一種基于PID算法智能化制瓶機的控制方法技術

本發明專利技術屬于制瓶機控制領域，并公開了一種基于PID算法智能化制瓶機的控制方法，該制瓶機通過用戶空間將預設參數傳遞給內核空間的運動控制和伺服電機，伺服電機對回轉工作臺的位置控制包括：伺服電機從控制單元收到預設的最大轉速和轉角，驅動回轉工作臺按照相應轉角轉動，該工作臺坐標系與初始坐標系的夾角δ在可接受的最大誤差外時，該工作臺保持原有最大轉速轉動，轉角為δ與可接受最小誤差的差值，夾角δ在可接受的最大誤差之內，回轉工作臺按照預設第二轉速轉動，轉角按照PID控制算法進行補償，直至δ小于或者等于可接受最小誤差。通過本發明專利技術，不僅能夠提高回轉工作臺的定位精度，同時還能進一步確保最終產品的高效率和高質量的完成。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于制瓶機控制領域，更具體地，涉及一種基于PID算法智能化制瓶機的控制方法。
技術介紹
目前，國內生產的制瓶設備基本都是能完成生產任務并能處理簡單的故障的獨立個體，各個體之間并沒有信息交互與聯系，對設備的監控維修也只能通過現場勘查來完成。這種現狀最終將被新的趨勢取代。所以制瓶設備的全球化發展，制瓶設備的智能化是其主要發展趨勢。目前回轉式數控自動制瓶機的生產線控制系統，主要有電子定時系統、電子撥瓶系統、伺服分料系統、伺服供料剪切系統、工作臺驅動系統等。這些系統大都采用開環控制的方式，由一個或多個相關聯的控制柜進行自動控制，每個控制柜都要設定相應的PLC或單片機控制器，其各個運動參數都是預先設定好的，而在實際應用過程中由于回轉工作臺位置控制的不穩定性等使得設定的參數對每臺制瓶機精度得不到保證，生產出的玻璃瓶質量差，也會影響到鉗瓶到流水線過程的準確性，導致最終生產效率和玻璃瓶的合格率下降，為系統長期、連接、穩定可靠運行埋下了隱患，同時也給日常維護帶來了極大的不便。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種基于PID算法智能化制瓶機的控制方法，通過采用對回轉工作臺定位閉環控制的方式，尤其是對其定位誤差的補償，進一步優化回轉工作臺轉動過程中的位置精度，由此解決生產過程中合格率和生產效率低的技術問題。為實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供了一種基于PID算法智能化制瓶機的控制方法，該智能化制瓶機配備有料滴稱重單元、回轉工作臺和機械手，其中所述料滴稱重單元用于將原料進行稱重篩選，原料經過初成型后形成瓶體送至所述回轉工作臺，在所述回轉工作臺旋轉過程中，將收到的瓶體完成包括入模，冷卻的進一步加工，所述機械手則用于將最終成型的瓶體夾住并放置在流水線上，其中所述回轉工作臺包括伺服電機和設置在該工作臺底部的傳感器，所述回轉工作臺的圓周上設置有均勻分布的構成初始平面坐標系的四個工位，該四個工位對應所述回轉工作臺的四處位置構成該工作臺的平面坐標系，其特征在于，對于所述回轉工作臺的位置控制過程而言，包括下列步驟：(a)所述伺服電機從控制單元獲取預設的第一轉速即最大轉速、第二轉速和轉角指令，并且驅動所述回轉工作臺以相應的第一轉速和轉角轉動；(b)所述回轉工作臺按照所述轉角轉動后，通過所述傳感器檢測所述回轉工作臺的平面坐標系與所述初始平面坐標系的實際夾角δ；(c)比較所述實際夾角δ與預設的角度邊界值δ1：(c1)當所述實際夾角δ＞δ1時，所述回轉工作臺保持所述預設的第一轉速轉動第一補償角度δ’，其中，第一補償角度δ’按照以下表達式進行計算，δ2為預設的最大可接受誤差，δ1＞δ2：δ’＝δ-δ2；(c2)當所述實際夾角δ≤δ1時，所述伺服電機驅動所述回轉工作臺按照所述第二轉速轉動，同時按照以下PID控制算法表達式對所述實際夾角進行補償，直至δ≤δ2，其中，t為整個PLD控制算法過程中的取樣時間節點，e(t)為t時刻所述回轉工作臺的平面坐標系與所述初始平面坐標系的夾角，u(t)為t時刻的角度補償，KP為比例增益，TI為積分時間常數，TD為微分時間常數,u(t)為t時刻的角度補償：作為進一步優選地，所述控制單元包括人機交互接口、任務調度和運動控制，所述人機交互接口和所述任務調度是制瓶機的用戶空間，所述運動控制是制瓶機的內核空間，制瓶機的預設參數通過所述用戶空間傳輸給所述內核空間，然后分別傳遞給多個伺服電機。