頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器的製作方法

2023-11-05 05:42:17

專利名稱：頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種基於相位反饋原理的頻率自適應振動送料器控制裝置，屬於自動化送料器的製造技術領域。
背景技術：
振動送料器通過電磁激勵裝置產生一定頻率的機械振動，使得在其上的被傳送的工件沿一定的方向發生有序的排列和位移，達到物料運輸、排列、送料的目的。由於機械系統都有其固有頻率，在送料儀的激勵電路產生的激勵與振動機械系統的固有頻率相等時，工作在諧振狀態的振動送料儀將具有最大的工作效能。
傳統的振動送料器通常直接採用固定的激勵頻率。由於在送料器本身的質量、機械結構、固有頻率等機械特性以及物料的質量、摩擦等機械特性發生變化，包括激勵振蕩電路本身受到環境溫度、時間等因素的影響發生頻率特性漂移等情況下，工作在諧振點的裝置振幅很不穩定，因此不能在實際中使用。
這些不帶有反饋機制的送料器裝置因為其激勵頻率與系統的固有頻率的漂移，從而工作狀態不穩定，即使通過手工調整達到諧振狀態也會因為阻尼等參數的影響造成傳輸速度不穩定、工作效率低。
由於電子技術、檢測技術和自適應控制理論的發展，使得在較小的空間、較低的成本條件下實現對送料器的激勵頻率的自適應調整成為可能。

發明內容
技術問題本實用新型的目的是提供一種工作效能高、振幅穩定的頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器。隨時保持送料器激勵頻率和整體機械系統的固有頻率一致，使其總是工作在諧振狀態。並在保持送料器工作於諧振狀態的同時，保持振動幅值的穩定。
技術方案本實用新型採用對於激勵信號和其產生的實際機械振動信號的相位及幅值的同時監測，並以此控制激勵頻率，使整個系統總是工作在諧振狀態，並保持穩定振幅。
本實用新型的頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器包括單片機、光電位置傳感器、激振器、顯示器、鍵盤、RS232接口、振動送料裝置；其中，光電位置傳感器的輸入接振動送料裝置，光電位置傳感器的輸出端接單片機的輸入端，單片機的輸出端分別接激振器、顯示器、鍵盤、RS232接口，激振器的輸出接振動送料裝置。
本實用新型的控制方法為光電位置傳感器採集振動送料裝置的位置及振動相位信號，並將採集到的位置及振動相位信號送入單片機進行處理，由單片機處理後的信號分別送顯示器顯示、送RS232接口與外部設備聯繫、送激振器產生激振，並將該激振驅動振動送料裝置。
本實用新型採用單片機「PIC16C873」的脈寬調製(PWM)模塊產生振動送料器的振動信號。PWM信號的頻率將等於送料器的振動頻率，PWM信號的佔空比決定了送料器的激勵功率。當激勵信號頻率與整體機械系統的固有頻率相等時，工作在諧振狀態的振動送料器將具有最大的工作效能，也就是進入了所希望的工作狀態。此時整個系統除了具有最大的振動幅度和效率之外，激勵電流信號和振動加速度信號將完全同相(總是和位移信號成180度相位角)。同時因為在固有頻率附近振動變得對激勵的幅值和頻率非常敏感，所以控制特性降低。
本實用新型通過光電檢測的方法同時檢測振動信號的幅值和相位信息，達到對振動頻率和幅值的雙閉環控制一方面通過檢測相位信號，監視送料器是否達到諧振狀態(激勵電流是否和位移信號是否相位相同)；另一方面可以監視振動幅值，控制激勵大小，從而使振幅穩定，達到送料速度穩定的目的。
具體的實現方法就是通過比較振動信號的過零點時刻和PWM激勵信號的過零點時刻來判斷是否達到設定相位，從而根據相位誤差調整PWM激勵信號的頻率去跟蹤系統的固有頻率。此時由於系統接近諧振狀態，振幅必將隨之發生改變，也就要求我們在改變系統頻率的同時不斷的檢測機械振動的振幅並且通過改變激勵功率，也就是佔空比的方法改變振幅，達到頻率和振幅的雙閉環控制。
有益效果1、克服送料器本身的質量、機械結構、固有頻率等機械特性、被送物體的質量、摩擦等機械特性發生變化，以及激勵振蕩電路本身在環境溫度、時間等因素影響下，無法總是工作於諧振狀態的問題，隨時保持送料器激勵頻率和整體機械系統的固有頻率一致，使其總是工作在諧振狀態。本發明使得送料機的工作效率比工作在亞諧振狀態的送料機提高十倍以上。
2、本實用新型採用低成本的光電檢測的方法同時實現振幅和相位的甄別。成本低於其他檢測方法。
3、本實用新型專利採用國內外流行的晶片和電路技術，降低了成本。
4、本實用新型所含有的振動激勵控制器具有廣泛的適應性，在不需要人為調整的情況下能夠適應多種結構和類型的振動送料裝置。
5、本實用新型使得振動送料器的計算機程控成為可能，使得裝置可以運行在無人監測的程控狀態。


