按頻次篩選的濾波方法和應用於上扣控制的方法及裝置製造方法

2023-08-04 13:25:51 1

按頻次篩選的濾波方法和應用於上扣控制的方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種自動化控制技術，本發明的採用按頻次篩選的濾波方法的上扣控制方法，包括如下步驟：啟動上扣動力元件；上扣動力元件上扣，對上扣力矩或反映上扣力矩的物理量進行分時多次採樣；計算所採集反映上扣力矩的信號值出現的頻次；比較各個信號值出現的頻次，將出現頻次最多的信號值作為濾波後的信號值輸出。本發明的上扣控制裝置，包括控制計算機，數據處理器、A/D轉換器、D/A轉換器、電流變送器、電機控制器、上扣電動機，控制計算機與數據處理器通過信號線連接，上扣電動機電流通過電流變送器輸出信號至A/D轉換器，A/D轉換器分別與控制器、D/A轉換器電連接。本發明解決了上扣過程中普遍存在的上扣不穩定的問題，極大的提高了上扣穩定性。
【專利說明】按頻次篩選的濾波方法和應用於上扣控制的方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種自動化控制技術，尤其涉及一種按頻次篩選的濾波方法及其應用 於上扣控制的方法及裝置。

【背景技術】
[0002] 自動控制系統需要採集控制對象的實時信號，現實情況中存在多種因素幹擾從而 使所採集到的信號存在噪聲，噪聲的存在會影響到控制系統的準確判斷，因此需要通過濾 波措施將這些噪聲去除。對於已掌握產生機理和規律的噪音（如：溫漂、零漂等），根據其 規律使用濾波方法非常方便。但對於偶發性信號，就很難準確判斷噪聲並去除，現有技術中 存在多種濾波方法，如：限幅濾波法、中位值濾波法、算數平均濾波法等等，這些濾波方法在 不同場合的信號處理方面的效果不同，但很少有能將噪音信號絕對去除掉，從而造成輸出 的信號或多或少存在偏離，在某些對控制信號準確性要求較高的情況下，這種偏離便會造 成相當大的影響。
[0003] 以上扣式油管試壓機的絲扣上緊控制為例，上扣式油管試壓機採用上緊油管兩端 絲扣的方式將被試壓的油管固定並密封，主要控制方式是在上扣的同時檢測上扣力矩，當 上扣力矩達到設定值時，認為已上緊，停止上扣。由於環境中存在電磁幹擾等因素，上扣過 程中檢測到的信號存在瞬間非正常波動，傳統的濾波方法對採集的信號進行限幅、相加和 取平均值等方式運算，由於噪音信號也包含在運算範圍內，所以輸出的中間量始終與實際 值存在偏差；假如噪音影響中間量偏差高過設定值，上扣工作便會提前停止，從而導致絲扣 上不緊，影響了絲扣的固定強度和密封性；如果中間量偏低，上扣工作便會在力矩超過設定 值時停止，從而導致絲扣上的過緊，增加卸扣時的難度，嚴重時會損傷絲扣。絲扣的上緊程 度需要恰到好處，絲扣上的過緊或不緊都會帶來不良影響。
[0004] 以上以上扣油管試壓機的絲扣上緊控制系統為例介紹了輸出信號偏離實際值所 造成的影響，這種不良影響不僅僅存在於絲扣上緊的工作中，在其他對控制精度要求較高 的場合下同樣存在。


【發明內容】

[0005] 本發明提供一種按頻次篩選的濾波方法，這種濾波方法可以避免現有技術中對噪 音信號不能有效去除的問題。
[0006] 本發明的按頻次篩選的濾波方法的技術方案包括如下步驟：
[0007] (1)對檢測對象分時進行多次採樣；
[0008] (2)計算採集的信號在全部採樣中出現的頻次；
[0009] (3)比較各個信號頻次，將出現頻次最多的信號作為濾波後的信號輸出。
[0010] 短時間內採樣信號是穩定的，噪音僅在偶然時刻出現，採樣信號偶爾會受到噪音 幹擾而出現波動。對檢測對象進行多次採樣，按照統計規律所反映的情況是穩定信號出現 的頻次最多，偶爾受噪聲幹擾的信號出現頻次較少；按照這個規律將出現頻次最多的數值 提取出來並作為濾波後的信號輸出，此種濾波方式在根本上消除了噪音的幹擾，在信號處 理特別是正常情況幅值恆定的條件下效果優勢明顯。
