一種自動研磨控制方法及系統的製作方法
2023-12-01 03:28:41 1
一種自動研磨控制方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種自動研磨控制方法及系統，其中系統包括PID算法控制器，所述PID算法控制器的輸出端與電機控制器的輸入端電連接，所述電機控制器的輸出端與直流電機的輸入端電連接，所述直流電機的輸出端與研磨裝置連接，且所述直流電機的輸出端設有用於將電機輸出轉速測量並轉換成模擬信號的測速裝置，所述測速裝置的輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接。本發明提供的自動研磨控制系統有高速生產、節能生產、高精度生產、可靠性生產和安全生產等特點，是一個以速度環為反饋，以電流環和溫度環為保護的閉環系統，能高效可靠的用於研磨生產，提高生產效率，創造社會效益。
【專利說明】一種自動研磨控制方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及研磨系統，具體是一種自動研磨控制方法及系統。
【背景技術】
[0002]在現代飛速發展的企業生產時代，高效生產機器成為每一個企業生產追求。研磨機也不例外。現代的高效，要求研磨機，以短時間、低加工成本來加工出高質量產品。短時間生加工大批量產品，這就要求研磨機要有較大容量，或者是運行速度快等特點。中型研磨機加大容量必然大幅度提高成本，所以從節省成本的方面考慮，加快運行素的是比較經濟的方法。
[0003]生產耗能是一個企業不得不考慮的問題。採用串電阻調速，不管從能源效率角度來看，還是從生產成本來看，都是不可取的。再者，串電阻調速系統加工精度方面除了磨具的質量有影響外，磨具的運行方式也佔很大的影響比重。研磨加工首先要求的磨具穩定，包括速度穩定，轉矩穩定。其次，磨具的動作可調節性強。而且運行時候要有一個可靠的控制算法來作為控制核心。
[0004]綜上所述，現代生產對研磨機要求有:高速生產、節能生產、高精度生產、可靠生產和安全生產。
【發明內容】
[0005]本發明的首要目的是提供一種研磨速度可調的，輸出力矩和轉速穩定，並且要具有高效、節能、安全、穩定的自動研磨控制方法及系統系統，為實現上述目的本發明的具體方案如下:
[0006]一種自動研磨控制系統，包括PID算法控制器，所述PID算法控制器的輸出端與電機控制器的輸入端電連接，所述電機控制器的輸出端與直流電機的輸入端電連接，所述直流電機的輸出端與研磨裝置連接，且所述直流電機的輸出端設有用於將電機輸出轉速測量並轉換成模擬信號的測速裝置，所述測速裝置的輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接。
[0007]優選的，還包括用於對所述電機控制器溫度進行測量並轉換成模擬信號的溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊的輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接。
[0008]優選的，還包括電流檢測模塊，所述電流檢測模塊的輸入端與所述直流電機的輸入端電連接，輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接。
[0009]優選的，還包括減速機，所述減速機設於所述直流電機的輸出端與研磨裝置之間，所述測速裝置為編碼器，所述編碼器設於所述減速機中。
[0010]優選的，所述直流電機為他勵直流電機、並勵直流電機、串勵直流電機或復勵直流電機。
[0011]一種自動研磨控制方法，包括以下步驟:
[0012]通過測速裝置檢測直流電機或與直流電機相連的減速機轉速，並將轉速轉換成模擬信號反饋至PID算法控制器；
[0013]PID算法控制器內的比較器比較預定的轉速設定值與接收到的轉速信號，得到誤差值，根據誤差值計算控制字；
[0014]加載濾波參數指令，裝載PID參數；
[0015]發送控制字，包括比例周期Kp，採樣周期Kd，積分周期Ki及積分上限控制參數il ;
[0016]按控制字的配置逐個發送參數；
[0017]更新PID參數指令；
[0018]PID算法控制器的輸出經過電機控制器驅動直流電機運行。
[0019]優選的，所述控制字高字節配置微分周期採樣間隔，低字節配置需要裝載的PID參數。
[0020]本發明提供的自動研磨控制系統有高速生產、節能生產、高精度生產、可靠性生產和安全生產等特點，是一個以速度環為反饋，以電流環和溫度環為保護的閉環系統，能高效可靠的用於研磨生產，提高生產效率，創造社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明的不當限定，在附圖中:
[0022]圖1為本發明實施例系統結構示意圖；
[0023]圖2為本發明實施例PID算法控制器初始化流程圖；
