一種自動研磨控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動研磨控制方法及系統(tǒng)，其中系統(tǒng)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(shè)有用于將電機輸出轉(zhuǎn)速測量并轉(zhuǎn)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(fā)明提供的自動研磨控制系統(tǒng)有高速生產(chǎn)、節(jié)能生產(chǎn)、高精度生產(chǎn)、可靠性生產(chǎn)和安全生產(chǎn)等特點，是一個以速度環(huán)為反饋，以電流環(huán)和溫度環(huán)為保護(hù)的閉環(huán)系統(tǒng)，能高效可靠的用于研磨生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造社會效益。
【專利說明】一種自動研磨控制方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及研磨系統(tǒng)，具體是一種自動研磨控制方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代飛速發(fā)展的企業(yè)生產(chǎn)時代，高效生產(chǎn)機器成為每一個企業(yè)生產(chǎn)追求。研磨機也不例外?，F(xiàn)代的高效，要求研磨機，以短時間、低加工成本來加工出高質(zhì)量產(chǎn)品。短時間生加工大批量產(chǎn)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(jié)省成本的方面考慮，加快運行素的是比較經(jīng)濟的方法。
[0003]生產(chǎn)耗能是一個企業(yè)不得不考慮的問題。采用串電阻調(diào)速，不管從能源效率角度來看，還是從生產(chǎn)成本來看，都是不可取的。再者，串電阻調(diào)速系統(tǒng)加工精度方面除了磨具的質(zhì)量有影響外，磨具的運行方式也占很大的影響比重。研磨加工首先要求的磨具穩(wěn)定，包括速度穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。其次，磨具的動作可調(diào)節(jié)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(xiàn)代生產(chǎn)對研磨機要求有:高速生產(chǎn)、節(jié)能生產(chǎn)、高精度生產(chǎn)、可靠生產(chǎn)和安全生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的首要目的是提供一種研磨速度可調(diào)的，輸出力矩和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，并且要具有高效、節(jié)能、安全、穩(wěn)定的自動研磨控制方法及系統(tǒng)系統(tǒng)，為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明的具體方案如下:
[0006]一種自動研磨控制系統(tǒng)，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(shè)有用于將電機輸出轉(zhuǎn)速測量并轉(zhuǎn)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(yōu)選的，還包括用于對所述電機控制器溫度進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)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(yōu)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(yōu)選的，還包括減速機，所述減速機設(shè)于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(shè)于所述減速機中。
[0010]優(yōu)選的，所述直流電機為他勵直流電機、并勵直流電機、串勵直流電機或復(fù)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(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成模擬信號反饋至PID算法控制器；
[0013]PID算法控制器內(nèi)的比較器比較預(yù)定的轉(zhuǎn)速設(shè)定值與接收到的轉(zhuǎn)速信號，得到誤差值，根據(jù)誤差值計算控制字；
[0014]加載濾波參數(shù)指令，裝載PID參數(shù)；
[0015]發(fā)送控制字，包括比例周期Kp，采樣周期Kd，積分周期Ki及積分上限控制參數(shù)il ;
[0016]按控制字的配置逐個發(fā)送參數(shù)；
[0017]更新PID參數(shù)指令；
[0018]PID算法控制器的輸出經(jīng)過電機控制器驅(qū)動直流電機運行。
[0019]優(yōu)選的，所述控制字高字節(jié)配置微分周期采樣間隔，低字節(jié)配置需要裝載的PID參數(shù)。
[0020]本發(fā)明提供的自動研磨控制系統(tǒng)有高速生產(chǎn)、節(jié)能生產(chǎn)、高精度生產(chǎn)、可靠性生產(chǎn)和安全生產(chǎn)等特點，是一個以速度環(huán)為反饋，以電流環(huán)和溫度環(huán)為保護(hù)的閉環(huán)系統(tǒng)，能高效可靠的用于研磨生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)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(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中:
[0022]圖1為本發(fā)明實施例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例PID算法控制器初始化流程圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實施例PID控制字結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例PID算法控制器波特圖；
