一种玻璃横切机的控制算法的制作方法

1.本发明涉及平板玻璃生产线玻璃横切机技术，尤其是一种玻璃横切机的控制算法。

背景技术：

2.横切机是玻璃生产线冷端的关键装备，其作用是将从退火窑内出来的玻璃带定长切割成玻璃片。控制算法是该装备的技术核心，它是玻璃产品最重要的指标之一切割精度的有效保证。从横切机的实际切割效果，能显示算法的优劣。
3.在切割过程中，切刀速度的横向分量需准确、快速地跟踪波动的玻璃带速度，以保证切痕平整度、直线度等技术要求。现有的算法中，在切割时速度跟踪无法做到动态响应足够快，只能放弃调节，以固定速度切割，因此在退火速度波动较大的时候，不能保证切痕的直线度和对角线精度。

技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种玻璃横切机的控制算法，它具有能快速动态的跟踪响应退火速度的波动，动态调节切刀速度，提高切痕的直线度，从而提高保证玻璃的切割精度和对角线精度等特点。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种玻璃横切机的控制算法，包括硬件设施：横切机刀架、切刀、驱动切刀带编码器的伺服电机以及伺服驱动器、玻璃带检测编码器、可编程逻辑控制器(plc)，其特征是：
6.每次切割动作，其切刀速度vs的横向分量v
sx
从启动至达到玻璃带速度vg的过渡过程时间t1要满足下式：
[0007]vg
t1＝c(常数)(1)
[0008]
每次切割过程中，切刀速度vs的横向分量v
sx
与波动的玻璃带速度vg保持一致：
[0009]vsx
＝vssinα＝vg(2)
[0010]
式中α为横切机摆角。
[0011]
其离散算式控制算法为：
[0012][0013]
其中：
[0014]
k为采样时刻序列号；
[0015]
u(k)为外环控制器输出给伺服驱动器的绝对控制量；
[0016]
e(k)为第k时刻vg与v
sx
的偏差值；
[0017]
e(k-1)为第k-1时刻vg与v
sx
的偏差值；
[0018]km
为|e(k)|≤ε1的时刻，此时可近似认为e(k)＝0，ε1为偏差的阈值；
[0019]km+1
为|e(k)-e(k-1)|≤ε2的时刻，此时可近似认为e(k)-e(k-1)＝0,ε2为偏差变化的阈值；
[0020]eo
(k
m+1
)为k
m+1
时刻的积分输出值；
[0021]kp
为比例系数。
[0022]
由离散算式经递推可得应用于编程的控制量u(k)的增量算式为：
[0023][0024]
其中，
[0025]ki
＝k
p
t/ti，为积分系数。
[0026]
kd＝k
p
td/t，为微分系数。
[0027]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，所述过渡过程中，控制系统的输
入给定是一个斜坡函数。
[0028]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，所述过渡过程中对vg进行跟踪，实时修正给定斜坡函数的斜率。
[0029]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，控制算法由可编程逻辑控制器plc来实现，或通过工业控制计算机ipc来实现。
[0030]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，在玻璃带上设有测量轮，所述测量轮随玻璃带滚动，玻璃带检测编码器设置在测量轮上，与测量轮同轴转动。
[0031]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，所述玻璃带检测编码器发出连续的同宽脉冲信号输入到plc系统，plc根据脉冲信号计算出切割长度和玻璃带速度vg；同时伺服电机编码器也发出连续的同宽脉冲信号输入到plc，plc根据脉冲信号计算出切刀速度。
[0032]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，先计算出vg与v