[0024]圖3為本發明實施例PID控制字結構圖；
[0025]圖4為本發明實施例PID算法控制器波特圖；
[0026]圖5為本發明實施例PID算法控制器運動軌跡初始化的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
[0028]實施例
[0029]如圖1所示，一種自動研磨控制系統，包括PID算法控制器、電機控制器、直流電機以及測速裝置，所述PID算法控制器包括比較器、比例器、積分器以及微分器，以比較器的輸入端作為所述PID算法控制器的輸入端，比較器的輸出端則分別電連接於比例器、積分器以及微分器的輸入端，比例器、積分器以及微分器的輸出端則作為所述PID算法控制器的輸出端與電機控制器的輸入端電連接，所述電機控制器的輸出端與直流電機的輸入端電連接，直流電機可以是他勵、並勵、串勵、復勵直流電機，所述直流電機的輸出端與研磨裝置連接，且所述直流電機的輸出端設有用於將電機輸出轉速測量並轉換成模擬信號的測速裝置，本實施例中測速裝置為編碼器，所述測速裝置的輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接。
[0030]由上述實施例方案可知，本系統為閉環控制系統，採用解析度較高的編碼器作為速度的閉環反饋，控制對象是直流電機，用戶設定目標轉速，直流電機的轉速通過編碼器反饋至控制系統，反饋值與設定值比較之後，控制系統通過PID算法來控制直流電機的轉速，使之很快的跟隨給定值。直流電機的調速使用調壓調速，以改變PWM波的佔空比來改變輸出電壓的大小，隨著PWM技術的研究發展，小容量直流電機調壓驅動可採用電晶體驅動，並採用高頻調製波控制電晶體通斷，使直流電機工作在電流連續的環境下，從而保證了直流電機轉矩和轉速的穩定。
[0031]作為上述實施例方案的改進，還包括用於對所述電機控制器溫度進行測量並轉換成模擬信號的溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊的輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接，達到保護電機控制器的目的。
[0032]作為上述實施例方案的改進，還包括電流檢測模塊，所述電流檢測模塊的輸入端與所述直流電機的輸入端電連接，輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接，電流檢測模塊的保護是和預先設定的閥值電流對比，判斷是否過流運行。
[0033]由於本系統是研磨系統，電機輸出的力矩要求較大，而且研磨過程中系統的運行受研磨的材料影響較大，若研磨材料中出現較硬的雜質或者硬塊，很可能會造成電機的輸出力矩不足而堵轉。我們知道，本系統電機的控制是運用PID算法，電機堵轉之後，反饋回來的轉速為0，與設定速度相差非常大，所以控制器的輸出的電壓迅速增加來迫使輸出轉速達到目標設定轉速。若此時電機的輸出力矩依然不能碾動研磨材料的話，依然會堵轉，並且輸出電壓繼續加大，此時勢必控制器電流加大，溫度升高，最終會造成燒毀控制系統的不可挽回後果，因此作為上述實施例方案的改進，為了避免這種後果的出現，本系統增加了溫度檢測模塊和電流檢測模塊。當輸出有堵轉情況的時候，電流檢測模塊的保護開始起作用，但並不是馬上停止控制器的輸出，而是有效的控制電流的增加，避免迅速飆升；增加到一定程度之後，若還不能解決堵轉，控制器的溫度就會上升到上限值，觸動溫度檢測模塊的保護，停止控制器的輸出，並且發出報警信號。電流檢測模塊和溫度檢測模塊的雙環保護，使研磨系統能穩定、高效、安全的運行，是不可缺少的。
[0034]作為上述實施例方案的改進，還包括減速機，所述減速機設於所述直流電機的輸出端與研磨裝置之間，所述測速裝置為編碼器，直流電機應採用解析度較高的編碼器作為速度的閉環反饋，即直流電機主軸每旋轉一圈就產生足夠的計數脈衝來反饋到控制端。編碼器解析度太低，電機低速運行時，誤差較大。解析度太高，則電機在高速運行時，有丟失脈衝的可能，所述編碼器設於所述減速機中。編碼器反饋的速度是減速箱輸出的速度。這樣選型和設置的原因是因為，本系統是研磨系統，工作時產生的粉塵比較多，若將編碼器置於負載輸出端，研磨時產生的粉塵必定會遮擋住編碼器的檢測裝置，造成編碼誤差。因此，把編碼器置於減速箱內，能很好的解決這個問題，而且減速比的恰當選擇能很好的保證誤差。當轉速為10RPM時每圈脈衝誤差為r|=xl00%=0.3% (320.4為轉速10RPM時，編碼器的脈衝頻率X = 320.4 Hz).當轉速為300RPM
時，每圈脈衝誤差為X '100% = 0,01? (9612.4為轉速300RPM時，編碼器的脈衝頻率，其中，3249:169是電機的減速比，編碼器檢測的轉速是減速後輸出的轉速，°。:」。X = 9612,1 ff2)。可見，這樣的誤差對研磨系統來說是絕對可以接受的。
