專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電池卷繞裝置及其卷繞控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池卷繞裝置及其卷繞控制方法。
背景技術(shù)：
電池制作過(guò)程中需要將電池陰極、陽(yáng)極及隔離膜等多種不同材料一起卷繞成電池電芯，圖1示出的是電池卷繞裝置恒線(xiàn)速控制的主要部分接編碼器的滾輪11、編碼器12、 連接伺服電機(jī)14的軸的卷針13、伺服電機(jī)14、伺服驅(qū)動(dòng)器15，纏繞在放卷裝置(圖中未示出)上的轉(zhuǎn)繞材料通過(guò)滾輪11被卷針13收卷，伺服驅(qū)動(dòng)器15用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)14轉(zhuǎn)動(dòng)， 伺服電機(jī)14帶動(dòng)卷針13轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器12則用于對(duì)滾輪11的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以記錄被收卷的轉(zhuǎn)繞材料的長(zhǎng)度。為了達(dá)到好的卷繞效果，電池卷繞工藝需要進(jìn)行恒張力控制，對(duì)方形卷針13來(lái)說(shuō)，如果卷針13是恒角速度旋轉(zhuǎn)，那么轉(zhuǎn)繞材料的線(xiàn)速度會(huì)不恒定，當(dāng)線(xiàn)速度很高而且不恒定的時(shí)候會(huì)使恒張力控制難度加大，于是對(duì)卷針13卷繞的恒線(xiàn)速控制成了電池卷繞技術(shù)中非常重要的部分。目前的應(yīng)用一般是由外部控制器根據(jù)卷針13的形狀計(jì)算出能實(shí)現(xiàn)恒線(xiàn)速卷繞的各個(gè)位置所對(duì)應(yīng)的角速度作為前饋?zhàn)兞?，然后利用編碼器12的信息作反饋對(duì)卷針?biāo)俣冗M(jìn)行修正，控制伺服驅(qū)動(dòng)器15旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)由外部控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器15、伺服電機(jī)14、卷針13、 轉(zhuǎn)繞材料組成的轉(zhuǎn)繞系統(tǒng)閉環(huán)控制。但是，一方面由于卷針3卷繞半徑會(huì)隨著轉(zhuǎn)進(jìn)材料的增加而變化，材料厚度不同變化也不同，導(dǎo)致前饋?zhàn)兞亢茈y確定；另一方面，實(shí)際機(jī)器上為了達(dá)到其它性能要求，在接編碼器12的滾輪11與卷針13之間還有若干個(gè)滾輪，而且材料具有一定的彈性，使得材料在卷針13上的速度不能及時(shí)反映到編碼器2上，導(dǎo)致反饋之后影響控制效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電池卷繞裝置的卷繞控制方法， 旨在避免前期計(jì)算卷針的形狀，特別是電池種類(lèi)更換導(dǎo)致的卷針形狀變換所需要的大量計(jì)算，以及降低在轉(zhuǎn)繞過(guò)程中材料轉(zhuǎn)繞半徑變化引起的控制難度，提高恒線(xiàn)速卷繞的效果。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電池卷繞裝置，旨在避免前期需計(jì)算卷針的形狀，以及降低在轉(zhuǎn)繞過(guò)程中材料轉(zhuǎn)繞半徑變化引起的控制難度，提高恒線(xiàn)速卷繞的效果。為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種電池卷繞裝置的卷繞控制方法，所述電池卷繞裝置包括卷針、可帶動(dòng)所述卷針轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器；所述控制方法包括下述步驟步驟A，接收外部控制器輸入的線(xiàn)速度信息或者用戶(hù)設(shè)定的線(xiàn)速度信息，并根據(jù)所述線(xiàn)速度信息在每一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度；步驟B，根據(jù)所述當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度，以及預(yù)存的每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材