[0011] 本發明的另一個目的，提供一種採用按頻次篩選的濾波方式的上扣方法，通過對 上扣信號進行按頻次篩選，將穩定的數據用於上扣扭矩控制，解決了上扣過程中普遍存在 的上扣不穩定的問題，極大地提高了上扣穩定性。
[0012] 本發明按頻次篩選的濾波方法應用於上扣控制的方法包括如下步驟：
[0013] (1)啟動上扣動力元件；
[0014] (2)上扣動力元件上扣，對上扣力矩或反映上扣力矩的物理量進行分時多次採 樣；
[0015] (3)計算所採集反映上扣力矩的信號值出現的頻次；
[0016] (4)比較各個信號值出現的頻次，將出現頻次最多的信號值作為濾波後的信號值 輸出。
[0017] 在沒有幹擾正常上扣過程的力矩值是近乎恆定的，反映在信號波形上是近乎直線 波，環境中的幹擾因素在波形上反映是脈衝波，在統計規律上反映是異常信號的出現頻次 較少，按照這個規律將出現頻次最多的數值提取出來並作為本區段有用信號輸出，便會完 全消除掉受噪聲幹擾的信號的影響，在根本上消除了噪音的幹擾。
[0018] 絲扣上緊時，上扣阻力會快速增大，為保證密封性能，同時也不至於損傷絲扣，應 使上扣動作在絲扣上緊到一定程度時停止上扣，在控制上使上扣動力元件在上扣阻力快速 增大時停機，為達到此目的，將步驟（4)中的輸出信號值稱為中間量，將中間量加上修正值 後作為比對值，將上扣過程中反映上扣力矩的信號實測值與比對值進行比較，一旦大於或 等於上述比對值，便認定絲扣已上緊，上扣動力元件停止上扣。
[0019] 中間量的修正為中間量加上修正值，修正值的設定,可以保證上扣動作在絲扣上 緊達到一定程度時停機，修正值在相關規範和設計準則中已有所規定，本領域技術人員可 以根據其應用場合具體設置。
[0020] 在實際應用過程中，上扣動力元件的種類有多種選擇，如：液壓馬達、氣動馬達、電 動機等，作為本發明上扣控制方法實現的一種較佳方式：上扣動力元件採用電動機。採用液 壓馬達或氣動馬達作為上扣動力部件時，需要增設液壓源或氣源，採用電動機做為上扣動 力元件，不需要為其增設其他動力，簡化了動力和控制系統，控制更加容易和方便。
[0021] 可以採用電動機的電流值表徵上扣阻力，使用電動機作為上扣動力元件時，電動 機的電流值反映上扣阻力的變化，相應的：步驟（2)中採樣的對象是上扣動力元件的電流 值，即電動機的電流值。
[0022] 測量上扣力矩的傳統方式是力矩傳感器，採用力矩傳感器時，必須要配置相關檢 測元件和電路，在控制上較為複雜。採用電動機的電流值來反映上扣力矩，只需要採用電流 互感器將電流轉換便可，系統設置更加方便，也簡化了系統，控制起來更加方便。
[0023] 優選的，上扣動力部件是力矩電機。力矩電機的轉矩恆定，採用力矩電機上扣，可 以保證上扣過程中轉矩的穩定，有助於保護絲扣和上扣精度。
[0024] 電機啟動時，會產生較大的啟動電流，啟動電流一般會高於正常的上扣電流數倍； 啟動後小車會帶動電機向絲扣運動，在尚未接觸到絲扣之前電機處於空轉狀態，空轉電流 會低於正常的上扣電流，為避免啟動電流和空轉電流的影響，步驟（2)中採樣在上扣動力 元件運轉正常且開始上扣之後進行。
[0025] 本發明的另一個目的是提供一種採用按頻次篩選的濾波方式的上扣裝置，包括 控制計算機，數據處理器、A/D轉換器、D/A轉換器、電流變送器、電機控制器、上扣電動機， 控制計算機與數據處理器通過信號線連接，上扣電動機電流通過電流變送器輸出信號至A/ D轉換器，A/D轉換器分別與數據處理器、D/A轉換器電連接，D/A輸出信號至電機控制器並 通過電機控制器來控制上扣電動機。
[0026] 採樣本發明的技術方案對油管進行上扣時，油管的兩端都設置有螺紋，可以採用 以下技術方案：上扣電動機的數量為2個，電流變送器和電機控制器的數量也分別是2個， 其對應連接關係為：上扣電動機I電流通過電流變送器I輸出信號至A/D轉換器，上扣電 動機II電流通過電流變送器II輸出信號至A/D轉換器，D/A轉換器輸出信號分別至電機控 制器I、電機控制器II，達到控制上扣電動機I、上扣電動機II扭矩的目的。採用以上技術 方案，可以米用一套控制系統控制兩個上扣電動機上扣，實現間單，協調控制各易。