sx
的偏差e，再计算偏差e的比例(p)、积分(i)、微分(d)，然后通过组合形成速度给定增量δu输出，由伺服驱动器调整切刀电机转速。
[0033]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，当系统出现偏差，即绝对偏差|e|＞0、且朝着偏差继续增大的方向发展时，积分(i)、微分(d)同时起作用。
[0034]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，当偏差e开始往减小方向发展时后，积分(i)值不再累加，但积分输出值持续保持，并取消微分(d)作用。
[0035]
前述的一种玻璃横切机的控制算法中，作为优选，当偏差e接近0或等于0时，积分(i)值清零，微分(d)重新投入。
[0036]
本技术方案，以pid为切割控制算法基础模型。由于定长计数技术比较成熟，切刀的启动时刻即何时启动是可以保证精确的，因此保证切割精度的关键主要在于两点：一是从切刀启动到达到玻璃带速度的过程需要稳定、准确，且重复精度要高，即每次切割完成这个过渡过程的时间为一常数。为防止机械冲击，过渡过程的时间并不需要太快，在过渡过程中控制系统的输入给定设定为斜坡函数，而不是阶跃函数。由于玻璃带的运行速度一般存在一定范围的干扰波动，因此，在过渡过程中需要对进行跟踪，实时修正给定斜坡函数的斜率。二是在切割过程中切刀速度的横向分量需准确、快速地跟踪波动的玻璃带速度，并与之保持一致，以保证切痕的垂直度和玻璃片的对角线精度。
[0037]
本方案中过渡过程和切割过程的控制原理和系统结构相同，而以参数设置为变量。切割控制算法由可编程逻辑控制器plc或通过工业控制计算机ipc来实现。由测量轮上的编码器发出连续同宽脉冲信号送入plc系统，plc根据脉冲信号计算出切割长度和玻璃带速度。切刀的传动机构采用伺服系统，伺服编码器发出连续的同宽脉冲信号输入到伺服控制器，由伺服控制器复制一路相同脉冲信号输出到plc，plc据此计算出切刀速度的横向分量。
[0038]
在本切割控制算法中，其中积分环节，若按常规算法，在偏差存在时一直会起作用，当其相位滞后π/2不可避免，体现在当玻璃带速度干扰波动较大时，系统响应不够快速，超调较大，切痕往往呈现大波浪型，直线度和对角线精度受到严重影响，因此，需要重点对积分算法进行改进，同时对微分环节的起作用时间也需要做一定的调整或限制。本方案的措施是，当系统出现偏差，绝对偏差大于零，且趋势继续增大，积分和微分同时起作用，以快
速抑制偏差继续增大。当偏差开始往减小方向发展时后，积分值不再累加，积分输出值继续保持，取消微分作用，以防止回调过陡。当偏差接近0或等于0时，积分值清零，微分重新投入，以检测偏差变化的趋势，产生超前控制。
[0039]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对偏差的比例、积分、微分算法的改进及起作用时段的动态调整或限制，起到减少相位滞后、快速抑制、防止回调过陡、超前控制等作用，保证了玻璃横切机运行平稳、可靠，及时跟踪响应玻璃带速度波动，准确调整切刀速度，动态响应快，无超调现象，切痕直线度佳，算法精简合理，通过编程就易实现控制。
附图说明
[0040]
图1是本发明的一种浮法玻璃横切机结构布置示意图。
[0041]
图2本发明的一种玻璃横切机控制系统框图。
[0042]
图中：1.横切机刀架，2.伺服电机，3.切刀，4.玻璃带测量编码器，5.输送辊道，6.玻璃带。
具体实施方式
[0043]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0044]
本实施例一种玻璃横切机的控制算法，如图1所示，包括硬件设施：位于输送辊道5上主的横切机刀架1，定位在横切机刀架1中的切刀驱动伺服电机2和切刀3，以及检测玻璃带6的玻璃带测量编码器4等。
[0045]
每次切割动作，其切刀速度vs的横向分量v
sx
从启动至达到玻璃带速度vg的过渡过程时间t1满足下式(1)：
[0046]vg
t1＝c(常数)(1)
