多道次金属加工系统的传动速度自适应调节方法及系统与流程
本发明涉及一种多道次金属加工系统的传动速度自适应调节方法及系统，属于多道次金属拉拔轧制技术加工系统自适应速度控制技术领域。
背景技术：
在金属丝绳及板材类加工领域，通常采用拉丝机、轧机等专业加工设备对丝状、棒状和板状等金属材料进行拉拔及轧制。在专业加工设备的控制设计过程中，均遵循“金属运动秒流量相等”的原则。例如对于金属丝的拉拔加工，在金属丝由大直径被拉拔至小直径的过程中，从前、后道拉轧出的金属物质在单位时间内的体积相同。但是，由于金属丝在拉拔的过程中其直径由大变小，即金属丝截面积变小，则后道驱动的速度与前道驱动的速度的比值需为前、后道金属丝直径比例的平方乘积，才能进行准确控制。
图1给出了金属丝加工过程中八个道次间电机速度的控制过程，在该控制过程中，以金属丝进入加工模具前绕过的摆臂位置作为PID控制的给定源，以摆臂上连有的张力传感器所测得的金属丝的张力作为PID控制的反馈源，对系统各道次电机的速度进行调节控制。在加工系统正常运行过程中，当以最后一道次电机的当前速度作为整个控制系统的速度基准值，按照“金属运动秒流量相等”的原则向前递推，依次确定前面七个道次中电机的控制速度。其中，当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，其他各个道次电机的速度控制方法为：
Vi′＝Vi+1/ρi″+PIDOi
其中，Vi′为第i道次电机的实时速度，Vi+1为第i+1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量。
在上述控制过程中，各个道次的电机根据相邻道次电机的速度以及PID控制的输出量进行实施调整，最终达到系统平衡。当任意一道次的参数波动使得本道次电机速度发生变化时，其前面各道次电机的速度均需要进行相应调整，以保证整个系统的正常运行。但是，由于系统需要实时更新PID参数调节参与量，PID参数调节的参与量较大，各道次电机速度调节频繁，系统的稳定性和快速响应能力较差。
因此，如何在避免由于参数波动而影响到系统运行状态的同时，减小PID参数调节的参与量，降低各道次电机速度的调节频率，提高系统的运行稳定性和响应能力，成为金属丝及板材类加工设备的控制设计过程中的主要研究问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多道次金属加工系统的传动速度自适应调节方法及系统，用于解决金属丝及板材类加工设备的常规控制设计过程中，由于PID参数调节的参与量较大，而导致系统稳定性较差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多道次金属加工系统的传动速度自适应调节方法，包括以下方案：
方法方案一：包括以下步骤
步骤1，根据除最前一道次或最后一道次外的其他任意一道次电机PID控制的当前输入量求出本道次电机相应的PID控制的当前输出量，当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，除去最前一道次电机，当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，除去最后一道次电机；
步骤2，判断本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动是否稳定在各自设定范围内且稳定时间均超过设定时间；
步骤3，若满足步骤2的条件，当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，获取本道次电机的当前速度及其前一道次电机的当前速度，计算出本道次电机的当前速度系数；当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，获取本道次电机当前速度及其后一道次电机的当前速度，计算出本道次电机的当前速度系数；
步骤4，用本道次电机的当前速度系数更新系统内存储的本道次系统速度系数，当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，根据本道次电机PID控制的当前输出量、前一道次电机的当前速度以及本道次电机的系统速度系数计算本道次电机的实时速度，当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，根据本道次电机PID控制的当前输出量、后一道次电机的当前速度以及本道次电机的系统速度系数计算本道次电机的实时速度。
方法方案二：在方法方案一的基础上，本道次电机PID控制的当前输出量波动的设定范围为±25％，本道次电机PID控制的当前输入量波动的设定范围为25％～75％，本道次电机PID控制的当前输入量波动和当前输出量波动稳定的设定时间为2秒。