作為進一步優選地，所述料滴稱重單元將經過熔融、剪切后形成的料滴進行稱重，稱得的料滴重量與預設理想料滴重量按照以下表達式進行比較，其中，mx為稱得的料滴重量，m為預設理想料滴重量，δm為可接受的質量誤差值：(i)當|mx-m|≤δm時，所述料滴執行下一個工序；(ii)當|mx-m|＞δm時，所述料滴重新熔融、剪切。作為進一步優選地，所述回轉工作臺停止轉動，所述機械手上的激光感應器與所述回轉工作臺上的激光接收器對接成功后，所述機械手夾住最終成型的瓶體并放置在流水線上。作為進一步優選地，所述傳感器優選為磁阻傳感器?？傮w而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，由于回轉工作臺的定位采用閉環控制，能夠取得下列有益效果：1、本專利技術中通過采用對回轉工作臺的定位誤差進行PID控制算法進行誤差補償的方式，使得最終回轉工作臺的定位精度在±0.025mm內，而現有的控制系統中回轉工作臺一般能達到的定位精度在±0.1mm左右，定位精度提高了75％；2、回轉工作臺的定位與產品生產中的合格率密切相關，特別是入模工位，當初成型料滴經過翻轉機構進入該工位的過程中，回轉工作臺的定位精度直接影響了產品外形尺寸精度，本專利技術通過提高回轉工作臺的定位精度，降低了生產過程中的次品率；3、本專利技術在人機接口設定了回轉工作臺定位誤差大于設定值δ1時的最大轉速，解決了現有回轉工作臺為了保證生產中的精度而降低轉速的問題，回轉工作臺的最大轉速的設定，提高了生產過程中的生產效率，實驗測得工作效率提高了20％；4、本專利技術的控制方法步驟簡單，只需在人機接口輸入初始的設定值，系統就會自動運行，最終簡化了整個控制方法,高效率，高質量地獲得了所要制備的產品，并且整個控制過程便于操作和質量控制，尤其是對于回轉工作臺的位置控制尤為簡單易行。附圖說明圖1是按照本專利技術的優選實施例構建的智能化制瓶機的控制系統；圖2是按照本專利技術的優選實施例構建的智能化制瓶機生產的工藝流程；圖3是按照本專利技術的優選實施例構建的回轉工作臺位置的控制方法。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。圖1是按照本專利技術的優選實施例構建的智能化制瓶機的控制系統，圖3是按照本專利技術的優選實施例構建的制瓶機的控制方法。如圖1和圖3所示，制瓶機的控制系統包括用戶空間和內核空間，其中用戶空間和內核空間通過共享緩沖區存放采集的數據，用戶空間包括人機接口和任務調度，任務調度通過共享緩沖區與運動控制連接，運動控制同時與伺服電機1、伺服電機2和伺服電機3連接，伺服電機1用于驅動翻轉機構，將有效的料滴從初成型工位翻轉到成型入模工位，伺服電機2用于驅動回轉工作臺，通過PID控制算法，使得回轉工作臺定位在模具工位時精確更高，伺服電機3用于驅動機械手，完成與鉗瓶工作的對接；操作人員通過人機接口輸入參數，控制系統程序在任務協調的控制下，形成有效的控制命令，經過運動控制卡后生成軸控制值，同時人機交互接口實時顯示重要參數，如定位誤差、回轉工作臺轉速等。