4料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息，確定卷針需轉(zhuǎn)動(dòng)到的目標(biāo)角度位置；步驟C，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)確定的目標(biāo)角度位置，實(shí)時(shí)控制伺服電機(jī)在所述預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)帶動(dòng)卷針轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的目標(biāo)角度位置，以使轉(zhuǎn)繞材料恒線(xiàn)速地卷繞于卷針上。進(jìn)一步地，在所述步驟A之前，所述方法還包括下述步驟步驟A01，預(yù)先將轉(zhuǎn)繞材料試收卷于卷針上，在卷繞過(guò)程中，每卷繞一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料即采樣一次伺服電機(jī)軸當(dāng)前所在的角度位置信息；步驟A02，將步驟AOl的采樣結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。進(jìn)一步地，在所述步驟AOl之后且在所述步驟A02之前，所述方法還包括下述步驟步驟A011，根據(jù)下述公式對(duì)步驟AOl采樣的第η等份材料對(duì)應(yīng)的角度位置參數(shù)進(jìn)行濾波處理α *η = ( α η_(Ν_1)/2+ α η_(Ν_1)/2+1+· · · + α η+· · · + α 肝妒 料+ α η+(Ν_1)/2) /N設(shè)χ= η-(Ν_1)/2，當(dāng) χ < 0 時(shí)，αχ= α _χ其中，α*為濾波后的角度位置參數(shù)，α采樣的原始角度位置參數(shù)，N為濾波參數(shù)， N取奇數(shù)。進(jìn)一步地，在所述步驟B之后且在所述步驟C之前，所述方法還包括下述步驟步驟Bi，對(duì)步驟B確定的角度位置參數(shù)進(jìn)行相位補(bǔ)償，再執(zhí)行步驟C。為解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的電池卷繞裝置，包括卷針、可帶動(dòng)所述卷針轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器，還包括一卷針角度位置采樣單元、一線(xiàn)速度設(shè)置單元、 卷針角度位置確定單元；所述卷針角度位置采樣單元用于在預(yù)先將轉(zhuǎn)繞材料試收卷于卷針的過(guò)程中，每卷繞一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料即采樣一次伺服電機(jī)軸當(dāng)前所在的角度位置信息，并將采樣結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)；所述線(xiàn)速度設(shè)置單元用于接收外部控制器輸入的線(xiàn)速度信息或者用戶(hù)設(shè)定的線(xiàn)速度信息，并根據(jù)所述線(xiàn)速度信息在每一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度；所述卷針角度位置確定單元用于根據(jù)所述線(xiàn)速度設(shè)置單元計(jì)算得到的當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度，以及預(yù)存的每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息，確定卷針需轉(zhuǎn)動(dòng)到的目標(biāo)角度位置；所述伺服驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)所述卷針角度位置確定單元確定的目標(biāo)角度位置，實(shí)時(shí)控制所述伺服電機(jī)在所述預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)帶動(dòng)所述卷針轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的目標(biāo)角度位置，以使轉(zhuǎn)繞材料恒線(xiàn)速地卷繞于所述卷針上。進(jìn)一步地，所述卷針角度位置采樣單元還用于根據(jù)下述公式對(duì)所述卷針角度位置采樣單元采樣得到第η等份材料對(duì)應(yīng)的角度位置參數(shù)的角度位置參數(shù)進(jìn)行濾波處理α *η = (α η_(Ν_1)/2+ α η_(Ν_1)/2+1+· · · + α η+· · · + α 肝妒 料+ α η+(Ν_1)/2) /N設(shè)χ = η-(N-I)/2，當(dāng) χ<0 時(shí)，αχ = α_χ其中，α*為濾波后的角度位置參數(shù)，α采樣的原始角度位置參數(shù)，N為濾波參數(shù)， N取奇數(shù)。進(jìn)一步地，所述卷針角度位置確定單元還用于對(duì)確定的目標(biāo)角度位置參數(shù)進(jìn)行相位補(bǔ)償。進(jìn)一步地，所述卷針角度位置采樣單元、線(xiàn)速度設(shè)置單元和卷針角度位置確定單元內(nèi)置于所述伺服驅(qū)動(dòng)器中。