方法方案三、四：在方法方案一或二的基础上，步骤3中当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，除最前一道次外的其他各个道次电机的当前速度系数的计算公式为：
ρi′＝Vi-1/Vi
其中，ρi′为第i道次电机的当前速度系数，Vi-1为第i-1道次电机的当前速度，Vi为第i道次电机的当前速度；
当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，除最后一道次外的其他各个道次电机的当前速度系数的计算公式为：
ρi′＝Vi+1/Vi
其中，ρi′为第i道次电机的当前速度系数，Vi+1为第i+1道次电机的当前速度，Vi为第i道次电机的当前速度。
方法方案五、六：在方法方案一或二的基础上，步骤4中当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，除最前一道次外的其他各个道次电机的速度控制方法为：
Vi′＝Vi-1/ρi″+PIDOi
其中，Vi′为第i道次电机的实时速度，Vi-1为第i-1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量；
当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，除最后一道次外的其他各个道次电机的速度控制方法为：
Vi′＝Vi+1/ρi″+PIDOi
其中，Vi′为第i道次电机的实时速度，Vi+1为第i+1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量。
方法方案七、八：在方法方案一或二的基础上，当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，最前一道次电机的初始速度为设定值，其他任意一道次电机的初始速度为其前一道次电机的初始速度与本道次电机的初始速度系数的比值；当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，最后一道次电机的初始速度为设定值，其他任意一道次电机的初始速度为其后一道次电机的初始速度与本道次电机的初始速度系数的比值；其中本道次电机的初始速度系数根据金属运动秒流量相等的原则确定。
本发明还提供了一种多道次金属加工系统的传动速度自适应调节系统，包括以下方案：
系统方案一：该系统包括至少三个金属加工道次，当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，除最前一道次外的其他各个道次电机的速度控制方法为：
Vi′＝Vi-1/ρi″+PIDOi
其中，Vi′为第i道次电机的实时速度，Vi-1为第i-1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量；
当以最后一道次电机的速度作为基准值时，除最后一道次外的其他各个道次电机的速度控制方法为：
Vi′＝Vi+1/ρi″+PIDOi
其中，Vi′为第i道次电机的实时速度，Vi+1为第i+1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量；
除最前一道次或最后一道次外的任意一道次实时判断本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动是否稳定在各自设定范围内且稳定时间均超过设定时间；若本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动稳定在各自设定范围内且稳定时间均超过设定时间，当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，获取本道次电机的当前速度及其前一道次电机的当前速度，计算出本道次电机的当前速度系数；当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，获取本道次电机的当前速度及其后一道次电机的当前速度，计算出本道次电机的当前速度系数；用本道次电机的当前速度系数更新系统内存储的本道次系统速度系数。
系统方案二：在系统方案一的基础上，本道次电机PID控制的当前输出量波动的设定范围为±25％，本道次电机PID控制的当前输入量波动的设定范围为25％～75％，本道次电机PID控制的当前输入量波动和当前输出量波动稳定的设定时间为2秒。
系统方案三、四：在系统方案一或二的基础上，当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，除最前一道次外的其他各个道次电机的当前速度系数的计算公式为：
ρi′＝Vi-1/Vi
其中，ρi′为第i道次电机的当前速度系数，Vi-1为第i-1道次电机的当前速度，Vi为第i道次电机的当前速度；
当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，除最后一道次外的其他各个道次电机的当前速度系数的计算公式为：
