
sp1
为主电机301位置环p控制器的比例系数；k
vp1
、k
vi1
分别为主电机301速度环pi控制器的比例与积分系数；为逆变器开关。
[0109]
本实施方式中主电机301位置环采用比例控制(p控制)，速度环采用比例-积分控制(pi控制)，主电机301与从电机302电流环均采用有限控制集模型预测电流控制(fcs-mpcc)。
[0110]
所述表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的定子电流状态方程为：
[0111][0112][0113]
式中：ls为定子电感；rs为定子电阻；ud、uq分别为d-q轴电压分量；id、 iq分别为d-q轴电流分量；ψf为永磁体磁链；ωe为转子电角速度；
[0114]
对式(1)-(2)分别采用前向欧拉公式离散化，得到下一采样时刻d-q轴电流预测公式：
[0115][0116][0117]
式中：k表示当前时刻采样序号；k 1表示下一时刻采样序号；ts为采样周期；分别为kts时刻的d-q轴电流值；分别为(k 1)ts时刻的d-q 轴电流预测值；分别为kts时刻的d-q轴电压分量；为kts时刻的转子电角速度；
[0118]
表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的电磁力矩方程为：
[0119][0120]
式中：k
τ
为转矩系数；
[0121][0122]
式中：p为极对数；
[0123]
d-q轴坐标系下永磁同步电机的运动方程为：
[0124][0125]
通过上述系统，其中位置环与速度环能够使主电机达到给定位置与转速。而从电机采用转矩控制模式，包含电流环，且其电流环的给定量为主电机速度环的输出量，由于转矩与电流成正比从而保证从电机输出转矩与主电机的输出转矩保持大小一致，即可实现转矩均衡控制，确保编织机不出现由于各电机输出转矩相差过大而导致编织机出现卡顿甚至启动阶段加速度过大而导致机器卡死现象。主从电机两种控制模式相结合，从而使各电机输出转矩大小一致，并且能够达到给定的位置与转速。
[0126]
请参阅图2及图4，在本实施方式中，一种存储设备400的具体实施方式如下：
[0127]
一种存储设备400，其中存储有指令集，所述指令集用于执行：主电机采用位置控制模式，所述主电机的位置环、速度环和电流环进行三环闭合控制；
[0128]
从电机采用转矩控制模式；
[0129]
所述主电机的速度环的输出作为所述从电机的电流环的电流给定量。
[0130]
进一步的，所述指令集还用于执行：所述主电机的位置环采用比例控制，所述主电机的速度环采用比例-积分控制，所述主电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制，
所述从电机的电流环采用有限控制集模型预测电流控制。
[0131]
进一步的，所述指令集还用于执行：所述主电机包括：表贴式永磁同步电机，所述从电机包括：表贴式永磁同步电机；如图2所示，pmsm1为主电机， pmsm2、pmsm3与pmsm4为从电机；为第k个采样时刻主电机位置给定量，为主电机实际位置；为主电机位置环输出量，作为速度环的速度给定量；为主电机速度环输出量，同时作为主电机与从电机的电流环给定量；k
sp1
为主电机位置环p控制器的比例系数；k
vp1
、k
vi1
分别为主电机速度环pi控制器的比例与积分系数；为逆变器开关。
[0132]
本实施方式中主电机位置环采用比例控制(p控制)，速度环采用比例
‑ꢀ
积分控制(pi控制)，主电机与从电机电流环均采用有限控制集模型预测电流控制(fcs-mpcc)。
[0133]
所述表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的定子电流状态方程为：
[0134][0135][0136]
式中：ls为定子电感；rs为定子电阻；ud、uq分别为d-q轴电压分量；id、 iq分别为d-q轴电流分量；ψf为永磁体磁链；ωe为转子电角速度；
[0137]
对式(1)-(2)分别采用前向欧拉公式离散化，得到下一采样时刻d-q轴电流预测公式：
[0138][0139][0140]
式中：k表示当前时刻采样序号；k 1表示下一时刻采样序号；ts为采样周期；分别为kts时刻的d-q轴电流值；分别为(k 1)ts时刻的d-q 轴电流预测值；分别为kts时刻的d-q轴电压分量；为kts时刻的转子电角速度；
[0141]
表贴式永磁同步电机在d-q轴坐标系下的电磁力矩方程为：
[0142][0143]
式中：k
τ
为转矩系数；
[0144][0145]
式中：p为极对数；
[0146]
d-q轴坐标系下永磁同步电机的运动方程为：
[0147][0148]
通过以上存储设备400存储的指令集执行，其中位置环与速度环能够使主电机达
到给定位置与转速。而从电机采用转矩控制模式，包含电流环，且其电流环的给定量为主电机速度环的输出量，由于转矩与电流成正比从而保证从电机输出转矩与主电机的输出转矩保持大小一致，即可实现转矩均衡控制，确保编织机不出现由于各电机输出转矩相差过大而导致编织机出现卡顿甚至启动阶段加速度过大而导致机器卡死现象。主从电机两种控制模式相结合，从而使各电机输出转矩大小一致，并且能够达到给定的位置与转速。
[0149]
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。