[0035]本實施例中的直流電機為為他勵直流電機、並勵直流電機、串勵直流電機或復勵直流電機，通過控制其輸入電壓來去驅動直流電機是一個非常理想的驅動方式，調壓控制都比串電阻調速要好。
[0036]如圖2所示，上述自動研磨控制系統的控制方法包括以下步驟:
[0037]通過測速裝置檢測直流電機或與直流電機相連的減速機轉速，並將轉速轉換成模擬信號反饋至PID算法控制器；
[0038]PID算法控制器內的比較器比較預定的轉速設定值與接收到的轉速信號，得到誤差值，根據誤差值計算控制字；
[0039]加載濾波參數指令，裝載PID參數；
[0040]發送控制字，包括比例周期Kp，採樣周期Kd，積分周期Ki及積分上限控制參數il ;
[0041]按控制字的配置逐個發送參數；
[0042]更新PID參數指令；
[0043]PID算法控制器的輸出經過電機控制器驅動直流電機運行。
[0044]上述控制方案中，控制字格式如圖3，高字節配置微分周期採樣間隔，低字節配置需要裝載的PID參數。高字節是是微分採樣間隔Ts，T是採樣間隔Ts = TX (I?255), fclk是工作時鐘頻率。
[0045]如圖4所示，PID濾波器的波特圖。從圖中，可以看到比例周期Kp起到調節比例增益的作用。採樣周期Kd增大了系統的帶寬，但其更重要的作用是在控制環處於高頻段時，增加相位的超前。對於一個相位滯後的電機控制系統來說，Kd可以改善系統的穩定性。積分周期Ki提供一個很高的積分增益直接地減少了系統的靜態誤差，但會在低頻段使相位滯後。因此PID參數的整定一定要根據系統的實際要求。
[0046]如圖5所示，這個初始化的意義在於決定電機是以哪一種方式運行，速度模式和位置模式。首先，主控單元先發送控制命令。然後配置一個適合的控制字，當中包括運行模式的選擇，需要裝載的參數和停轉模式的選擇。開發者可根據控制系統需要配置。在運行過程中，只要電機當前設定運動結束，就可以重新配置控制字，實現不同時間不同模式控制。和前面介紹的PID初始化一樣，發送完控制字後，就馬上發送要裝載參數的值。一切就緒後，發送控制開始運動指令，電機就會馬上運轉。
[0047]以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用於幫助理解本發明實施例的原理；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在【具體實施方式】以及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【權利要求】
1.一種自動研磨控制系統，其特徵在於: 包括PID算法控制器，所述PID算法控制器的輸出端與電機控制器的輸入端電連接，所述電機控制器的輸出端與直流電機的輸入端電連接，所述直流電機的輸出端與研磨裝置連接，且所述直流電機的輸出端設有用於將電機輸出轉速測量並轉換成模擬信號的測速裝置，所述測速裝置的輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接。
2.如權利要求1所述的自動研磨控制系統，其特徵在於: 還包括用於對所述電機控制器溫度進行測量並轉換成模擬信號的溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊的輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接。
3.如權利要求1所述的自動研磨控制系統，其特徵在於: 還包括電流檢測模塊，所述電流檢測模塊的輸入端與所述直流電機的輸入端電連接，輸出端與所述PID算法控制器的輸入端電連接。
4.如權利要求1所述的自動研磨控制系統，其特徵在於: 還包括減速機，所述減速機設於所述直流電機的輸出端與研磨裝置之間，所述測速裝置為編碼器，所述編碼器設於所述減速機中。
5.如權利要求1所述的自動研磨控制系統，其特徵在於: 所述直流電機為他勵直流電機、並勵直流電機、串勵直流電機或復勵直流電機。
6.一種自動研磨控制方法，其特徵在於包括以下步驟: 通過測速裝置檢測直流電機或與直流電機相連的減速機轉速，並將轉速轉換成模擬信號反饋至PID算法控制器； PID算法控制器內的比較器比較預定的轉速設定值與接收到的轉速信號，得到誤差值，根據誤差值計算控制字； 加載濾波參數指令，裝載PID參數； 發送控制字，包括比例周期Kp，採樣周期Kd，積分周期Ki及積分上限控制參數il ； 按控制字的配置逐個發送參數； 更新PID參數指令； PID算法控制器的輸出經過電機控制器驅動直流電機運行。
7.如權利要求6所述的自動研磨控制方法，其特徵在於: 所述控制字高字節配置微分周期採樣間隔，低字節配置需要裝載的PID參數。
【文檔編號】B24B51/00GK104149029SQ201410441486
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2014年9月1日
【發明者】王建暉, 張立, 何志輝, 周鑑潮, 越沛宏 申請人:廣州大學