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，預(yù)先通過(guò)采樣方式得到整個(gè)電池卷繞過(guò)程中的卷針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度位置信息并保存，在實(shí)際卷繞過(guò)程中計(jì)算出能實(shí)現(xiàn)恒線(xiàn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的每等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料對(duì)應(yīng)的角速度，實(shí)現(xiàn)相對(duì)可靠的開(kāi)環(huán)控制。該方法可以大大減少前期對(duì)卷針的形狀計(jì)算量并消除了卷繞過(guò)程中卷針卷繞半徑加大導(dǎo)致前饋量誤差，同時(shí)相位補(bǔ)償?shù)氖褂靡灿兄诮鉀Q由于機(jī)器及材料原因?qū)е路答來(lái)憫?yīng)過(guò)低的問(wèn)題，大大提高了恒線(xiàn)速卷繞效果。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的電池卷繞裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的電池卷繞裝置的卷繞控制方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的圓形卷針采樣的卷針轉(zhuǎn)動(dòng)角度及卷繞每等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料過(guò)程中卷針的角度位置變化曲線(xiàn)圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的方形卷針采樣的卷針轉(zhuǎn)動(dòng)角度及卷繞每等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料過(guò)程中卷針的角度位置變化曲線(xiàn)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的方形卷針采樣的轉(zhuǎn)繞材料長(zhǎng)度、卷針轉(zhuǎn)動(dòng)角度、及卷繞每等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料過(guò)程中卷針的角速度變化曲線(xiàn)圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的對(duì)采樣角度進(jìn)行濾波前后的對(duì)比示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的對(duì)采樣角度進(jìn)行相位補(bǔ)償前后的對(duì)比示意圖；圖8A、8B是本發(fā)明實(shí)施例提供的電池卷繞裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)于待轉(zhuǎn)繞材料預(yù)先進(jìn)行低速試收卷，通過(guò)采樣方式得到試收卷過(guò)程中的卷針轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息并保存，在實(shí)際卷繞過(guò)程中再實(shí)時(shí)計(jì)算出能實(shí)現(xiàn)恒線(xiàn)速轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的角速度。本發(fā)明實(shí)施例需要的電池卷繞裝置包括卷針、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器，可由材料帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的滾輪，連接滾輪的編碼器，其中伺服電機(jī)可帶動(dòng)卷針轉(zhuǎn)動(dòng)，具體可將卷針連接至伺服電機(jī)軸上來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2示出了本發(fā)明提供的上述電池卷繞裝置的卷繞控制方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下。在步驟A中，接收外部控制器輸入的線(xiàn)速度信息或者用戶(hù)設(shè)定的線(xiàn)速度信息，并根據(jù)所述線(xiàn)速度信息在每一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度。本實(shí)施例中，可以由用戶(hù)直接在伺服驅(qū)動(dòng)器上設(shè)定期望的卷繞線(xiàn)速度信息，也可以通過(guò)外部控制器向伺服驅(qū)動(dòng)器輸入線(xiàn)速度信息，例如以輸入脈沖的形式來(lái)輸入線(xiàn)速度信息，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)表征線(xiàn)速度大小。