[0027] 作為本上扣裝置的一種改進，所述電動機的類型為力矩電機。力矩電機的轉矩恆 定，採用力矩電機上扣，可以保證上扣過程中轉矩的穩定，有助於保護絲扣和上扣精度。
[0028] 採用力矩電機進行上扣時，所述電機控制器可以採用可控矽調壓器。採用可控矽 調壓器作為電機控制器，通過控制導通角可以方便的控制力矩電機的輸入電壓，進而控制 上扣轉矩。
[0029] 所述數據處理器的作用是用於對檢測到的信號進行數據處理、接收並處理控制計 算機的指令，作為所述數據處理器的一種較佳實施方式，所述數據處理器的類型是可編程 控制器。採用可編程控制器可以方便的對數據進行預處理，同時對整機設備進行控制。
[0030] 上扣式油管試壓機採用上緊油管兩端絲扣的方式將被試壓的油管固定並密封，絲 扣的上緊程度需要恰到好處，上的過緊容易損傷絲扣，在卸扣時也有困難；上的過松容易導 緻密封不嚴，一般通過控制上緊扭矩來控制絲扣的上緊程度。主要控制方式是在上扣的同 時檢測上扣的實時電流，將檢測到的電流信號進行數據處理運算與判斷得到最終參照值， 一旦檢測到的電流信號大於或等於上述的參照值，便認為絲扣已上緊，停止上扣。此種控制 方法不僅存在於上扣式油管試壓機的應用場合，也廣泛存在於其他需要控制絲扣緊固程 度的場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明應用於力矩電機上扣的控制方法工作流程圖；
[0032] 圖2是本發明力矩電機實施的上扣裝置系統拓撲圖；
[0033] 圖3是本發明力矩電機上扣時的電流波形圖；
[0034] 圖4是本發明應用於油管上扣時的上扣裝置系統拓撲圖。

【具體實施方式】
[0035] 本實施方式中的上扣動力元件是力矩電機，其系統組成如圖2所示：
[0036] 其包括控制計算機、數據處理器（可編程控制器）、A/D轉換器、D/A轉換器、電流 變送器、電機控制器（可控矽調壓器）、上扣電動機（力矩電機），可編程控制器（三菱或 西門子系列）與控制計算機通過專用編程電纜（SC-09)進行通訊，控制計算機需有COM接 口，控制計算機安裝組態王，可以在組態界面上設置上扣電流修正值和顯示力矩電機電流， 力矩電機電流通過電流變送器（科立恆KCE-IJ03系列）輸出0-10V信號至A/D轉換器，模 塊採集換算為上扣電流（0-30A)，D/A轉換器輸出0-10V信號至力矩控制器（TMA系列北崎 宏），控制力矩控制器可控矽導通角從而改變力矩電機（YLJ系列）電壓值，達到控制力矩電 機扭矩的目的。力矩電機的正反轉控制依靠兩個接觸器來實現。
[0037] 本實施例中括號中是具體的器件型號和取值，實際應用過程中，本領域技術人員 可以根據具體的要求進行變換。
[0038] 當採用本發明裝置對油管進行上扣控制時，可採用如圖4的配置方式，上扣電動 機的數量為2個，電流變送器和電機控制器的數量也分別是2個，其對應連接關係為：上扣 電動機I電流通過電流變送器I輸出信號至A/D轉換器，上扣電動機II電流通過電流變送 器II輸出信號至A/D轉換器，D/A轉換器輸出信號分別至電機控制器I、電機控制器II，達 到控制上扣電動機I、上扣電動機II扭矩的目的。
[0039] 如圖1所示，採用上述上扣控制裝置進行按頻次篩選的濾波方法的上扣控制方 法，包括如下步驟：
[0040] (1)啟動上扣動力元件；
[0041] (2)上扣動力元件上扣，對上扣力矩或反映上扣力矩的物理量進行分時多
[0042] 次採樣；
[0043] (3)計算所採集反映上扣力矩的信號值出現的頻次；
[0044] (4)比較各個信號值出現的頻次，將出現頻次最多的信號值作為濾波後的信號值 輸出。
[0045] 在上扣開始之前，操作人員首先在試壓機操作臺上選擇試壓油管種類，然後在控 制計算機參數設置窗口中對不同種類的油管的上扣參數進行設置。這些參數包括：上扣扭 矩、上扣電流修正值等。
