1.一种基于改进等效滑模控制的放卷张力波动抑制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:通过对放卷系统做动力学分析,基于质量守恒定律和胡克定律求得放卷张力模型,分析放卷辊的时变卷径模型,基于力矩平衡原理求得放卷辊速度模型和对辊速度模型;
S2:用饱和函数替换滑模趋近律中的符号函数,并分别对指数趋近律和幂次趋近律进行改进,将改进后的指数趋近律和幂次趋近律进行组合得到改进滑模趋近律,用于使系统快速趋近滑模面且有效削弱抖振;
S3:基于放卷张力误差系统设计积分型滑模面,求解使系统沿积分型滑模面稳定趋于状态原点的滑模控制律;
S4:将步骤S2得到的改进滑模趋近律作为切换控制项,将步骤S3得到的滑模控制律作为等效控制项,组合切换控制项和等效控制项得到改进等效滑模控制律,用于有效抑制放卷系统的张力波动。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进等效滑模控制的放卷张力波动抑制方法,其特征在于:所述步骤S1中,具体步骤为:S11:设放卷系统的基板为理想弹性体,基板横截面积为A,杨氏模量为E,基板纵向形变时A不变;基板与辊轴之间无滑动,基板速度与辊轴速度相同;基板在相邻驱动辊轴间的距离为L0,前驱动辊、后驱动辊的转速分别为v1、v2,前驱动辊之前的基板横截面积、密度、纵向应变和张力分别为A1、ρ1、ε1和T1,前驱动辊和后驱动辊之间的基板横截面积、密度、纵向应变和张力分别为A2、ρ2、ε2和T2,由质量守恒定律得:设基板未拉伸时的密度为ρ0,当基板应变极小时:ρ1≈(1‑ε1)·ρ0,ρ2≈(1‑ε2)·ρ0,代入上式得:
由胡克定律有:
T1=AEε1,T2=AEε2,代入上式得:
设放卷辊、对辊的速度分别为vu、vr,放卷辊和对辊之间的基板张力为放卷张力T,放卷辊的料卷内层基板摩擦引起的张力为T0,T0远小于T,取T0=0;放卷辊与对辊之间的基板跨距为L,代入上式得到放卷张力T的模型为:S12:设对辊的黏滞摩擦系数、转动惯量、角速度、半径、控制转矩分别为Bfr、Jr、ωr、Rr和Mr,放卷辊的黏滞摩擦系数、转动惯量、角速度、半径、控制转矩分别为Bfu、Ju、ωu、Ru和Mu;由力矩平衡方程求得对辊速度vr的模型:设基板厚度为h,放卷辊每旋转一圈卷径变化为h,通过单位时间内卷径变化与旋转圈数的关系求得放卷辊卷径Ru的模型:由力矩平衡方程和放卷辊的卷径模型求得放卷辊速度vu的模型为:
3.根据权利要求1所述的一种基于改进等效滑模控制的放卷张力波动抑制方法,其特征在于:所述的步骤S2中,具体步骤为:设s为滑模面,令ε>0,k>0,将指数趋近律表示为:令k>0,1>a>0,将幂次趋近律表示为:令μ>0,则饱和函数表示为:
以饱和函数sat(s)分别取代指数趋近律和幂次趋近律中的符号函数sgn(s)使系统输出平滑有界,并对指数趋近律和幂次趋近律进行改进;
在指数趋近律中加入|s|项,令ε1>0,将指数趋近律改进为:在幂次趋近律中修改系数项,令ε2>0,0<b<1,将幂次趋近律改进为:将上述两项相加得到改进的滑模趋近律:在改进滑模趋近律的控制下,系统状态离滑模面较远时,|s|>1,改进指数趋近律起主要作用,系统趋近滑模面的速度较快;当系统状态接近滑模面时,|s|<1,改进幂次趋近律起主要作用,系统趋近滑模面的速度变缓,有效地削弱了抖振。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于改进等效滑模控制的放卷张力波动抑制方法,其特征在于:所述步骤S3中,具体步骤为:设放卷张力为T,放卷张力的目标值为T0,放卷张力误差为e,放卷张力误差的变化率为则将滑模控制下的放卷张力误差系统表示为:e(t)=T‑T0,
为了保证系统的动态特性和稳定性,使系统状态一旦进入滑模面便沿滑模面稳定地趋向状态原点,令c1>0,c2>0,设计如下积分型滑模面:根据步骤S1中求得的放卷张力模型得到:对上式再次求导,联合对辊速度方程和放卷辊速度方程求得:根据滑模控制理论,令积分型滑模面 则有:求解上式得到滑模控制律为:
5.根据权利要求4所述的一种基于改进等效滑模控制的放卷张力波动抑制方法,其特征在于:所述步骤S4中,具体步骤为:S41:将步骤S2中求得的改进滑模趋近律作为切换控制项usw,a ‑b 2b‑1
usw=‑ε1|s|sat(s)‑ks‑2 ε2|s| sat(s),将步骤S3中求得的滑模控制律作为等效控制项ueq,将切换控制项usw与等效控制项ueq相加,得到改进等效滑模控制律:u=ueq+usw,
系统状态远离滑模面时切换控制项起作用,到达滑模面时等效控制项起作用,等效控制用于将系统状态保持在滑模面上有效抑制时变卷径和各种干扰导致的张力波动;
2
S42:构造正定函数V=s/2作为Lyapunov函数,对正定函数V进行求导得:将 代入上式得:
由上式得到, 当且仅当s=0时, 根据Lyapunov稳定性判定规则,系统轨迹渐近收敛到滑模面s=0,此时放卷张力误差系统的轨迹被驱动到所设计的滑模面并停留在该位置,进一步实现放卷张力误差系统渐近稳定。
6.一种计算机存储介质,其特征在于:其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序,该计算机程序执行如权利要求1至权利要求5中任意一项所述的一种基于改进等效滑模控制的放卷张力波动抑制方法。