伺服驅(qū)動(dòng)器或其它控制器中預(yù)設(shè)有時(shí)間周期，此時(shí)間周期可最初固化進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)器中，相應(yīng)的，此時(shí)間周期可以為一表征時(shí)間大小的比例參數(shù)k，其與上述脈沖數(shù)相對(duì)應(yīng)的，k越大速度越快，也可以為一真正的時(shí)間參數(shù)t。伺服驅(qū)動(dòng)器接收到線(xiàn)速度信息后，在每一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度。若當(dāng)前輸入脈沖數(shù)為P，當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度為k*p，(k為比例參數(shù)，)，若用戶(hù)設(shè)定的線(xiàn)速度為V，當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度為f vdt。在步驟B中，根據(jù)所述當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度，以及預(yù)存的每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息，確定卷針需轉(zhuǎn)動(dòng)到的目標(biāo)角度位置。上述預(yù)存的每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息可以預(yù)先以表格形式存儲(chǔ)，例如，將表格長(zhǎng)度設(shè)為固定值，用戶(hù)設(shè)置采樣的材料長(zhǎng)度，若采樣的材料長(zhǎng)度為L(zhǎng)，表格長(zhǎng)度為n，即每隔L/n長(zhǎng)度采樣一次電機(jī)軸角度信息?，F(xiàn)實(shí)中，可能存在這樣一種情況，即需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度不一定是預(yù)存的每一等份材料長(zhǎng)度的整數(shù)倍，此時(shí)還需進(jìn)行一下簡(jiǎn)單的換算，例如，若當(dāng)前目標(biāo)轉(zhuǎn)繞長(zhǎng)度為 Lx，，Lx為L(zhǎng)i與Lw之間的一個(gè)值(i為整數(shù)，Li = i* AL)，那么當(dāng)前目標(biāo)角度位置αχ = Cii+(Lx-LiVALMaw-Cii),其中α i為第i等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料所對(duì)應(yīng)的角度位置，α i+1 為第i+1等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料所對(duì)應(yīng)的角度位置，AL為每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料的長(zhǎng)度。步驟C，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)確定的目標(biāo)角度位置，實(shí)時(shí)控制伺服電機(jī)在所述預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)帶動(dòng)卷針轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的目標(biāo)角度位置，以使轉(zhuǎn)繞材料恒線(xiàn)速地卷繞于卷針上。在整個(gè)卷繞過(guò)程中，隨著卷針上收卷的材料越多，卷針需要轉(zhuǎn)動(dòng)越小的角度即可收卷同等份長(zhǎng)度的材料。上述“每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息”在正式收卷前就需先通過(guò)試收卷確定，不過(guò)并不意味著每次正式收卷前都需首先試收卷，對(duì)于完全相同的待轉(zhuǎn)繞材料以及同形狀的卷針，可最初進(jìn)行一次試收卷，確定好上述“每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息”并存儲(chǔ)后，可以進(jìn)行多批次的正式卷繞。對(duì)于在上述步驟A之前的試收卷過(guò)程，包括下述步驟步驟A01，預(yù)先將轉(zhuǎn)繞材料試收卷于卷針上，在卷繞過(guò)程中，每卷繞一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料即采樣一次伺服電機(jī)軸當(dāng)前所在的角度位置信息。步驟A02，將步驟AOl的采樣結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。如果卷針為圓形，且忽略卷針因轉(zhuǎn)繞材料的增加而導(dǎo)致的卷繞半徑加大，如果卷針角速度恒定，即da (t)/dt = const ；因?yàn)檗D(zhuǎn)繞材料長(zhǎng)度與卷針卷繞角度成正比例關(guān)系， 即dL(a)/da = const，那么dL(t)/dt = const，因此材料卷繞速度是恒定的。