拧紧系统的控制方法技术方案

本公开公开了拧紧系统的控制方法，拧紧系统包括用于控制拧紧力和/或拧紧角度的伺服电机，控制方法包括：步骤I：基于伺服电机的采集参数求取PID控制参数，采集参数包括伺服电机的电流参数；步骤II：设置拧紧系统的目标调节量X，并且逐级生成拧紧系统的各级预定调节量X

【技术实现步骤摘要】
拧紧系统的控制方法


[0001]本专利技术涉及智能制造的控制领域，尤其涉及一种拧紧系统的控制方法。

技术介绍

[0002]在现代机械装配制造领域，由于绝大多数螺纹连接在装配时都必须拧紧，这也使得拧紧成为制造业中必不可少的一个环节，是组合各个零部件的主要方式，对产品与整个制造过程都产生着重大的影响。拧紧过程中扭矩过大可能造成螺栓发生形变而损坏，扭矩过小又可能出现“欠拧紧”而导致螺栓松动脱落。为了精确控制拧紧扭矩与拧紧角度，现有拧紧的系统中都是采用闭环系统，也就是在拧紧过程中实时采集拧紧扭矩与拧紧角度，然后根据采集值与目标值的差异来决定下一步的动作。即便这样，参见图1所示的现有技术的螺栓拧紧过程中的拧紧扭矩/拧紧角度的分布图，在拧紧过程中拧紧扭矩/拧紧角度X也可能在大于目标扭矩/角度X
J
的情况，这即为现有技术中时常出现的“超调”想象。拧紧过程中过大的稳态误差与超调量都会影响到拧紧的品质。具体而言，一旦出现超调，目标系统的机械状态、配合精度等都会受到不可逆转的影响。