ρi′＝Vi+1/Vi
其中，ρi′为第i道次电机的当前速度系数，Vi+1为第i+1道次电机的当前速度，Vi为第i道次电机的当前速度。
系统方案五、六：在系统方案一或二的基础上，当以最前一道次电机的当前速度作为基准值时，最前一道次电机的初始速度为设定值，其他任意一道次电机的初始速度为其前一道次电机的初始速度与本道次电机的初始速度系数的比值；当以最后一道次电机的当前速度作为基准值时，最后一道次电机的初始速度为设定值，其他任意一道次电机的初始速度为其后一道次电机的初始速度与本道次电机的初始速度系数的比值；其中本道次电机的初始速度系数根据金属运动秒流量相等的原则确定。
本发明的有益效果是：
根据判断除最后一道次或最前一道次电机外的其他任一道次电机的PID控制的当前输入量和当前输出量的波动是否满足设定条件，仅在满足设定条件的情况下，电机的系统速度系数才进行更新，然后以更新后的电机系统速度系数和PID控制的当前输出量来实现电机的速度调整控制，由于减少了PID控制输出量对电机速度的影响，电机在每次进行过速度调整以后会进入一个短周期的稳态运行状态，相应提高了整个系统的稳定性和响应能力。
附图说明
图1是现有技术中八个道次间电机速度的控制结构框图；
图2是八个道次间电机速度PID运算的功能模块；
图3是八个道次间电机速度的控制结构框图1；
图4是八个道次间电机速度的控制结构框图2。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
在金属丝加工过程中，金属丝通过每道卷筒的拉拔后先绕过一个连接有张力传感器的摆臂，再进入拉丝模具，经过拉丝模具的加工后进入下一道卷筒。金属丝每次通过拉丝模具后，都有一次减径过程，此过程遵循“金属运动秒流量相等”原则。下面以八个道次间带动各卷筒转动的对应电机速度的控制过程为例，对传动速度自适应调节方法进行详细介绍。
多道次金属加工系统的传动速度自适应调节方法实施例1：
在初始条件下，根据各个道次拉丝模具的进出口直径的平方比，计算每个道次电机的初始速度系数例如：若某道次拉丝模具的进口直径为2.8mm，出口直径为2.6mm，则本道次电机的初始速度系数
以第八个道次电机的初始速度作为整个控制系统的初始速度基准值，通过计算前面第i(1≤i≤7)个道次电机的初始速度系数依次计算出各个道次中电机的初始速度具体的，除最后一道次外的第i(1≤i≤7)道次中电机初始速度的计算方法为：
其中，为第i+1道次电机的初始速度，为第i道次电机的初始速度，为第i道次电机的初始速度系数。
在金属丝正常加工过程中，以金属丝进入拉丝模具前绕过的摆臂的位置作为PID控制的给定源，以摆臂上连有的张力传感器所测得的金属丝的张力作为PID控制的反馈源，对系统各道次电机的速度进行调节。图2给出了八个道次间电机PID运算的功能模块FB51，其中DB1.DBW0-DBW14为PID控制的输入值，即对应各个张力传感器所测得的金属丝的张力，DB1.DBW16-DBW30为PID控制的输出值。当以最后一道次电机的当前速度作为基准值，即以第八个道次电机的当前速度V8作为整个控制系统的速度基准值时，其他各个道次中电机速度的控制框图如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤1，根据除最后一道次外的其他任意一道次电机PID控制的当前输入量求出本道次电机相应的PID控制的当前输出量。
步骤2，判断本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动是否稳定在各自设定范围内且稳定时间均超过设定时间。
在本实施例中，本道次电机PID控制的当前输出量波动的设定范围为±25％，即本道次电机PID控制的当前输出量和本道次设定的电机PID控制的输出量的差值与本道次设定的电机PID控制的输出量的比值在-25％～25％范围内；设定当金属丝进入拉丝模具前绕过的摆臂位于摆动幅度的中间位置时PID输入量波动为50％，则本道次电机PID控制的当前输入量波动的设定范围为25％～75％，即若以该摆臂位于摆动幅度的中间位置时的PID输入量波动为基准值，则PID输入量上下波动的范围为-25％～25％；本道次电机PID控制的当前输入量波动和当前输出量波动稳定的设定时间为2秒，即本道次电机PID控制的输入量和输出量的波动在各自设定的范围内维持时间至少为2秒。
当然，在不同的加工生产线中，也可以根据需要对各道次电机PID控制的输出量和输出量的波动范围以及两波动维持的时间进行适当调整。
步骤3，若满足步骤2的条件，获取本道次电机当前速度及其后一道次电机的当前速度，计算出本道次电机的当前速度系数。
其中，本道次电机的当前速度系数为本道次后一道次的电机当前速度与本道次的电机当前速度的比值。具体的，除最后一道次外的第i(1≤i≤7)道次电机的当前速度系数ρi′的计算公式为：
