机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法与流程

本发明涉及自动化控制，特别是涉及一种机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法。

背景技术：

1、在机场助航灯光电缆的生产过程中，确保缆芯位置的精确对齐和生产环境的水气平衡至关重要，这直接关系到电缆的质量和安全性能。然而，现有的制造技术往往依赖于人工调整和经验控制，这种方法不仅效率低下，而且容易出现偏差，难以满足高精度生产的要求。此外，环境条件的变化，如湿度和温度的波动，也会对生产过程产生不利影响，而现有技术通常缺乏动态调节能力来适应这些变化。

2、在实现本发明实施例过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题或缺陷：一是在生产过程中缆芯位置的控制不够精确，容易产生偏移，影响产品质量；二是环境水气状态调节不充分，无法适应生产过程中环境条件的快速变化；三是缺乏有效的实时反馈和优化机制，使得生产过程的调整不够及时，难以满足动态生产需求。

技术实现思路

1、本发明实施例旨在提供一种机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，以解决现有技术中所提出的技术问题。

2、本发明实施例解决其技术问题采用以下技术方案：

3、提供一种机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，包括：

4、建立机场助航灯光电缆生产辅助控制装置的动力学模型，得到生产过程中关于缆芯中心位置和环境水气平衡的合力矢量、合力矩矢量的第一表达式；

5、建立所述控制装置的虚拟控制模型，设定约束条件，基于所述合力矢量、合力矩矢量、第一表达式构建目标优化函数，求解满足约束条件的目标优化函数的最小值得到优化的控制参数；

6、基于缆芯的中心位置、环境的水气状态建立悬垂和水气平衡模型，通过控制算法得到修正的缆芯中心位置和水气平衡状态，通过算法优化得到缆芯的中心位置控制信号和环境水气平衡控制信号；

7、基于悬垂控制模块的输出调节单元和水气平衡控制模块的控制电机，接收控制信号并进行实时调节，实现对缆芯中心位置和生产环境水气平衡的精确控制。

8、进一步地，所述建立机场助航灯光电缆生产辅助控制装置的动力学模型，得到生产过程中关于缆芯中心位置和环境水气平衡的合力矢量、合力矩矢量的第一表达式包括：

9、将所述控制装置简化为单一控制单元，所述单一控制单元包含悬垂控制模块和水气平衡控制模块，所述悬垂控制模块和水气平衡控制模块与中央控制模块虚拟连接，忽略其他辅助模块的质量；

10、基于所述控制装置的悬垂控制模块、水气平衡控制模块、旋转角速度、缆芯中心位置、环境水气状态、中央控制模块的控制指令及其力矩建立所述动力学模型得到生产过程中关于缆芯中心位置和环境水气平衡的合力矢量、合力矩矢量的第一表达式。

11、进一步地，所述基于悬垂和水气平衡模型，通过控制算法得到修正的缆芯中心位置和水气平衡状态，包括：

12、通过悬垂控制模块的积分调节单元、比例调节单元和输出调节单元，以及水气平衡控制模块的下水阀控制单元、比例调节阀控制单元、控制电机、排气控制单元和沉渣排污控制单元，进行实时调节，以适应生产过程中缆芯中心位置的偏移和环境水气状态的变化。

13、进一步地，所述通过算法优化得到缆芯的中心位置控制信号和环境水气平衡控制信号包括：

14、基于悬垂控制模块和水气平衡控制模块的实时反馈数据，通过算法优化得到缆芯中心位置的控制信号，以及环境水气平衡的控制信号，确保生产过程中缆芯中心位置的稳定性和环境水气状态的适宜性。

15、进一步地，所述第一表达式通过下述方式得到：

16、

17、

18、其中，fm为缆芯中心位置的合力矢量，τm为缆芯中心位置的合力矩矢量，fi为第i个控制单元的控制力，ri为第i个控制单元作用点的位置向量，n为控制单元的数量。