[0046] 當油管進入試壓機內，試壓機夾具將油管夾緊定位，兩端小車前進，同時，力矩電 機正轉，當公扣端和接箍端進行上扣時，開始計時並分多次採集上扣電流（如圖3所示）。 [0047] 本實施例中，採樣時刻設定為電機開始運行並接觸到管端之後，避開了力矩電機 的啟動和空轉電流，保證上扣電流採樣值的準確性。
[0048] 數據存放可編程控制器內部存儲地址，計時時間到採集結束，對採集的數據進行 篩選處理，首先，存儲區的數據進行檢索比較，計算相同數值的個數，然後，再找出個數最大 的數值對應的數值，即把此數值作為中間量。
[0049] 本實施例中，對採樣次數設定為10次，採樣間隔設定為0. 2 - 0. 3s。
[0050] 將中間量加上電流修正值後與設定力矩對應的電流設定值進行比較，一旦大於或 等於上述設定值，則認定絲扣已上緊，上扣力矩電機停止上扣。
[0051] 本實施例中，電流修正值設定為0.5A。
[0052] 當正常上扣電流值大於或等於中間量加上上扣電流修正值時，停止力矩電機，進 入試壓環節，當試壓結束，力矩電機反轉，進行卸扣，同時拖動小車後退，鬆開夾具，將油管 翻出試壓機。
【權利要求】
1. 一種按頻次篩選的濾波方法，其特徵在於，包括如下步驟： (1) 對檢測對象分時進行多次採樣； (2) 計算採集的信號在全部採樣中出現的頻次； (3) 比較各個信號頻次，將出現頻次最多的信號作為濾波後的信號輸出。
2. -種採用按頻次篩選的濾波方法的上扣控制方法，其特徵在於，包括如下步驟： (1) 啟動上扣動力元件； (2) 上扣動力元件上扣，對上扣力矩或反映上扣力矩的物理量進行分時多次採樣； (3) 計算所採集反映上扣力矩的信號值出現的頻次； (4) 比較各個信號值出現的頻次，將出現頻次最多的信號值作為濾波後的信號值輸出。
3. 根據權利要求2的所述的上扣控制方法，其特徵在於，將步驟（4)中的輸出信號值稱 為中間量，將中間量加上修正值後作為比對值，將上扣過程中反映上扣力矩的信號實測值 與比對值進行比較，一旦大於或等於上述比對值，便認定絲扣已上緊，上扣動力元件停止上 扣。
4. 根據權利要求2或3所述的上扣控制方法，其特徵在於，上扣動力元件採用電動機， 步驟（2)採樣的對象是上扣電動機的電流值。
5. 根據權利要求3所述的上扣控制方法，其特徵在於，步驟（2)中採樣在上扣動力元件 運轉正常且開始上扣之後進行。
6. -種上扣控制裝置，其特徵在於，包括控制計算機，數據處理器、A/D轉換器、D/A轉 換器、電流變送器、電機控制器、上扣電動機，控制計算機與數據處理器通過信號線連接，上 扣電動機電流通過電流變送器輸出信號至A/D轉換器，A/D轉換器分別與數據處理器、D/A 轉換器電連接，D/A轉換器輸出信號至電機控制器並通過電機控制器來控制上扣電動機。
7. 根據權利要求6所述的上扣控制裝置，其特徵在於，上扣電動機的數量為2個，電流 變送器和電機控制器的數量也分別是2個，其對應連接關係為：上扣電動機I電流通過電 流變送器I輸出信號至A/D轉換器，上扣電動機II電流通過電流變送器II輸出信號至A/D 轉換器，D/A轉換器輸出信號分別至電機控制器I、電機控制器II，機控制器I、電機控制器 II分別控制上扣電動機I、上扣電動機II的扭矩。
8. 根據權利要求6或7所述的的上扣控制裝置，其特徵在於，所述上扣電動機採用力矩 電機。
9. 根據權利要求6或7所述的上扣控制裝置，其特徵在於，所述電機控制器採用可控矽 調壓器。
10. 根據權利要求6或7所述的上扣控制裝置，其特徵在於，所述數據處理器的採用可 編程控制器。
【文檔編號】H02P5/00GK104156014SQ201410389508
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月9日 優先權日:2014年8月9日
【發明者】張遠, 鄒波, 董寧, 褚維禮, 姜仲德, 郝敬利, 蔡希武 申請人:青島中瑞泰軟控技術有限公司