其中a =卷針旋轉(zhuǎn)角度；L=轉(zhuǎn)繞材料長(zhǎng)度；Const =恒量；如果每隔AL采樣一個(gè)α，那么數(shù)據(jù)曲線(xiàn)如圖3所示。如果卷針為方形，以緩慢的恒角速度旋轉(zhuǎn)，滾輪和編碼器就能很好的反應(yīng)當(dāng)前角度對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)繞材料長(zhǎng)度，每隔AL采樣一個(gè)a，那么數(shù)據(jù)曲線(xiàn)如圖4所示。將L對(duì)應(yīng)的a 保存到表格中，即L為索引，α為數(shù)據(jù)。要使轉(zhuǎn)繞材料速度恒定，即L(t) = / kdt，(k =常量)，只需要在t時(shí)間計(jì)算出相應(yīng)的L并查表得到相應(yīng)的α，控制伺服電機(jī)帶動(dòng)卷針旋轉(zhuǎn)到 α位置即可，k決定目標(biāo)速度的大小。為避免速度過(guò)快啟動(dòng)與停止導(dǎo)致抖動(dòng)以及對(duì)材料拉伸造成變形，只要調(diào)整k值達(dá)到緩慢啟動(dòng)與停止即可，那么卷針旋轉(zhuǎn)角度α，角速度da/dt，轉(zhuǎn)繞材料長(zhǎng)度L的時(shí)間曲線(xiàn)如圖5所示。
在實(shí)際應(yīng)用中，一方面，編碼器可能會(huì)受干擾產(chǎn)生噪音；另一方面如果卷針扁度過(guò)大，要達(dá)到恒線(xiàn)速運(yùn)轉(zhuǎn)所要求的角速度變化率也會(huì)很大，對(duì)伺服電機(jī)的性能要很高，而且需要卷繞機(jī)械有非常強(qiáng)的剛性使卷針的速度在高速，頻繁加減速的情況下還能跟上伺服電機(jī)的軸的速度，否則卷繞過(guò)程會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。為優(yōu)化卷繞效果，該發(fā)明還引入可設(shè)置的濾波參數(shù)，在采樣α的過(guò)程中加入濾波算法，即在所述步驟AOl之后且所述步驟Α02之前，所述方法還包括下述步驟步驟AOl 1，對(duì)步驟AOl采樣的角度位置信息進(jìn)行濾波處理。因?yàn)樵搼?yīng)用的特殊性，必須要保證濾波前后卷針的最大及最小速度在表中的位置不能改變，否則卷針旋轉(zhuǎn)速度將產(chǎn)生相位偏移，因此這里選擇算術(shù)平均濾波法，根據(jù)下述公式對(duì)步驟AOl采樣的第η等份材料對(duì)應(yīng)的角度位置參數(shù)進(jìn)行濾波處理α η = ( α η_(Ν_1)/2+ α η_(Ν_1)/2+1+· · · + α η+· · · + α 計(jì)務(wù)…料+ α η+(Ν_1)/2) /N設(shè)χ= η-(N-I)/2，當(dāng) χ < 0 時(shí)，αχ= α _χ其中，α*為濾波后的角度位置參數(shù)，α采樣的原始角度位置參數(shù)，N為濾波參數(shù)， N取奇數(shù)。圖6為濾波前da/dL與濾波后da*/dL曲線(xiàn)對(duì)比。進(jìn)一步地，考慮到可能存在的機(jī)械滯后反應(yīng)，本發(fā)明予以增加一偏移參數(shù)α offset 來(lái)補(bǔ)償，即，在所述步驟B之后且所述步驟C之前，所述方法還包括下述步驟步驟Bi，對(duì)步驟B確定的角度位置參數(shù)進(jìn)行相位補(bǔ)償，再執(zhí)行步驟C。具體原理為將確定的角度位置參數(shù)提前一個(gè)相位，圖7為偏移前d α */dL與增加偏移后d(a 。ffsrt)/dL曲線(xiàn)對(duì)比示意圖。由于機(jī)械的滯后程度與角速度變化率d(d α */ dt)/dt成正比例關(guān)系，da*/dt與線(xiàn)速度v(dL/dt)成正比例關(guān)系，所以實(shí)際應(yīng)用可以給用戶(hù)開(kāi)放α。ffsrt，讓用戶(hù)根據(jù)機(jī)械狀況及速度調(diào)整具體數(shù)值。也可以給用戶(hù)開(kāi)放一個(gè)參數(shù)
offset_factor‘ 伺服驅(qū)動(dòng)器再根據(jù)線(xiàn)速度V計(jì)算出 α offset 。offset_factor*V*V 0圖8示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的電池卷繞裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，為了便于描述，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。