基于顶升机构的控制方法及其控制系统与流程
本发明涉及一种基于顶升机构的控制方法及其控制系统，属于工业控制领域。
背景技术：
1、现有顶升机构的控制方式是将两个极限光电的输入信号接入到plc或其他io系统中，通过两个光电信号的输入状态来控制电动滚筒的运行和停止，由于光电信号在采集传输中存在一定的延时，从而影响整个系统的响应时间。
2、现有顶升机构的转动角度通过两个极限光电来实现定位，由于工人的安装位置及响应周期等因素影响顶升的最终转动角度，从而使得控制转动角度不精确。本设备通过驱动器将电动滚筒需要转动的角度与实际转动角度之间形成闭环的控制方式，使得每次的转动角度更精确。
3、现有顶升机构通过极限光电和挡块实现极限控制，如果光电损坏后，挡块触发电动滚筒的堵转，会影响电动滚筒的使用寿命。本设备通过软件程序、极限光电和挡块实现极限控制，如果光电损坏后，程序能够实现精确角度控制，不会触发电动滚筒的堵转，增加了电动滚筒的使用寿命。
技术实现思路
1、为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于顶升机构的控制方法，本发明的技术方案是：
2、一种基于顶升机构的控制方法，包括以下步骤：
3、1)获取驱动顶升机构升降的电机的转子转动范围，计算出电滚筒运行的最大行程；
4、2)通过模糊pid算法和pi控制器计算控制输出的脉冲调制波形，获得脉冲信号；
5、3)基于步骤2)获得的脉冲信号驱动电滚筒准确到达上升或下降位置。
6、所述的步骤1)具体为：
7、1.1)由于初始上电，电滚筒的初始位置不确定，上电后向一个方向转动触发光电或者堵转固定时间后停止，记录当前位置；再向反方向转动，触发到另一个光电或者堵转固定时间，记录转动的转子个数，差值即为电机所需转动的转子个数；
8、1.2)使用电机霍尔传感器获取电机转动的转子个数，根据转子个数和电机极对数计算出电机能转动的圈数；根据电机能转动的圈数和减速比计算出电滚筒往复运动的最大角度；根据电滚筒往复运动的最大角度和电滚筒型号计算出电滚筒能运行的最大行程，具体为：
9、电机能运行的最大圈数＝电机转动的转子个数/(电机极对数*6)；电滚筒旋转角度＝电机能运行的最大圈数/电滚筒减速比*360；
10、电滚筒能运行的最大行程＝电滚筒旋转角度/360*(2*π*电滚筒半径)。
11、所述的步骤2)具体为：
12、2.1)模糊化：电滚筒上升角度最大180°，上升过程根据速度计算出电滚筒要转动的步进角度，将转动的目标角度与转动的实际角度的误差e以及e的变化率de/dt作为模糊控制器的输入，定义论域范围是[-90°，90°]，隶属度函数使用三角形隶属度函数；其中，三角形隶属度函数公式如下：
13、
14、其中，a、b和c分别代表三角形的左端点、峰值点和右端点；
15、2.2)模糊推理：根据e的隶属度和de/dt的隶属度，结合kp推理表、ki推理表和kd推理表，求出pid三个参数kp、ki和kd的隶属度值；其中，kp推理表：
16、
17、
18、ki推理表：
19、
20、kd推理表：
21、
22、2.3)去模糊化：得到pid各参数的隶属度后，再采用重心法计算最后的该项的系数值；
23、重心法计算公式如下所示：
24、z为解模糊后的最后系数值，u(zr)为zr的隶属度值，zr为模糊集合的值；具体计算方法为：
25、2.3.1)根据多个霍尔位置传感器获取电机转子的当前位置和真实速度；
26、2.3.2)计算电滚筒的角度步进值，根据电滚筒要旋转的角度计算得到电机要旋转的转子个数；
27、2.3.3)根据电机要旋转的转子个数和电机的参考速度得到电机的输出占空比；
28、2.3.4)由于货物重量不同，上升和下降过程使用模糊pid算法算出pid参数值，然后使用pi调节器调节，根据参考速度求出要输出的占空比，根据输出占空比得到脉冲调制输出信号。
29、所述的步骤2.3.4)中的pi调节器的调节公式为：占空比＝上一次占空比+kp*(速度值偏差-速度值上一次偏差)+ki*速度值偏差。