圖1是本實用新型頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器整體結構框圖，圖中有單片機1、光電位置傳感器2、激振器3、顯示器4、鍵盤5、RS232接口6、振動送料裝置7。
圖2是本實用新型頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器電原理圖。
具體實施方式
本實用新型的頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器包括單片機1、光電位置傳感器2、激振器3、顯示器4、鍵盤5、RS232接口6、振動送料裝置7；其中，光電位置傳感器2的輸入接振動送料裝置7，光電位置傳感器2的輸出端接單片機1的輸入端，單片機1的輸出端分別接激振器3、顯示器4、鍵盤5、RS232接口6，激振器3的輸出接振動送料裝置7。
本實用新型包括的硬體組成帶十位ADC的及PWM輸出的八位單片機1，型號為「PIC16C873」，其晶振採用20MHz；光電位置傳感器2為遮幅式光敏監測器，型號為寧波和譜光電FG471068U；PWM輸出運算放大器採用TL082；由功率開關管控制的激振器3；顯示器4為三位LED；鍵盤5；RS232接口6，型號為MAX232；電源模塊採用7805；振動送料裝置7。
光敏接收管接收到的信號直接送入單片機「PIC16C873」的模擬數字轉換模塊的輸入端(無需放大濾波)。單片機「PIC16C873」通過處理和計算後得到PWM信號的佔空比和頻率，通過其PWM模塊將PWM信號送入工作在比較模式下的運算放大器，該運算放大器將這個信號轉化為具有較高電平及推拉能力的PWM信號去驅動一隻達林頓形的功率開關管得到激勵信號。同時單片機「PIC16C873」上還接有顯示和鍵盤電路，用於人機互動。
控制方法為光電位置傳感器2採集振動送料裝置7的位置及振動相位信號，並將採集到的位置及振動相位信號送入單片機1進行處理，由單片機1處理後的信號分別送顯示器4顯示、送RS232接口6與外部設備聯繫、送激振器3產生激振，並將該激振驅動振動送料裝置7。
本實用新型的控制流程即單片機PIC16C873中的控制程序為該程序主要由2個循環組成，其中主循環部分(從下文中的第2步到第15步之間構成的循環)用來產生250Hz左右的振蕩信號。其循環的周期由相位差決定，並且在每次循環之後修正這個周期的長度。從步驟2到8的循環是定時計數器決定的，定時對振動信號進行採樣，具體實現方法如下1、初始化單片機PIC16C873，包括初始化IO口，初始化PWM定時器，初始化AD採集模塊，2、進入採集和振動循環程序，等待到達採樣時間，3、對光電接收管信號進行採樣，4、刷新LED顯示，5、對採樣得到的數據進行數字濾波，6、通過尋找極值點的方法尋找最大值MAX，並且記錄它發生的時刻tmax，7、通過尋找極值點的方法尋找最小值MIN，並且記錄它們發生的時刻tmin，8、回到步驟2，這個採樣過程一直進行到找出一個周期內的最大和最小值，9、掃描鍵盤，10、通過對最大值和最小值時刻求出振動的過零點時間t0，11、退出採集循環，12、將t0和由PWM控制器產生的PWM信號的過零點時間T0比較提前，增加PWM頻率，置後，降低PWM頻率，相等，不改變頻率，13、比較計算振幅並設定振幅的大小，
若當前振幅大於設定值，降低PWM佔空比，若當前振幅小于于設定值，增加PWM佔空比，若當前振幅等於設定值，不改變佔空比，14、計算和修改工作參數，15、清空寄存器，回到步驟2，重複以上過程。
權利要求1.一種頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器，其特徵在於該控制器包括單片機(1)、光電位置傳感器(2)、激振器(3)、顯示器(4)、鍵盤(5)、RS232接口(6)、振動送料裝置(7)；其中，光電位置傳感器(2)的輸入接振動送料裝置(7)，光電位置傳感器(2)的輸出端接單片機(1)的輸入端，單片機(1)的輸出端分別接激振器(3)、顯示器(4)、鍵盤(5)、RS232接口(6)，激振器(3)的輸出接振動送料裝置(7)。
2.根據權利要求1所述的頻率自適應、振幅自保持的振動送料控制器，其特徵在於光電位置傳感器(2)採集振動送料裝置(7)的位置及振動相位信號，並將採集到的位置及振動相位信號送入單片機(1)進行處理，由單片機(1)處理後的信號分別送顯示器(4)顯示、送RS232接口(6)與外部設備聯繫、送激振器(3)產生激振，並將該激振驅動振動送料裝置(7)。
專利摘要本實用新型涉及一種基於相位反饋原理的頻率自適應振動送料器控制裝置，該控制器包括單片機、光電位置傳感器、激振器、顯示器、鍵盤、RS232接口、振動送料裝置；其中，光電位置傳感器的輸入接振動送料裝置，光電位置傳感器的輸出端接單片機的輸入端，單片機的輸出端分別接激振器、顯示器、鍵盤、RS232接口，激振器的輸出接振動送料裝置。控制方法為光電位置傳感器採集振動送料裝置的位置及振動相位信號，並將採集到的位置及振動相位信號送入單片機進行處理，由單片機處理後的信號分別送顯示器顯示、送RS232接口與外部設備聯繫、送激振器產生激振，並將該激振驅動振動送料裝置。
文檔編號G05D19/00GK2725234SQ200420078859
公開日2005年9月14日 申請日期2004年8月20日 優先權日2004年8月20日
發明者王順, 何樂生, 王平 申請人:東南大學