ρi′＝Vi+1/Vi
其中，Vi为第i道次电机的当前速度，Vi+1第i+1道次电机的当前速度。
步骤4，用本道次电机的当前速度系数更新系统内存储的本道次系统速度系数，根据本道次电机PID控制的当前输出量、后一道次电机的当前速度以及本道次电机的系统速度系数计算本道次电机的实时速度。
具体的，除最后一道次外的第i(1≤i≤7)道次电机的实时速度Vi′的计算公式为：
Vi′＝Vi+1/ρi″+PIDOi
其中，Vi+1为第i+1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量。
另外，上述控制过程不仅可以运用于金属丝的加工控制过程，同样也适用于金属板的轧制控制过程。
多道次金属加工系统的传动速度自适应调节方法实施例2：
在初始条件下，每个道次电机的初始速度系数的计算方法参见调节方法实施例1，此处不再赘述。
以第一个道次电机的初始速度作为整个控制系统的初始速度基准值，通过计算后面第i(2≤i≤8)个道次电机的初始速度系数依次计算出各个道次中电机的初始速度具体的，除最前一道次外的第i(2≤i≤8)道次中电机初始速度的计算方法为：
其中，为第i-1道次电机的初始速度，为第i道次电机的初始速度，为第i道次电机的初始速度系数。
在金属丝正常加工过程中，以金属丝进入拉丝模具前绕过的摆臂的位置作为PID控制的给定源，以摆臂上连有的张力传感器所测得的金属丝的张力作为PID控制的反馈源，对系统各道次电机的速度进行调节。当以第一道次电机的当前速度V1作为整个控制系统的速度基准值，其他各个道次中电机速度的控制框图如图4所示，具体包括以下步骤：
步骤1，根据除最前一道次外的其他任意一道次电机PID控制的当前输入量求出本道次电机相应的PID控制的当前输出量。
步骤2，判断本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动是否稳定在各自设定范围内且稳定时间均超过设定时间。
在本实施例中，本道次电机PID控制的当前输出量波动的设定范围为±25％，即本道次电机PID控制的当前输出量和本道次设定的电机PID控制的输出量的差值与本道次设定的电机PID控制的输出量的比值在-25％～25％范围内；设定当金属丝进入拉丝模具前绕过的摆臂位于摆动幅度的中间位置时PID输入量波动为50％，则本道次电机PID控制的当前输入量波动的设定范围为25％～75％，即若以该摆臂位于摆动幅度的中间位置时的PID输入量波动为基准值，则PID输入量上下波动的范围为-25％～25％；本道次电机PID控制的当前输入量波动和当前输出量波动稳定的设定时间为2秒，即本道次电机PID控制的输入量和输出量的波动在各自设定的范围内维持时间至少为2秒。
当然，在不同的加工生产线中，也可以根据需要对各道次电机PID控制的输出量和输出量的波动范围以及两波动维持的时间进行适当调整。
步骤3，若满足步骤2的条件，获取本道次电机当前速度及其前一道次电机的当前速度，计算出本道次电机的当前速度系数。
其中，本道次电机的当前速度系数为本道次前一道次的电机当前速度与本道次电机的当前速度的比值。具体的，除最前一道次外的第i(2≤i≤8)道次电机的当前速度系数ρi′的计算公式为：
ρi′＝Vi-1/Vi
其中，Vi为第i道次电机的当前速度，Vi-1为第i-1道次电机的当前速度。
步骤4，用本道次电机的当前速度系数更新系统内存储的本道次系统速度系数，根据本道次电机PID控制的当前输出量、前一道次电机的当前速度以及本道次电机的系统速度系数计算本道次电机的实时速度。
具体的，除最前一道次外的第i(2≤i≤8)道次电机的实时速度Vi′的计算公式为：
Vi′＝Vi-1/ρi″+PIDOi
其中，Vi-1为第i-1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量。
另外，上述控制过程不仅可以运用于金属丝的加工控制过程，同样也适用于金属板的轧制控制过程。
多道次金属加工系统的传动速度自适应调节系统实施例1：
该系统包括八个金属加工道次，以第八道次电机的速度作为基准值时，除最后一道次外的第i(1≤i≤7)道次电机的实时速度Vi′的计算公式为：
Vi′＝Vi+1/ρi″+PIDOi
其中，Vi+1为第i+1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量。
在各个道次电机更新自身系统速度系数和速度之前，首先判断本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动是否稳定在各自设定范围内且稳定时间均超过设定时间。若本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动范围以及两波动在设定的范围内维持的时间满足条件，则获取本道次电机当前速度及其后一道次电机的当前速度，计算出本道次电机的当前速度系数，并用本道次电机的当前速度系数更新系统内存储的本道次系统速度系数，并相应更新本道次电机的速度；若不满足上述条件，则系统内存储的本道次系统速度系数不进行更新，本道次电机按照现有速度运转。