圖2是按照本專利技術的優選實施例構建的智能化制瓶機生產的工藝流程；如圖2所示，原料首先在熔爐供料中熔融，然后在剪料機構將熔爐中出來的熔融料定量分離，再進入料滴稱重系統中稱重，稱得料滴的質量mx，m為理想的料滴質量，δm為料滴質量的波動邊界值，若|mx-m|≤δm，則料滴會流進初成型模具，否則重新進入熔爐，稱重合格的料滴進入初成型模具中成型，接著進入翻轉機構中翻轉，翻轉后的初成型料進入回轉工作臺的夾具座中，并隨著回轉工作臺的轉動依次經過入模工位、冷卻工位本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于PID算法智能化制瓶機的控制方法，該智能化制瓶機配備有料滴稱重單元、回轉工作臺和機械手，其中所述料滴稱重單元用于將原料進行稱重篩選，原料經過初成型后形成瓶體送至所述回轉工作臺，在所述回轉工作臺旋轉過程中，將收到的瓶體完成包括入模，冷卻的進一步加工，所述機械手則用于將最終成型的瓶體夾住并放置在流水線上，其中所述回轉工作臺包括伺服電機和設置在該工作臺底部的傳感器，所述回轉工作臺的圓周上設置有均勻分布的構成初始平面坐標系的四個工位，該四個工位對應所述回轉工作臺的四處位置構成該工作臺的平面坐標系，其特征在于，對于所述回轉工作臺的位置控制過程而言，包括下列步驟：(a)所述伺服電機從控制單元獲取預設的第一轉速即最大轉速、第二轉速和轉角指令，并且驅動所述回轉工作臺以相應的第一轉速和轉角轉動；(b)所述回轉工作臺按照所述轉角轉動后，通過所述傳感器檢測所述回轉工作臺的平面坐標系與所述初始平面坐標系的實際夾角δ；(c)比較所述實際夾角δ與預設的角度邊界值δ1：(c1)當所述實際夾角δ＞δ1時，所述回轉工作臺保持所述預設的第一轉速轉動第一補償角度δ’，其中，第一補償角度δ’按照以下表達式進行計算，δ2為預設的最大可接受誤差，δ1＞δ2：δ′＝δ?δ2；(c2)當所述實際夾角δ≤δ1時，所述伺服電機驅動所述回轉工作臺按照所述第二轉速轉動，同時按照以下PID控制算法表達式對所述實際夾角δ進行補償，直至δ≤δ2，其中，t為整個PLD控制算法過程中的取樣時間節點，e(t)為t時刻所述回轉工作臺的平面坐標系與所述初始平面坐標系的瞬時夾角，u(t)為t時刻的瞬時角度補償，KP為比例增益，TI為積分時間常數，TD為微分時間常數：u(t)=KP[e(t)+1TI∫0te(t)dt+TD·de(t)dt].]]>...

【技術特征摘要】
1.一種基于PID算法智能化制瓶機的控制方法，該智能化制瓶機配備有料滴稱重單元、回轉工作臺和機械手，其中所述料滴稱重單元用于將原料進行稱重篩選，原料經過初成型后形成瓶體送至所述回轉工作臺，在所述回轉工作臺旋轉過程中，將收到的瓶體完成包括入模，冷卻的進一步加工，所述機械手則用于將最終成型的瓶體夾住并放置在流水線上，其中所述回轉工作臺包括伺服電機和設置在該工作臺底部的傳感器，所述回轉工作臺的圓周上設置有均勻分布的構成初始平面坐標系的四個工位，該四個工位對應所述回轉工作臺的四處位置構成該工作臺的平面坐標系，其特征在于，對于所述回轉工作臺的位置控制過程而言，包括下列步驟：(a)所述伺服電機從控制單元獲取預設的第一轉速即最大轉速、第二轉速和轉角指令，并且驅動所述回轉工作臺以相應的第一轉速和轉角轉動；(b)所述回轉工作臺按照所述轉角轉動后，通過所述傳感器檢測所述回轉工作臺的平面坐標系與所述初始平面坐標系的實際夾角δ；(c)比較所述實際夾角δ與預設的角度邊界值δ1：(c1)當所述實際夾角δ＞δ1時，所述回轉工作臺保持所述預設的第一轉速轉動第一補償角度δ’，其中，第一補償角度δ’按照以下表達式進行計算，δ2為預設的最大可接受誤差，δ1＞δ2：δ′＝δ-δ2；(c2)當所述實際夾角δ≤δ1時，所述伺服電機驅動所述回轉工作臺按照所述第二轉速轉動，同時按照以下PID控制算法表達式對所述實際夾角δ進行補償，直至δ≤δ2，其中，t為整...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊家軍，鄧家輝，黎志強，胡偉，周超，蔡志相，梁瑞華，
申請(專利權)人：華中科技大學，荊門市楚大機電有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42