參照?qǐng)D8，本發(fā)明實(shí)施例提供的電池卷繞裝置至少包括卷針81、伺服電機(jī)82、卷針角度位置采樣單元83、線(xiàn)速度設(shè)置單元84、卷針角度位置確定單元85、伺服驅(qū)動(dòng)器86，其中伺服電機(jī)82可帶動(dòng)卷針81轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)讓材料收卷于卷針81上，具體可講卷針1連接于伺服電機(jī)82的軸上，還可以包括滾輪87和連接滾輪87的編碼器88，轉(zhuǎn)繞材料通過(guò)滾輪 87被收卷，隨著轉(zhuǎn)繞材料的收進(jìn)，滾輪87隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器88用于對(duì)滾輪87的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以統(tǒng)計(jì)被收卷的轉(zhuǎn)繞材料的長(zhǎng)度。應(yīng)當(dāng)理解，具體實(shí)施時(shí)，還可以采用其他方式來(lái)統(tǒng)計(jì)被收卷的轉(zhuǎn)繞材料的長(zhǎng)度，并不局限于上述方式。如上文所述，對(duì)一種全新的轉(zhuǎn)繞材料進(jìn)行收卷時(shí)，需先進(jìn)行試收卷，以便統(tǒng)計(jì)每等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料被收卷時(shí)卷針相應(yīng)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息。上述卷針角度位置采樣單元83 與伺服電機(jī)82的軸連接，用于在預(yù)先將轉(zhuǎn)繞材料試收卷于卷針的過(guò)程中，每卷繞一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料即采樣一次伺服電機(jī)軸當(dāng)前所在的角度位置信息，并將采樣結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。線(xiàn)速度設(shè)置單元84接收外部控制器輸入的線(xiàn)速度信息或者用戶(hù)設(shè)定的線(xiàn)速度信息，并根據(jù)所述線(xiàn)速度信息在每一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度。對(duì)于需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度不一定是預(yù)存的每一等份材料長(zhǎng)度的整數(shù)倍的情況，具體參照上文所示的公式進(jìn)行計(jì)算。
卷針角度位置確定單元85根據(jù)線(xiàn)速度設(shè)置單元84計(jì)算得到的當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度，以及預(yù)存的每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息，確定卷針需轉(zhuǎn)動(dòng)到的目標(biāo)角度位置。例如，對(duì)于第一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料，從預(yù)存的信息中找到與之對(duì)應(yīng)的第一角度信息，對(duì)于第二等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料，從預(yù)存的信息中找到與之對(duì)應(yīng)的第二角度信息，依此類(lèi)推。伺服驅(qū)動(dòng)器86根據(jù)所述卷針角度位置確定單元確定的目標(biāo)角度位置，實(shí)時(shí)控制所述伺服電機(jī)在所述預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)帶動(dòng)所述卷針轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的目標(biāo)角度位置，以使轉(zhuǎn)繞材料恒線(xiàn)速地卷繞于所述卷針上。進(jìn)一步地，為優(yōu)化卷繞效果，本發(fā)明在采樣α的過(guò)程中加入濾波算法，上述卷針角度位置采樣單元83還用于根據(jù)下述公式對(duì)所述卷針角度位置采樣單元采樣得到第η等份材料對(duì)應(yīng)的角度位置參數(shù)的角度位置參數(shù)進(jìn)行濾波處理α *η = (α η_(Ν_1)/2+ α η_(Ν_1)/2+1+· · · + α η+· · · + α 肝妒 料+ α η+(Ν_1)/2) /N設(shè)χ= η-(N-I)/2，當(dāng) χ < 0 時(shí)，αχ= α _χ其中，α*為濾波后的角度位置參數(shù)，α采樣的原始角度位置參數(shù)，N為濾波參數(shù)， N取奇數(shù)。進(jìn)一步地，為提高響應(yīng)速度，避免出現(xiàn)機(jī)械滯后反應(yīng)，本發(fā)明在確定目標(biāo)角度位置后進(jìn)一步加入偏移補(bǔ)償，具體地，由卷針角度位置確定單元85對(duì)確定的目標(biāo)角度位置參數(shù)進(jìn)行相位補(bǔ)償。原理如上文所述，此處不再贅述。