19、进一步地，所述控制装置的虚拟控制模型的表达式通过如下方式得到：

20、q＝kp×(qd-q)+kv×(qd_dot-q_dot)+ka×(qd_ddot-q_ddot)+g

21、其中，kp为正定增益矩阵，q为实际的缆芯位姿矢量，qd为期望的缆芯位姿矢量，kv为正定阻尼系数矩阵，q_dot为实际的缆芯位姿速度矢量，ka为正定加速度前馈系数矩阵，qd_ddot为期望的缆芯位姿加速度矢量，g为控制装置的重力矢量。

22、7.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述目标优化函数由下述公式得到：

23、

24、其中，q为加权矩阵，α为整定系数矩阵，δ为优化的控制参数向量。进一步地，所述悬垂和水气平衡模型的表达式通过如下方式得到：

25、xf＝k1×(xend-xpend)+k2×(ψend-ψg)

26、其中，xf为修正的缆芯中心位置，xend为缆芯中心位置的期望值，xpend为缆芯中心位置的实际值，ψend为环境水气平衡的期望状态，ψg为环境水气平衡的实际状态，k1和k2为整定系数。

27、进一步地，通过下述公式计算得到控制单元的调节率：

28、

29、其中，v0为控制单元的期望调节速度，vk为控制单元的实际调节速度，s为控制单元的调节率。

30、进一步地，所述控制单元的调节模型的表达式通过如下方式得到：

31、u＝kp悬垂(θ悬垂d-θ悬垂)+kv悬垂(θ悬垂d_dot-θ悬垂_dot)+kτ悬垂τ悬垂ff

32、其中，kp悬垂和kv悬垂分别为悬垂控制模块的位置刚度和阻尼系数矩阵；θ悬垂d表示期望的悬垂调节角度向量，由期望的缆芯中心位置和姿态通过逆运动学确定；θ悬垂表示实际的悬垂调节角度向量；θ悬垂,d_dot和θ悬垂_dot分别为期望的和实际的悬垂调节角速度向量；kτ悬垂为悬垂控制模块的扭矩比例系数矩阵；τ悬垂ff为悬垂控制模块的力矩前馈项；u为悬垂控制模块的控制输入。

33、本发明的上述实施例至少具有以下有益效果：本机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法通过建立精确的动力学模型和虚拟控制模型，采用先进的控制算法和优化技术，可以显著提高缆芯中心位置的控制精度和生产环境的水气平衡调节能力。这种方法通过实时反馈和动态优化机制，能够快速响应生产过程中的任何变化，确保缆芯位置的稳定性和环境条件的适宜性，从而有效提升电缆产品的整体质量和生产效率。此外，本控制方法的实施可以减少对人工干预的依赖，降低生产成本，并提高生产的自动化水平。通过精确控制缆芯中心位置和环境水气状态，可以减少生产过程中的废品率，延长设备的使用寿命，同时提高生产安全性。这些有益效果不仅可以提升生产过程的经济效益，还可以为机场助航灯光电缆的制造提供更为可靠的技术支持。

1.一种机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述建立机场助航灯光电缆生产辅助控制装置的动力学模型，得到生产过程中关于缆芯中心位置和环境水气平衡的合力矢量、合力矩矢量的第一表达式包括：

3.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述基于悬垂和水气平衡模型，通过控制算法得到修正的缆芯中心位置和水气平衡状态，包括：

4.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述通过算法优化得到缆芯的中心位置控制信号和环境水气平衡控制信号包括：

5.根据权利要求2所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述第一表达式通过下述方式得到：

6.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述控制装置的虚拟控制模型的表达式通过如下方式得到：

7.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述目标优化函数由下述公式得到：

8.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述悬垂和水气平衡模型的表达式通过如下方式得到：

9.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，通过下述公式计算得到控制单元的调节率：

10.根据权利要求1所述的机场助航灯光电缆生产辅助控制装置控制方法，其特征在于，所述控制单元的调节模型的表达式通过如下方式得到：