技术实现思路

[0003]本公开提供了一种拧紧系统的控制方法，其可以精确拧紧螺栓，其不出现超调的问题。
[0004]根据本公开，其提供了一种拧紧系统的控制方法，所述拧紧系统包括用于控制拧紧力和/或拧紧角度的伺服电机，所述控制方法包括：
[0005]步骤I：基于伺服电机的采集参数求取PID控制参数，所述采集参数包括所述伺服电机的电流参数；
[0006]步骤II：设置所述拧紧系统的目标调节量X，并且逐级生成所述拧紧系统的各级预定调节量X
i
以及对应级的超调系数σ
i
％，其中，i＝1、2
…
N，X
i
逐级递增，N大于等于2，末级的超调系数σ
N
％基于以下公式生成：
[0007]X
N
+σ
N
％*X
N
＝X；
[0008]步骤III：基于各级的PID控制参数、预定调节量X
i
以及对应级的超调系数σ
j
％对所述伺服电机进行闭环控制，直至目标螺栓的状态被调整至满足所述目标调节量X。
[0009]根据本公开的一种优选实施方式，所述步骤I包括：
[0010]分别建立伺服电机的直轴电压方程、交轴电压方程:
[0011][0012][0013]其中，U
d
表示直轴电压；U
q
表示交轴电压；I
q
表示交轴电流、I
d
表示直轴电流；R表示定子绕组电阻；L
q
表示交轴电感；L
d
表示直轴电感；ω
e
表示电角速度；Flux表示转子磁通；
[0014]分别建立伺服电机的机械方程、电磁转矩方程：
[0015][0016][0017]其中，T
e
表示电磁转矩；T
m
表示机械转矩；J
m
表示转动惯量；ω
m
表示机械角速度；P表示极对数；
[0018]基于所述直轴电压方程、交轴电压方程、机械方程建立伺服电机仿真模型；
[0019]基于所述伺服电机仿真模型建立自整定模型；
[0020]基于所述自整定模型获得所述PID控制参数。
[0021]根据本公开的一种优选实施方式，所述步骤III包括：
[0022]基于以下公式进行Clark变换，
[0023][0024]其中，I
α
表示经过Clark变换后静止坐标系下的α轴电流；I
β
表示表示经过Clark变换后静止坐标系下的β轴电流；I
a
、I
b
、I
c
分别表示伺服电机A、B、C相经过归一化的的瞬时相电流；
[0025]基于以下公式进行Park变换：
[0026][0027]其中，I
d
、I
q
分别是经过Park变换后两相旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流，θ是转子旋转电角度；
[0028]将I
d
、I
q
分别输入Q轴电流环比较器、D轴电流环比较器以生成两相旋转坐标系下的d轴电压U
d
、q轴电压U
q
；
[0029]基于以下公式进行反Park变换：
[0030][0031]其中，U
α
、U
β
为两相静止坐标系下的α轴电压、β轴电压；θ
e
是转子旋转电角度，
[0032]基于所述U
α
、U
β
以及PWM周期求取用于控制生成三相电流的上桥臂开关及下桥臂开关的导通时长；
[0033]计算PWM中断周期内的扇区号和驱动电机的桥臂的导通时长，并设置ePWM参数。
[0034]根据本公开的一种优选实施方式，所述中断周期内的扇区号通过以下步骤计算：
[0035]求取temp1、temp2、temp3：
[0036]temp1＝U
β
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0037]temp2＝U
β
/2+0.866*U
α
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0038]temp3＝
‑
U
β
/2+0.866*U
α
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0039]根据所述tmp1、tmp2、tmp3，基于下表求取扇区号：
[0040][0041][0042]根据本公开的一种优选实施方式，在所述中断周期内，各个桥臂的导通时长通过以下步骤计算：
[0043]根据所述扇区号及(U
α
,U
β
)计算Ta、Tb、Tc：
[0044]其中，当扇区号为1或4时：
[0045][0046][0047][0048]当扇区号为2或5时：
[0049][0050]Tb＝(1+U
β
)*T/2，
[0051]Tc＝(1
‑
U
β
)*T/2；
[0052]当扇区号为3或6时：
[0053][0054][0055][0056]其中，Ta、Tb、Tc分别表示A、B、C三组桥臂上开关在一个PWM周期T内的通断时间。
[0057]根据本公开的一种优选实施方式，所述采集参数包括所述伺服电机的电角度，所述步骤III还包括：
[0058]根据所述电角度求解所述伺服电机的当前电角速度；
[0059]将当前级的预定调节量及所述当前角速度输入Q轴电流环比较器以得到电流环的参考值Iqr。
[0060]根据本公开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.拧紧系统的控制方法，所述拧紧系统包括用于控制拧紧力和/或拧紧角度的伺服电机，所述控制方法包括：步骤I：基于伺服电机的采集参数求取PID控制参数，所述采集参数包括所述伺服电机的电流参数；步骤II：设置所述拧紧系统的目标调节量X，并且逐级生成所述拧紧系统的各级预定调节量X
i
以及对应级的超调系数σ
i
％，其中，i＝1、2
…
N，X
i
逐级递增，N大于等于2，末级的超调系数σ
N
％基于以下公式生成：X
N
+σ
N
％*X
N
＝X；步骤III：基于各级的PID控制参数、预定调节量X
i
以及对应级的超调系数σ
j
％对所述伺服电机进行闭环控制，直至目标螺栓的状态被调整至满足所述目标调节量X。2.根据权利要求1所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述步骤I包括：分别建立伺服电机的直轴电压方程、交轴电压方程:分别建立伺服电机的直轴电压方程、交轴电压方程:其中，U
d
表示直轴电压；U
q
表示交轴电压；I
q
表示交轴电流、I
d
表示直轴电流；R表示定子绕组电阻；L
q
表示交轴电感；L
d
表示直轴电感；ω
e
表示电角速度；Flux表示转子磁通；分别建立伺服电机的机械方程、电磁转矩方程：分别建立伺服电机的机械方程、电磁转矩方程：其中，T
e
表示电磁转矩；T
m
表示机械转矩；J
m
表示转动惯量；ω
m
表示机械角速度；P表示极对数；基于所述直轴电压方程、交轴电压方程、机械方程建立伺服电机仿真模型；基于所述伺服电机仿真模型建立自整定模型；基于所述自整定模型获得所述PID控制参数。3.根据权利要求2所述的拧紧系统的控制方法，其中，所述步骤III包括：基于以下公式进行Clark变换，其中，I
α
表示经过Clark变换后静止坐标系下的α轴电流；I
β
表示表示经过Clark变换后静止坐标系下的β轴电流；I
a
、I
b
、I
c
分别表示伺服电机A、B、C相的归一化瞬时相电流；基于以下公式进行Park变换：其中，I
d
、I
q
分别是经过Park变换后两相旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流，θ是转子旋
转电角度；将I
d
、I
q
分别输入Q轴电流环比较器、D轴电流环比较器以生成两相旋转坐标系下的d轴电压U
d
、q轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢诗义，
申请(专利权)人：上海天沐自动化仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：