上述卷針角度位置采樣單元83、線(xiàn)速度設(shè)置單元84和卷針角度位置確定單元85 可以為軟件單元，如圖8Α所示置于伺服驅(qū)動(dòng)器86外，例如采用PLC (Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)實(shí)現(xiàn)，該P(yáng)LC可以通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器86讀取到伺服電機(jī)82 的角度位置信息并記錄轉(zhuǎn)繞材料長(zhǎng)度的編碼器信息，也可以?xún)?nèi)置于伺服驅(qū)動(dòng)器86之內(nèi)，如圖8B所示。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例預(yù)先通過(guò)采樣方式得到整個(gè)電池卷繞過(guò)程中的卷針轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息并保存，在實(shí)際卷繞過(guò)程中計(jì)算出能實(shí)現(xiàn)恒線(xiàn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的每等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料對(duì)應(yīng)的角速度，實(shí)現(xiàn)相對(duì)可靠的開(kāi)環(huán)控制。該方法可以大大減少前期對(duì)卷針的形狀計(jì)算量并消除了卷繞過(guò)程中卷針卷繞半徑加大導(dǎo)致前饋量誤差，同時(shí)相位補(bǔ)償?shù)氖褂靡灿兄诮鉀Q由于機(jī)器及材料原因?qū)е路答來(lái)憫?yīng)過(guò)低的問(wèn)題，大大提高了恒線(xiàn)速卷繞效果。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電池卷繞裝置的卷繞控制方法，所述電池卷繞裝置包括卷針、可帶動(dòng)所述卷針轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器；其特征在于，所述控制方法包括下述步驟步驟A，接收外部控制器輸入的線(xiàn)速度信息或者用戶(hù)設(shè)定的線(xiàn)速度信息，并根據(jù)所述線(xiàn)速度信息在每一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度；步驟B，根據(jù)所述當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度，以及預(yù)存的每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息，確定卷針需轉(zhuǎn)動(dòng)到的目標(biāo)角度位置；步驟C，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)確定的目標(biāo)角度位置，實(shí)時(shí)控制伺服電機(jī)在所述預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)帶動(dòng)卷針轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的目標(biāo)角度位置，以使轉(zhuǎn)繞材料恒線(xiàn)速地卷繞于卷針上。
2.如權(quán)利要求1所述的電池卷繞裝置的卷繞控制方法，其特征在于，在所述步驟A之前，所述方法還包括下述步驟步驟A01，預(yù)先將轉(zhuǎn)繞材料試收卷于卷針上，在卷繞過(guò)程中，每卷繞一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料即采樣一次伺服電機(jī)軸當(dāng)前所在的角度位置信息；步驟A02，將步驟AOl的采樣結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。
3.如權(quán)利要求2所述的電池卷繞裝置的卷繞控制方法，其特征在于，在所述步驟AOl之后且在所述步驟A02之前，所述方法還包括下述步驟步驟A011，根據(jù)下述公式對(duì)步驟AOl采樣的第η等份材料對(duì)應(yīng)的角度位置參數(shù)進(jìn)行濾波處理Q η = ( Q η-(N-I)/2+ Q η-(Ν_1)/2+1+· · · + Q η+· · · + Q η+(N-I)/2-14" Q η+(Ν_1)/2) /N設(shè)χ = η-(Ν-1)/2，當(dāng) χ < 0 時(shí)，αχ= α _χ其中，α*為濾波后的角度位置參數(shù)，α采樣的原始角度位置參數(shù)，N為濾波參數(shù)，N取奇數(shù)。
4.如權(quán)利要求2所述的電池卷繞裝置的卷繞控制方法，其特征在于，在所述步驟B之后且在所述步驟C之前，所述方法還包括下述步驟步驟Bi，對(duì)步驟B確定的角度位置參數(shù)進(jìn)行相位補(bǔ)償，再執(zhí)行步驟C。