[0047]
每次切割过程中，切刀速度vs的横向分量v
sx
与波动的玻璃带速度vg保持一致，即满足式(2)：
[0048]vsx
＝vssinα＝vg(2)
[0049]
式中α为横切机摆角；
[0050]
其离散算式控制算法为：
[0051][0052]
其中：
[0053]
k为采样时刻序列号；
[0054]
u(k)为外环控制器输出给伺服驱动器的绝对控制量；
[0055]
e(k)为第k时刻vg与v
sx
的偏差值；
[0056]
e(k-1)为第k-1时刻vg与v
sx
的偏差值；
[0057]km
为|e(k)|≤ε1的时刻，此时可近似认为e(k)＝0，ε1为偏差的阈值；
[0058]km+1
为|e(k)-e(k-1)|≤ε2的时刻，此时可近似认为e(k)-e(k-1)＝0,ε2为偏差变化的阈值；
[0059]eo
(k
m+1
)为k
m+1
时刻的积分输出值；
[0060]kp
为比例系数。
[0061]
该算法中，在过渡过程中，控制系统的输入给定是一个斜坡函数；由于玻璃带6的运行速度vg一般存在一定范围的干扰波动，因此过渡过程中对vg进行跟踪，实时修正给定斜坡函数的斜率，即满足式上式(2)。本实施例采用玻璃带测量编码器4获取玻璃带6速度，采用伺服电机2驱动切刀运动，采用伺服电机编码器获取切刀3实际速度。控制算法由可编程逻辑控制器plc，也可以通过工业控制计算机ipc来接受两个编码器的脉冲信号，并通过编程实现切割控制算法。
[0062]
具体地，在玻璃带6上设有测量轮，测量轮随玻璃带6前进方向滚动，玻璃带测量编码器4设置在测量轮上，与测量论同轴转动。玻璃带测量编码器4发出连续的同宽脉冲信号输入到plc系统，plc根据脉冲信号计算出切割长度和玻璃带6速度vg。切刀3的传动机构采用伺服系统，装在伺服电机2上的伺服编码器发出连续的同宽脉冲信号输入到伺服控制器，伺服控制器复制一路一样的脉冲信号输出到plc，plc据此计算出切刀速度vg的横向分量v
sx
。
[0063]
进一步，切割控制算法先计算出vg与v
sx
的偏差e，再计算偏差e的比例(p)、积分(i)、微分(d)，然后通过组合形成速度给定增量δu输出，由伺服驱动器调整切刀电机转速。参见图2，玻璃横切机控制系统框图。
[0064]
上述的积分(i)环节，在偏差e存在时，一直在起作用，但其相位滞后π/2，体现在当玻璃带速度干扰波动较大时，系统响应不够快速，超调较大，切痕往往呈现大波浪型，直线度和对角线精度将受到严重影响。因此，需要重点对积分(i)算法进行改进，同时对微分(d)环节的起作用时间也需要做一定的调整或限制。
[0065]
当系统出现偏差，即绝对偏差|e|＞0、且朝着偏差继续增大的方向发展时，积分(i)、微分(d)同时起作用，能快速抑制偏差继续增大。
[0066]
当偏差e开始往减小方向发展时后，积分(i)值不再累加，但积分输出值持续保持，并取消微分(d)作用，可防止回调过陡。
[0067]
当偏差e接近0或等于0时，积分(i)值清零，微分(d)重新投入，以检测偏差变化的趋势，获得超前控制。
[0068]
根据上述推理，由离散算式经递推可得应用于编程的控制量u(k)的增量算式为：
[0069][0070]
其中，ki＝k
p
t/ti，为积分系数；kd＝k
p
td/t，为微分系数。
[0071]
上述核心算法通过编程即可实现控制。
[0072]
本算法已在多条生产线横切机上成功应用，切割精度小于0.5mm，对角线精度小于2mm。
[0073]
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，在平板玻璃生产线玻璃横切机领域中，任何对本发明的简单变换后的结构、方法等均属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种玻璃横切机的控制算法，包括硬件设施：横切机刀架、切刀、驱动切刀带编码器的伺服电机以及伺服驱动器、玻璃带检测编码器、可编程逻辑控制器(plc)，其特征是：每次切割动作，其切刀速度v
s
的横向分量v
sx
从启动至达到玻璃带速度v
