电子凸轮曲线生成方法、系统、动作异常调整方法与流程

本发明涉及工业控制与自动化，具体涉及一种电子凸轮曲线生成方法、系统、动作异常调整方法。

背景技术：

1、电子凸轮是利用构造的凸轮曲线来模拟机械凸轮，以达到机械凸轮系统相同的凸轮轴于主轴之间相对运动的软件系统。电子凸轮相当于无数个各种类型的机械凸轮的集合体，只需进行参数配置，即可适用于各种方案。

2、如图1所示，为包装机飞剪工作过程图，其工作过程为：包装机机头部分切刀为圆周运动，且与被剪切物体膜是同向运动的，实际是一个飞剪的过程，所以需要改变剪切机构切刀的速度，使剪切长度对应上膜的长度。当工作人员给包装机设定好运动速度后，膜按设定的速度匀速给膜，此时切刀就需要调节自己的速度，使之与膜长对应上。而在实际剪切过程中，因为切刀有一定厚度，切下时与膜会形成一段接触区域，膜和刀会有紧密的接触，如果此时两者速度不相等就会造成膜被堵住过不去或是被刀扯断的问题，所以在接触区两者需要保持合适的速度匀速通过；而在非接触区，两者没有接触，所以对速度没有要求，切刀就可以在此区域对速度进行调节。

3、现有装机行业使用的主流方案一般是由梯形曲线或五次方程曲线对变速区切刀的运动曲线进行规划，然而梯形曲线或五次方程曲线在多次求导后，其曲线的连续性以及光滑性无法保证，而求导后的曲线的连续性以及光滑性影响着包装机的机械稳定性以及使用寿命，因此需进一步优化包装机的电子凸轮曲线。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种电子凸轮曲线生成方法、系统、动作异常调整方法，解决了现有包装机飞剪过程中的电子凸轮曲线的机械稳定性较弱的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

3、一种电子凸轮曲线生成方法，包括以下步骤：

4、获取包装膜的膜长、电子凸轮的非同步区长度以及电子凸轮的同步区长度；

5、建立电子凸轮的速度曲线初始模型，其中，所述速度曲线初始模型为正弦函数或余弦函数；

6、基于所述膜长、非同步区长度以及同步区长度与速度曲线初始模型的映射关系，得到速度曲线实际模型；

7、基于所述速度曲线实际模型生成电子凸轮的位移曲线、加速度曲线、急动度曲线和跳动度曲线。

8、可选的，当所述速度曲线初始模型为正弦函数时，速度曲线实际模型的获取包括以下步骤：

9、建立表达为正弦函数的速度曲线初始模型，其中，所述速度曲线初始模型表达式为：s′(t)＝asin(bt+c)+d，其中，a表示峰值，b表示周期值，c表示初相值，d表示常数，s′表示速度，t表示主轴位移；

10、将膜长作为速度曲线初始模型的参考主轴，建立包装膜与切刀之间的速度映射关系；

11、获取包装膜的送膜速度以及速度调节参数，其中，所述速度调节参数为电子凸轮的同步区的切刀速度与送膜速度之比；

12、基于所述速度映射关系、同步区长度、速度调节参数以及膜长计算同步区角度；

13、基于所述速度映射关系、同步区角度，计算速度曲线初始模型的峰值、周期值、初相值以及常数，得到速度曲线实际模型。

14、可选的，基于所述速度映射关系、同步区长度、速度调节参数以及膜长计算同步区角度，包括以下步骤：

15、基于所述速度映射关系，将一个包装膜的膜长量化为正弦函数的一个周期大小，将主轴的当前位置用0到2π的角度来表示；

16、计算所述同步区角度，且计算公式为：其中，τ表示同步区角度；v表示同步区长度；m表示膜长；r表示速度调节参数。

17、可选的，基于所述速度映射关系、同步区角度，计算速度曲线初始模型的峰值、周期值、初相值以及常数，得到速度曲线实际模型，包括以下步骤：

18、基于所述速度映射关系，得到d＝a，同时计算速度曲线初始模型的周期值、初相值，其中，获取电子凸轮的切刀转动一圈后相对于包装膜膜长的补偿位移，并基于所述补偿位移与速度曲线初始模型的关系，得到如下联立公式：