其中，本道次电机的当前速度系数为本道次后一道次的电机当前速度与本道次的电机当前速度的比值。具体的，除最后一道次外的第i(1≤i≤7)道次电机的当前速度系数ρi′的计算公式为：
ρi′＝Vi+1/Vi
其中，Vi为第i道次电机的当前速度，Vi+1第i+1道次电机的当前速度。
在本实施例中，本道次电机PID控制的当前输出量波动的设定范围为±25％，即本道次电机PID控制的当前输出量和本道次设定的电机PID控制的输出量的差值与本道次设定的电机PID控制的输出量的比值在-25％～25％范围内；设定当金属丝进入拉丝模具前绕过的摆臂位于摆动幅度的中间位置时PID输入量波动为50％，则本道次电机PID控制的当前输入量波动的设定范围为25％～75％，即若以该摆臂位于摆动幅度的中间位置时的PID输入量波动为基准值，则PID输入量上下波动的比例范围为-25％～25％；本道次电机PID控制的当前输入量波动和当前输出量波动稳定的设定时间为2秒，即本道次电机PID控制的输入量和输出量的波动在各自设定的范围内维持时间至少为2秒。
另外，在初始条件下，根据各个道次拉丝模具的进出口直径的平方比，计算每个道次电机的初始速度系数例如：若某道次拉丝模具的进口直径为2.8mm，出口直径为2.6mm，则本道次电机的初始速度系数
以第八个道次电机的初始速度作为整个控制系统的初始速度基准值，通过计算前面第i(1≤i≤7)个道次电机的初始速度系数依次计算出各个道次中电机的初始速度具体的，除最后一道次外的第i(1≤i≤7)道次中电机初始速度的计算方法为：
其中，为第i+1道次电机的初始速度，为第i道次电机的初始速度，为第i道次电机的初始速度系数。
上述多道次金属加工系统的传动速度自适应调节系统不仅可以进行金属丝的加工控制过程，同样也适用于金属板的轧制控制过程。
多道次金属加工系统的传动速度自适应调节系统实施例2：
该系统包括八个金属加工道次，以第一道次电机的速度作为基准值时，除第一道次外的第i(2≤i≤8)道次电机的实时速度Vi′的计算公式为：
Vi′＝Vi-1/ρi″+PIDOi
其中，Vi-1为第i-1道次电机的当前速度，ρi″为第i道次电机的系统速度系数，即第i-1道次电机的当前速度与第i道次电机当前速度的比值，PIDOi为第i道次电机的PID控制的当前输出量。
在各个道次电机更新自身系统速度系数和速度之前，首先判断本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动是否稳定在各自设定范围内且稳定时间均超过设定时间。若本道次电机PID控制的当前输出量波动和输入量波动范围以及两波动在设定的范围内维持的时间满足条件，则获取本道次电机当前速度及其前一道次电机的当前速度，计算出本道次电机的当前速度系数，并用本道次电机的当前速度系数更新系统内存储的本道次系统速度系数，并相应更新本道次电机的速度；若不满足上述条件，则系统内存储的本道次系统速度系数不进行更新，本道次电机按照现有速度运转。
具体的，除最前一道次外的第i(2≤i≤8)道次电机的当前速度系数ρi′的计算公式为：
ρi′＝Vi-1/Vi
其中，Vi为第i道次电机的当前速度，Vi-1为第i-1道次电机的当前速度。
在本实施例中，本道次电机PID控制的当前输出量波动的设定范围为±25％，即本道次电机PID控制的当前输出量和本道次设定的电机PID控制的输出量的差值与本道次设定的电机PID控制的输出量的比值在-25％～25％范围内；设定当金属丝进入拉丝模具前绕过的摆臂位于摆动幅度的中间位置时PID输入量波动为50％，则本道次电机PID控制的当前输入量波动的设定范围为25％～75％，即若以该摆臂位于摆动幅度的中间位置时的PID输入量波动为基准值，则PID输入量上下波动的比例范围为-25％～25％；本道次电机PID控制的当前输入量波动稳定的设定时间为2秒，即本道次电机PID控制的输入量和输出量的波动在各自设定的范围内维持时间至少为2秒。
另外，在初始条件下，根据各个道次拉丝模具的进出口直径的平方比，计算每个道次电机的初始速度系数例如：若某道次拉丝模具的进口直径为2.8MM，出口直径为2.6MM，则本道次电机的初始速度系数
以第一个道次电机的初始速度作为整个控制系统的速度基准值，通过计算后面第i(2≤i≤8)个道次电机的初始速度系数依次计算出各个道次中电机的初始速度具体的，除最前一道次外的第i(2≤i≤8)道次中电机初始速度的计算方法为：
其中，为第i-1道次电机的初始速度，为第i道次电机的初始速度，ρi为第i道次电机的初始速度系数。
上述多道次金属加工系统的传动速度自适应调节系统不仅可以进行金属丝的加工控制过程，同样也适用于金属板的轧制控制过程。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！