g
的过渡过程时间t1要满足下式：v
g
t1＝c(常数)(1)每次切割过程中，切刀速度v
s
的横向分量v
sx
与波动的玻璃带速度v
g
保持一致：v
sx
＝v
s
sinα＝v
g
(2)式中α为横切机摆角；其离散算式控制算法为：其中：k为采样时刻序列号；u(k)为外环控制器输出给伺服驱动器的绝对控制量；e(k)为第k时刻v
g
与v
sx
的偏差值；e(k-1)为第k-1时刻v
g
与v
sx
的偏差值；k
m
为|e(k)|≤ε1的时刻，此时可近似认为e(k)＝0，ε1为偏差的阈值；k
m+1
为|e(k)-e(k-1)|≤ε2的时刻，此时可近似认为e(k)-e(k-1)＝0,ε2为偏差变化的阈值；e
o
(k
m+1
)为k
m+1
时刻的积分输出值；k
p
为比例系数；由离散算式经递推可得应用于编程的控制量u(k)的增量算式为：
其中，k
i
＝k
p
t/t
i
，为积分系数；k
d
＝k
p
t
d
/t，为微分系数。2.根据权利要求1所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征是所述过渡过程中，控制系统的输入给定是一个斜坡函数。3.根据权利要求2所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征是，所述过渡过程中对v
g
进行跟踪，实时修正给定斜坡函数的斜率。4.根据权利要求1所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征在于，控制算法由可编程逻辑控制器plc来实现，或通过工业控制计算机ipc来实现。5.根据权利要求1所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征在于，在玻璃带上设有测量轮，所述测量轮随玻璃带滚动，玻璃带检测编码器设置在测量轮上，与测量轮同轴转动。6.根据权利要求1或5所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征是，所述玻璃带检测编码器发出连续的同宽脉冲信号输入到plc系统，plc根据脉冲信号计算出切割长度和玻璃带速度v
g
；同时伺服电机编码器也发出连续的同宽脉冲信号输入到plc，plc根据脉冲信号计算出切刀速度。7.根据权利要求1或5所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征是，先计算出v
g
与v
sx
的偏差e，再计算偏差e的比例(p)、积分(i)、微分(d)，然后通过组合形成速度给定增量δu输出，由伺服驱动器调整切刀电机转速。8.根据权利要求1所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征是，当系统出现偏差，即绝对偏差|e|＞0、且朝着偏差继续增大的方向发展时，积分(i)、微分(d)同时起作用。9.根据权利要求1所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征是，当偏差e开始往减小方向发展时后，积分(i)值不再累加，但积分输出值持续保持，并取消微分(d)作用。10.根据权利要求1所述的一种玻璃横切机的控制算法，其特征是，当偏差e接近0或等于0时，积分(i)值清零，微分(d)重新投入。

技术总结

本发明公开一种玻璃横切机的控制算法，其特征是：玻璃带测量编码器发出连续的同宽脉冲信号输入到PLC，PLC根据脉冲信号计算出切割长度和玻璃带速度，同时伺服电机编码器也发出连续的同宽脉冲信号输入到PLC，PLC根据脉冲信号计算出切刀速度，并根据玻璃带速度和切刀速度的偏差，实时修正给定斜坡函数的斜率；且PLC通过对偏差的比例、积分、微分算法的改进及起作用时段的动态调整或限制，起到减少相位滞后、快速抑制、防止回调过陡、超前控制等作用。保证了玻璃横切机运行平稳、可靠，及时跟踪响应玻璃带速度波动，准确调整切刀速度，几无超调现象，切痕直线度佳，算法精简合理，通过编程就易实现控制。实现控制。实现控制。