19、计算得到峰值a和常数d，其中，s(t)表示电子凸轮的位移关系式；l表示补偿位移；速度曲线初始模型是位移曲线的一阶导数；

20、将所述峰值、周期值、初相值以及常数代入速度曲线初始模型，并将切刀同步速度分段叠加至速度初始模型中，得到速度曲线实际模型。

21、可选的，当所述速度曲线初始模型为余弦函数时，速度曲线实际模型的获取包括以下步骤：

22、获取当所述速度曲线初始模型为正弦函数时的速度曲线实际模型，并将当所述速度曲线实际模型为正弦函数时的表达式转换为余弦函数表示的速度曲线实际模型，得到当所述速度曲线初始模型为余弦函数时的速度曲线实际模型表达式为：

23、

24、可选的，基于所述速度曲线生成电子凸轮的位移曲线、加速度曲线、急动度曲线和跳动度曲线，包括以下步骤：

25、积分处理所述速度曲线实际模型得到位移曲线；

26、一阶求导所述速度曲线实际模型得到加速度曲线；

27、二阶求导所述速度曲线实际模型得到急动度曲线；

28、三阶求导所述速度曲线实际模型得到跳动度曲线。

29、一种电子凸轮的动作异常调整方法，所述电子凸轮的动作异常调整方法用于处理使用如上述任意一项所述的电子凸轮曲线生成方法所生成的电子凸轮曲线产生的动作异常问题，包括以下步骤：

30、计算电子凸轮中速度曲线实际模型的峰值速度，并判断所述峰值速度的正负；

31、当所述峰值速度为负值时，则所述速度曲线出现的异常问题为电子凸轮反转，进行防反转处理；

32、当所述峰值速度为正值，且峰值速度大于最大速度阈值时，则所述速度曲线出现的异常问题为电子凸轮超速，进行最大限速处理。

33、可选的，所述防反转处理，包括以下步骤：

34、缩小曲线部分周期，使其减速过程加快，设缩小后的周期为2θ，将模型曲线部分对半分为加速部分和减速部分，在中间插入一段停止区间，停止区间大小为2π-τ-2θ，得出修正后模型为：

35、

36、可选的，所述最大限速处理，包括以下步骤：

37、缩小曲线部分周期，使其加速过程加快，设缩小后的周期为2θ，将模型曲线部分对半分为加速部分和减速部分，在中间插入一段最大速度区间，区间大小为2π-τ-2θ，得出修正后模型为：

38、

39、一种电子凸轮曲线生成系统，所述电子凸轮曲线生成系统执行上述任意一项所述的电子凸轮曲线生成方法，包括数据获取单元、模型构建单元、模型生成单元和曲线生成单元；

40、所述获取单元用于，获取包装膜的膜长、电子凸轮的非同步区长度以及电子凸轮的同步区长度；

41、所述模型构建单元用于，建立电子凸轮的速度曲线初始模型，其中，所述速度曲线初始模型为正弦函数或余弦函数；

42、所述模型生成单元用于，基于所述膜长、非同步区长度以及同步区长度与速度曲线初始模型的映射关系，得到速度曲线实际模型；

43、所述曲线生成单元用于，基于所述速度曲线实际模型生成电子凸轮的位移曲线、加速度曲线、急动度曲线和跳动度曲线。

44、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

45、通过将电子凸轮曲线中的速度曲线实际模型设置为正弦函数曲线或余弦函数曲线的表达方式，从而保证多次求导后的电子凸轮曲线依然保持连续，且光滑，进而保证机械运行的稳定性，使得机器产生的机械冲击相对于五次方曲线更小，噪音相对于五次方曲线也更小，并使得及其具有更长的使用寿命。