自學(xué)習(xí)卷繞裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池、電容卷繞技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電池、電容卷繞控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電池、電容的制造過程中，需要將陽極箔、隔離膜以及陰極箔卷繞在一起構(gòu)成電芯，其工藝的核心之一就是保持卷繞過程中材料放卷的線速度恒定，使前端放卷可以達(dá)到良好的張力控制效果。對于圓形卷針，隨著卷繞長度的增加，卷繞半徑越來越大，如果卷針轉(zhuǎn)速恒定，線速度會越來越大；對于異形卷針，如果卷針轉(zhuǎn)速恒定，卷繞半徑的突變會導(dǎo)致線速度在一個周期內(nèi)劇烈波動，卷繞速度提高時，張力難以控制。
[0003]中國發(fā)明專利CN101841069B公開了一種方形二次電池電芯卷繞控制方法，通過對已知幾何形狀的卷針進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，獲得卷針處于每個位置下要得到恒定線速度的變轉(zhuǎn)速模型。實(shí)際卷繞時，將該模型計(jì)算的輸出作為前饋量，作為電機(jī)轉(zhuǎn)速指令的主要來源；另夕卜，通過實(shí)時讀取張力傳感器的反饋和目標(biāo)張力做PID，控制放卷電機(jī)運(yùn)行。
[0004]中國發(fā)明專利CN 102437366B公開了一種電池卷繞裝置及其卷繞控制方法，通過一個預(yù)先的試收卷步驟，在卷繞過程中，每卷繞一等份長度的轉(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，實(shí)際卷繞時，根據(jù)外部輸入線速度信息和預(yù)存的角度位置信息計(jì)算伺服電機(jī)需要轉(zhuǎn)動的目標(biāo)位置。
[0005]然而，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，存在以下問題:
[0006]通過標(biāo)轉(zhuǎn)速模型控制變速，需要預(yù)先獲得卷針的幾何形狀數(shù)據(jù)，無法靈活適應(yīng)各種異形卷針；另外，隨著卷繞層數(shù)的增加，由于卷繞材料張力、彈性、彎折度等原因，實(shí)際卷繞的外形會出現(xiàn)變化，建模很難模擬這種形變，最終導(dǎo)致線速度波動。
[0007]此外，通過試收卷后的前饋控制，在試收卷時必需要準(zhǔn)確獲取一份等長卷繞材料時料長編碼器和伺服電機(jī)軸的位置數(shù)據(jù)，如果異形卷針的卷繞半徑變化劇烈，試收卷時線速度會劇烈變化，線速度高時難以采集到準(zhǔn)確的一等份的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致最終的線速度控制效果打折；另外，完全采用前饋控制，卷繞過程中由于插入了極片或者料厚不均勻?qū)е碌木€速度誤差無法消除，而且這些因素會導(dǎo)致實(shí)際卷繞過程和試收卷過程時的卷繞形狀有區(qū)別，誤差會累積，卷繞的長度越長，控制效果越差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模，而且可以消除積累誤差，控制效果精確的卷繞裝置及方法。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種自學(xué)習(xí)卷繞裝置，包括用于記錄滾輪運(yùn)動位置的滾輪編碼器、用于記錄卷針運(yùn)動位置的卷針電機(jī)編碼器、虛擬主軸、電子凸輪模塊、凸輪表、卷繞控制模塊和自學(xué)習(xí)模塊；所述虛擬主軸與電子凸輪模塊連接，所述電子凸輪模塊和虛擬主軸分別與卷繞控制模塊連接；所述卷針電機(jī)編碼器和滾輪編碼器均與自學(xué)習(xí)模塊和卷繞控制模塊連接，所述自學(xué)習(xí)模塊和卷繞控制模塊還與卷針電機(jī)連接；所述自學(xué)模塊與凸輪表連接，所述凸輪表與電子凸輪模塊連接。
[0010]其中，所述自學(xué)習(xí)模塊包括電機(jī)驅(qū)動模塊、卷針電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)器、滾輪編碼器計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)處理模塊；所述電機(jī)驅(qū)動模塊與卷針電機(jī)連接；所述卷針電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)器與卷針電機(jī)編碼器連接，所述滾輪編碼器計(jì)數(shù)器與滾輪編碼器連接；所述卷針電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)器和滾輪編碼器計(jì)數(shù)器均與數(shù)據(jù)采集模塊連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)緩沖區(qū)連接，所述數(shù)據(jù)緩沖區(qū)與數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊與凸輪表連接。
[0011]其中，所述卷繞控制模塊包括位置環(huán)、速度環(huán)、轉(zhuǎn)矩環(huán)、差分模塊及線速度補(bǔ)償模塊；所述位置環(huán)一方面與電子凸輪模塊連接，另一方面與速度環(huán)連接；所述速度環(huán)與轉(zhuǎn)矩環(huán)連接，轉(zhuǎn)矩環(huán)與卷針電機(jī)連接；所述位置環(huán)和速度環(huán)還與卷針電機(jī)編碼器連接；所述差分模塊一方面與虛擬主軸連接，另一方面與線速度補(bǔ)償模塊連接，所述線速度補(bǔ)償模塊連接在速度環(huán)和轉(zhuǎn)矩環(huán)之間。
[0012]其中，所述電子凸輪模塊包括用于接收虛擬主軸的脈沖序列的主軸處理模塊以及用于讀取凸輪表數(shù)據(jù)并進(jìn)行插值計(jì)算的凸輪表數(shù)據(jù)處理模塊，所述主軸處理模塊與凸輪表數(shù)據(jù)處理模塊連接；所述主軸處理模塊與虛擬主軸連接，所述凸輪表數(shù)據(jù)處理模塊一方面與凸輪表連接，另一方面與卷繞控制模塊連接。
[0013]此外，本發(fā)明提供一種自學(xué)習(xí)卷繞方法，該方法分兩步執(zhí)行:
[0014]第一步，自學(xué)習(xí)過程，自學(xué)習(xí)模塊根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速驅(qū)動卷針電機(jī)運(yùn)行一個卷繞周期，周期性采集卷針電機(jī)編碼器與滾輪編碼器的反饋數(shù)據(jù)，采集完成后，對數(shù)據(jù)做坐標(biāo)變換，得到以滾輪為基準(zhǔn)等間距排列的滾輪-卷針位置對應(yīng)表，保存在凸輪表中；
[0015]第二步，卷繞執(zhí)行過程，虛擬主軸模塊根據(jù)設(shè)定的線速度生成虛擬主軸脈沖序列，驅(qū)動電子凸輪模塊運(yùn)行，電子凸輪模塊按照第一步中得到的凸輪表輸出位置指令到卷繞控制模塊；卷繞控制模塊完成電機(jī)驅(qū)動的三環(huán)運(yùn)算，同時采集滾輪編碼器反饋的線速度，與虛擬主軸差分得到的目標(biāo)線速度做PI運(yùn)算，其結(jié)果疊加到速度環(huán)輸出中。
[0016]其中，自學(xué)習(xí)過程可分為如下步驟:
[0017]步驟一，電機(jī)驅(qū)動模塊根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)地址和速度驅(qū)動卷針電機(jī)運(yùn)行；
[0018]步驟二，卷針電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)器和滾輪編碼器計(jì)數(shù)器在運(yùn)行過程中實(shí)時獲得卷針電機(jī)編碼器和滾輪編碼器的反饋位置；
[0019]步驟三，數(shù)據(jù)采集模塊判斷在判斷符合采集條件時，將讀到的同一時刻的兩個計(jì)數(shù)器的值寫入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；
[0020]步驟四，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)寫滿后，由數(shù)據(jù)處理模塊做坐標(biāo)變換，結(jié)果寫入凸輪表。
[0021]其中，在自學(xué)習(xí)過程的步驟三中，判斷是否符合采集條件的方法如下:
[0022]先驅(qū)動卷針電機(jī)到卷繞初始位置，將卷針電機(jī)編碼器和滾輪編碼器計(jì)數(shù)器清零，然后計(jì)算采集間距:采集間距=卷針運(yùn)行目標(biāo)距離/采集點(diǎn)數(shù)；
[0023]以希望卷針運(yùn)行的距離為目標(biāo)地址，使卷針電機(jī)在以較慢的速度運(yùn)行，在運(yùn)行過程中不斷讀取卷針電機(jī)和滾輪編碼器計(jì)數(shù)器，如果采集到卷針電機(jī)的增量大于等于采集間距，則將此時的卷針電機(jī)編碼器和滾輪編碼器數(shù)據(jù)保存到緩沖區(qū)的單元中；
[0024]重復(fù)讀取和判斷步驟，直到電機(jī)運(yùn)行到達(dá)目標(biāo)地址，此時所有緩沖區(qū)剛好填滿。
[0025]其中，在自學(xué)習(xí)過程的步驟四中，對緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)做坐標(biāo)變換的方法如下:
[0026]首先，計(jì)算滾輪數(shù)據(jù)點(diǎn)周期增量，滾輪總脈沖為X，凸輪表為N點(diǎn)，則滾輪數(shù)據(jù)點(diǎn)周期增量為X/N ；
[0027]然后，搜索緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以[X/N*n]為目標(biāo)，其中η為凸輪表的下標(biāo)；如果找到對應(yīng)的卷針數(shù)據(jù)正好為[Χ/Ν*η]則把卷針數(shù)據(jù)直接填入電子凸輪表對應(yīng)下標(biāo)為η的單元；如不存在正好相等的數(shù)據(jù)，則讀取小于[Χ/Ν*η]和大于[Χ/Ν*η]的兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)兩點(diǎn)的位置對卷針數(shù)據(jù)做線性插值，填入電子凸輪表。
[0028]其中，在卷繞執(zhí)行過程中，由差分模塊獲取主軸脈沖序列，并根據(jù)滾輪幾何信息計(jì)算出對應(yīng)的目標(biāo)線速度，線速度補(bǔ)償模塊采集滾輪編碼器數(shù)據(jù)，根據(jù)滾輪幾何信息計(jì)算出實(shí)際的線速度，目標(biāo)線速度和實(shí)際線速度做PI運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果疊加在凸輪驅(qū)動的速度環(huán)輸出中。
[0029]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明供的自學(xué)習(xí)卷繞裝置，能夠獲得的凸輪曲線包含了整個卷繞過程中的形狀、料厚等信息，可以適應(yīng)任意形狀的卷針，不需要對不同形狀卷針進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模；而且，本發(fā)明在卷繞過程中，在執(zhí)行凸輪曲線的基礎(chǔ)上，采集實(shí)際線速度與目標(biāo)線速度做PI運(yùn)算，可以調(diào)節(jié)料厚不均、中間插入極片等原因?qū)е碌木€速度波動，消除累積誤差。
【附圖說明】
[0030]圖1是現(xiàn)有電池電容卷繞裝置的簡化結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖2是本發(fā)明的自學(xué)習(xí)卷繞方裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0032]圖3是本發(fā)明的自學(xué)習(xí)模塊的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0033]圖4是本發(fā)明卷繞控制模塊的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0034]圖5是本發(fā)明的自學(xué)習(xí)過程的流程圖；
[0035]圖6是采集到緩沖區(qū)中待處理數(shù)據(jù)的一個例子；
[0036]圖7是圖6中數(shù)據(jù)處理后得到的凸輪表。
[0037]主要元件符號說明如下: