[发明专利]基于卷径自适应估计的多电机耦合系统间接张力控制方法

说明书

基于卷径自适应估计的多电机耦合系统间接张力控制方法涉及汽车安全气囊生产线多电机耦合系统控制领域，该方法根据汽车安全气囊生产线的工作机理建立了四个电机智能体协同工作的数学模型，根据汽车安全气囊生产线多电机耦合系统张力恒定的目标，建立了四个电机理想角速度之间的函数关系，取消张力传感器，间接实现张力的恒定。本发明有效降低气囊材料不均造成的卷轴周期性扰动，使系统快速达到期望的性能指标，在目前已有技术人员提出的卷径计算方法的基础上，提出卷径的自适应估计方法，减少了因卷径计算的偏差而引起的张力波动，有效保持卷绕过程中张力的恒定，提高了系统的灵活性和鲁棒性，不仅节省了成本，而且提高了气囊产品质量。

技术领域

本发明涉及汽车安全气囊生产线多电机耦合系统控制领域，主要涉及一种基于卷径自适应估计的汽车安全气囊生产线多电机耦合系统间接张力控制方法。

背景技术

张力控制，通俗地讲就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。张力应用于最广泛的造纸、纤维、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中，带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。在收卷和放卷的过程中，为保证生产的质量及效率，保持恒定的张力是很重要的。

近年来，汽车的安全性越来越受到人们的重视，作为安全气囊生产的气囊生产设备产业也得到了迅猛的发展。通常情况下，气囊生产线由设备、设备控制层、工位、工位协调控制层、上位机监控五层结构组成。每个工位由多个设备及设备智能体(agent)组成，其中卷袋工位为多电机耦合的张力控制系统，该工位由卷袋电机与驱动电缸直线运动的电机、缸体磁开关、接近开关、转矩传感器、转速传感器等设备组成。在卷袋的过程中，当卷袋电机转矩增大时，布袋张力减小，卷袋过松；当直线运动的电机速度增加时，布袋张力增大，卷袋过紧，卷绕过程中的这种各段张力控制的不均匀，致使卷绕后的各段半径误差较大，不仅给后续工序装配带来困难，严重的甚至影响气囊展开时的时效，失去气囊安全保护的功效。可见在卷袋过程中必须保持张力的恒定，以达到折叠的均匀性，保证汽车在遇到猛烈撞击时安全气囊能够平整的展开，因此，汽车安全气囊生产线多电机耦合系统属于典型的张力控制系统。

随着伺服驱动技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术的迅猛发展，张力控制设备也得到了快速的发展，其技术已经趋于成熟。例如：张海燕在文献1【张海燕,徐金苓.凹印机变频收卷张力控制系统建模研究[J].轻工机械,2010,28(4):60-63】中建立凹印机运动模型推导出所需控制矢量，利用变频器驱动交流电动机，以达到调速的目的，从而保持张力的恒定。宋祥双在文献2【宋祥双.基于模糊神经网络的慢走丝恒张力系统的研究[D].合肥工业大学,2010】中采用了模糊神经网络控制算法实现张力控制，该算法具有较强的学习能力，能够适应难以建模的非线性系统，在不同的工作环境下仍能够保证控制精度，控制效果令人满意。蒋近在文献3【蒋近,戴瑜兴,郜克存,等.多线切割机走线系统的张力控制[J].机械工程学报,2011,47(5):183-187】中指出传统的张力控制系统中张力大小一般通过张力传感器测出，但是由于其抗干扰能力差、安装不便、价格昂贵等缺陷，使其应用大大受到限制，因此有科技文献利用张力观测器的方式进行张力值检测，并利用扰动观测器减少外界扰动对系统的影响，从而大大的提高了控制精度。相比于其它设计的张力控制器，考虑摩擦因素对张力控制系统的影响，王乐在文献4【王乐.低重力模拟器吊索张力控制算法研究[D].哈尔滨工业大学,2011】中采用一定的补偿算法对摩擦进行补偿，但是没有考虑不同摩擦类型，因此这种补偿方式具有一定的局限性。

多智能体系统在表达实际系统时，通过各智能体间的通讯、合作、互解、协调、调度、管理及控制来表达系统的结构、功能及行为特性。多智能体系统具有自主性、分布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力。在多智能体系统中，各智能体之间互相通信，彼此协调，并行地求解问题，采用多智能体系统解决实际应用问题，具有很强的鲁棒性和可靠性，并具有较高的问题求解效率。运用智能体之间的协调配合完成复杂的工作任务，不仅节省了成本，还提高了系统的灵活性和鲁棒性。因此，基于复杂系统的多智能体协同控制将具有广泛的应用背景。将多智能体技术应用到多电机的协调控制中已成为一个重要的发展趋势。

发明内容