30、一种实现基于顶升机构的控制方法的控制系统，包括框架，在该框架上安装有电动滚筒以及驱动电动滚筒转动的电动滚筒驱动器，在该电动滚筒一侧的框架上安装有下降到位极限光电传感器，在该电动滚筒的另一侧的框架上安装有上升到位极限光电传感器，所述的下降到位极限光电传感器接入电动滚筒驱动器的下降到位极限光电传感器的输入端口，所述的上升到位极限光电传感器接入电动滚驱动器的上降到位极限光电传感器的输入端口，该电动滚驱动器的控制输入信号端、上升到位输出信号端以及下降到位输出信号端均接入plc；在所述的电动滚筒上安装有光电检测挡板，该光电检测挡板随着电动滚筒的转动而转动；安装在框架上的顶升机构通过电动滚筒驱动，该顶升机构通过导向柱导向。
31、本发明的优点是：
32、1、自适应初始化与精确定位：解决了上电后位置不确定性的问题，确保了每次操作的起始点准确性。结合电机霍尔传感器的使用，进一步提高了位置检测的精度，确保了后续控制的准确性。
33、2、模糊pid算法的应用：通过模糊逻辑处理误差(e)及其变化率(de/dt)，实现了对控制参数(kp,ki,kd)的动态调整。这不仅提高了系统的鲁棒性，还使得控制过程更加平滑、响应迅速，特别是在需要快速调整以应对负载变化或外界干扰时；简化了控制器的设计复杂度，同时保持了控制效果的优化和适应性。
34、3、动态调整能力：考虑到货物重量的变化对上升和下降过程的影响，该控制方法通过模糊pid算法与pi调节器的结合使用，能够实时调整输出占空比，确保在不同负载条件下电滚筒都能实现稳定、高效的运动控制。这种动态调整能力对于提升系统的通用性和效率至关重要。
35、4、提高系统效率与安全性：通过精确控制电滚筒的运动行程和速度，减少了不必要的能耗，同时提高了作业的安全性。特别是在需要精确位置控制的物流、制造等行业应用中，能够有效避免过载、碰撞等安全隐患，保护设备和人员安全。
技术特征：
1.一种基于顶升机构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于顶升机构的控制方法，其特征在于，所述的步骤1)具体为：
3.根据权利要求1或2所述的基于顶升机构的控制方法，其特征在于，所述的步骤2)具体为：
4.根据权利要求3所述的基于顶升机构的控制方法，其特征在于，所述的步骤2.3.4)中的pi调节器的调节公式为：占空比＝上一次占空比+kp*(速度值偏差-速度值上一次偏差)+ki*速度值偏差。
5.一种实现权利要求1至4任意一项基于顶升机构的控制方法的控制系统，其特征在于，包括框架，在该框架上安装有电动滚筒以及驱动电动滚筒转动的电动滚筒驱动器，在该电动滚筒一侧的框架上安装有下降到位极限光电传感器，在该电动滚筒的另一侧的框架上安装有上升到位极限光电传感器，所述的下降到位极限光电传感器接入电动滚驱动器的下降到位极限光电传感器的输入端口，所述的上升到位极限光电传感器接入电动滚驱动器的上降到位极限光电传感器的输入端口，该电动滚筒驱动器的控制输入信号端、上升到位输出信号端以及下降到位输出信号端均接入plc；在所述的电动滚筒上安装有光电检测挡板，该光电检测挡板随着电动滚筒的转动而转动；安装在框架上的顶升机构通过电动滚筒驱动，该顶升机构通过导向柱导向。
技术总结
本发明涉及一种基于顶升机构的控制方法及其控制系统，包括以下步骤：1)获取驱动顶升机构升降的电滚筒的转子转动范围，计算出电滚筒运行的最大行程；2)通过模糊PID算法计算控制输出的脉冲调制波形，获得脉冲信号；3)基于步骤2)获得的脉冲信号驱动电滚筒准确到达上升或下降位置。本发明的优点是：自适应初始化与精确定位：解决了上电后位置不确定性的问题，确保了每次操作的起始点准确性。结合电机霍尔传感器的使用，进一步提高了位置检测的精度，确保了后续控制的准确性等。
技术研发人员：蒋辉,荆志仁,咸文强
受保护的技术使用者：青岛威辰智琛科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23