[发明专利]基于扩张状态观测器的卷筒料印刷机料带张力测量方法

权利要求书

1.基于扩张状态观测器的卷筒料印刷机料带张力测量方法，其特征在于，首先根据摆辊机构转角与待测料带张力之间的力学关系，建立摆辊机构张力系统的数学模型；接着利用扩张状态观测器估计摆辊转角及其一阶、二阶导数，将摆辊转角及其一阶、二阶导数的估计值代入摆辊机构张力系统模型中，求出高精度料带张力值，具体包括如下步骤：

步骤1：建立摆辊机构张力系统数学模型；

步骤2：设计摆辊机构转角扩张状态观测器；

步骤3：计算摆辊机构中料带张力值。

2.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的卷筒料印刷机料带张力测量方法，其特征在于，步骤1：建立摆辊机构张力系统数学模型为：

式(1)中，T为摆辊机构中料带张力，J_D为摆辊和摆杆绕摆杆支撑点的等效转矩，θ为摆辊机构偏离平衡位置的转角，B为摆轴的阻尼系数，P为气缸压力，A为气缸活塞面积，K为气缸弹簧弹性系数，d_K为气缸摆臂长度，d_D为浮动辊摆臂长度。

3.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的卷筒料印刷机料带张力测量方法，其特征在于，步骤2：设计摆辊机构转角扩张状态观测器为：

根据摆辊机构张力系统数学模型，设计的扩张状态观测器为二阶观测器，其离散表达式如下：

式(2)中，e为跟踪误差、z₁、z₂、z₃为扩张状态观测器的输出量，分别用于估计θ、θ的一阶导数、θ的二阶导数；h为采样周期、δ为线性段的区间长度、β₁、β₂和β₃是扩张状态观测器的增益参数、α₁、α₂为幂次函数参数、fal(e,α,δ)为幂次函数，具体算法为：

式(3)中，sign(e)为符号函数。

4.根据权利要求3所述的基于扩张状态观测器的卷筒料印刷机料带张力测量方法，其特征在于，δ取值为0.01，β₁取值为采样周期h的倒数；α₁、α₂取值分别为0.6和0.3。

5.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的卷筒料印刷机料带张力测量方法，其特征在于，所述步骤3：计算摆辊机构中料带张力值，具体步骤为：

步骤3.1：采集k时刻的摆辊机构转角θ(k)、气缸压力P(k)；

步骤3.2：将θ(k)代入二阶扩张状态观测器，得到计算θ(k)的估计量z₁(k+1)、θ(k)的一阶导数估计量z₂(k+1)、θ(k)的二阶导数估计量z₃(k+1)，具体计算公式为：

式(4)中，β₂和β₃根据摆辊机构具体的模型参数调整得到，调整原则为使得z₂(k+1)、z₃(k+1)分别无超调跟踪θ(k)的一阶导数和二阶导数；

步骤3.3：将z₁(k+1)、z₂(k+1)、z₃(k+1)代入摆辊机构张力系统模型，分别取代θ(k)及θ(k)一阶、二阶导数，同时将P(k)代入摆辊机构张力系统模型，求取k时刻料带张力值T(k)，具体计算公式如下：