5.一種電池卷繞裝置，包括卷針、可帶動(dòng)所述卷針轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，還包括一卷針角度位置采樣單元、一線(xiàn)速度設(shè)置單元、卷針角度位置確定單元；所述卷針角度位置采樣單元用于在預(yù)先將轉(zhuǎn)繞材料試收卷于卷針的過(guò)程中，每卷繞一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料即采樣一次伺服電機(jī)軸當(dāng)前所在的角度位置信息，并將采樣結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)；所述線(xiàn)速度設(shè)置單元用于接收外部控制器輸入的線(xiàn)速度信息或者用戶(hù)設(shè)定的線(xiàn)速度信息，并根據(jù)所述線(xiàn)速度信息在每一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度；所述卷針角度位置確定單元用于根據(jù)所述線(xiàn)速度設(shè)置單元計(jì)算得到的當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度，以及預(yù)存的每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息，確定卷針需轉(zhuǎn)動(dòng)到的目標(biāo)角度位置；所述伺服驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)所述卷針角度位置確定單元確定的目標(biāo)角度位置，實(shí)時(shí)控制所述伺服電機(jī)在所述預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)帶動(dòng)所述卷針轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的目標(biāo)角度位置，以使轉(zhuǎn)繞材料恒線(xiàn)速地卷繞于所述卷針上。
6.如權(quán)利要求5所述的電池卷繞裝置，其特征在于，所述卷針角度位置采樣單元還用于根據(jù)下述公式對(duì)所述卷針角度位置采樣單元采樣得到第η等份材料對(duì)應(yīng)的角度位置參數(shù)的角度位置參數(shù)進(jìn)行濾波處理Q η = ( Q η-(N-I)/2+ Q η-(Ν_1)/2+1+· · · + Q η+· · · + Q η+(N-I)/2-14" Q η+(Ν_1)/2) /N設(shè)χ = η-(Ν-1)/2，當(dāng) χ < 0 時(shí)，αχ= α _χ其中，α*為濾波后的角度位置參數(shù)，α采樣的原始角度位置參數(shù)，N為濾波參數(shù)，N取奇數(shù)。
7.如權(quán)利要求5所述的電池卷繞裝置，其特征在于，所述卷針角度位置確定單元還用于對(duì)確定的目標(biāo)角度位置參數(shù)進(jìn)行相位補(bǔ)償。
8.如權(quán)利要求5或7所述的電池卷繞裝置，其特征在于，所述卷針角度位置采樣單元、 線(xiàn)速度設(shè)置單元和卷針角度位置確定單元內(nèi)置于所述伺服驅(qū)動(dòng)器中。
全文摘要
本發(fā)明適用于電池制造技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種電池卷繞控制方法，包括下述步驟步驟A，根據(jù)接收的線(xiàn)速度信息在每一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度；步驟B，根據(jù)當(dāng)前需轉(zhuǎn)繞的目標(biāo)材料長(zhǎng)度，以及預(yù)存的每一等份長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)繞材料與伺服電機(jī)軸的角度位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息，確定卷針需轉(zhuǎn)動(dòng)到的目標(biāo)角度位置；步驟C，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)確定的目標(biāo)角度位置，實(shí)時(shí)控制伺服電機(jī)在預(yù)設(shè)的時(shí)間周期內(nèi)帶動(dòng)卷針轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的目標(biāo)角度位置，以使轉(zhuǎn)繞材料恒線(xiàn)速地卷繞于卷針上。本發(fā)明預(yù)先通過(guò)采樣得到整個(gè)電池卷繞過(guò)程中的卷針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度位置信息并保存，在實(shí)際卷繞時(shí)再計(jì)算出能實(shí)現(xiàn)恒線(xiàn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，可提高恒線(xiàn)速卷繞效果。
文檔編號(hào)H01M10/0587GK102437366SQ20111040998
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者江肖蘭, 池家武, 羅博 申請(qǐng)人:上海步科自動(dòng)化有限公司