[0026]圖5為本發(fā)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(jié)合附圖以及具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0028]實施例
[0029]如圖1所示，一種自動研磨控制系統(tǒng)，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于比例器、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、并勵、串勵、復(fù)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(shè)有用于將電機輸出轉(zhuǎn)速測量并轉(zhuǎn)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(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用分辨率較高的編碼器作為速度的閉環(huán)反饋，控制對象是直流電機，用戶設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，直流電機的轉(zhuǎn)速通過編碼器反饋至控制系統(tǒng)，反饋值與設(shè)定值比較之后，控制系統(tǒng)通過PID算法來控制直流電機的轉(zhuǎn)速，使之很快的跟隨給定值。直流電機的調(diào)速使用調(diào)壓調(diào)速，以改變PWM波的占空比來改變輸出電壓的大小，隨著PWM技術(shù)的研究發(fā)展，小容量直流電機調(diào)壓驅(qū)動可采用晶體管驅(qū)動，并采用高頻調(diào)制波控制晶體管通斷，使直流電機工作在電流連續(xù)的環(huán)境下，從而保證了直流電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。
[0031]作為上述實施例方案的改進(jìn)，還包括用于對所述電機控制器溫度進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)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(dá)到保護(hù)電機控制器的目的。
[0032]作為上述實施例方案的改進(jìn)，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(hù)是和預(yù)先設(shè)定的閥值電流對比，判斷是否過流運行。
[0033]由于本系統(tǒng)是研磨系統(tǒng)，電機輸出的力矩要求較大，而且研磨過程中系統(tǒng)的運行受研磨的材料影響較大，若研磨材料中出現(xiàn)較硬的雜質(zhì)或者硬塊，很可能會造成電機的輸出力矩不足而堵轉(zhuǎn)。我們知道，本系統(tǒng)電機的控制是運用PID算法，電機堵轉(zhuǎn)之后，反饋回來的轉(zhuǎn)速為0，與設(shè)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(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)設(shè)定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，并且輸出電壓繼續(xù)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(tǒng)的不可挽回后果，因此作為上述實施例方案的改進(jìn)，為了避免這種后果的出現(xiàn)，本系統(tǒng)增加了溫度檢測模塊和電流檢測模塊。當(dāng)輸出有堵轉(zhuǎn)情況的時候，電流檢測模塊的保護(hù)開始起作用，但并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；增加到一定程度之后，若還不能解決堵轉(zhuǎn)，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(hù)，停止控制器的輸出，并且發(fā)出報警信號。電流檢測模塊和溫度檢測模塊的雙環(huán)保護(hù)，使研磨系統(tǒng)能穩(wěn)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(jìn)，還包括減速機，所述減速機設(shè)于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(yīng)采用分辨率較高的編碼器作為速度的閉環(huán)反饋，即直流電機主軸每旋轉(zhuǎn)一圈就產(chǎn)生足夠的計數(shù)脈沖來反饋到控制端。編碼器分辨率太低，電機低速運行時，誤差較大。分辨率太高，則電機在高速運行時，有丟失脈沖的可能，所述編碼器設(shè)于所述減速機中。編碼器反饋的速度是減速箱輸出的速度。這樣選型和設(shè)置的原因是因為，本系統(tǒng)是研磨系統(tǒng)，工作時產(chǎn)生的粉塵比較多，若將編碼器置于負(fù)載輸出端，研磨時產(chǎn)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，把編碼器置于減速箱內(nèi)，能很好的解決這個問題，而且減速比的恰當(dāng)選擇能很好的保證誤差。當(dāng)轉(zhuǎn)速為10RPM時每圈脈沖誤差為r|=xl00%=0.3% (320.4為轉(zhuǎn)速10RPM時，編碼器的脈沖頻率X = 320.4 Hz).當(dāng)轉(zhuǎn)速為300RPM
時，每圈脈沖誤差為X '100% = 0,01? (9612.4為轉(zhuǎn)速300RPM時，編碼器的脈沖頻率，其中，3249:169是電機的減速比，編碼器檢測的轉(zhuǎn)速是減速后輸出的轉(zhuǎn)速，°。:」。X = 9612,1 ff2)?？梢?，這樣的誤差對研磨系統(tǒng)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、并勵直流電機、串勵直流電機或復(fù)勵直流電機，通過控制其輸入電壓來去驅(qū)動直流電機是一個非常理想的驅(qū)動方式，調(diào)壓控制都比串電阻調(diào)速要好。
[0036]如圖2所示，上述自動研磨控制系統(tǒng)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(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成模擬信號反饋至PID算法控制器；
[0038]PID算法控制器內(nèi)的比較器比較預(yù)定的轉(zhuǎn)速設(shè)定值與接收到的轉(zhuǎn)速信號，得到誤差值，根據(jù)誤差值計算控制字；
[0039]加載濾波參數(shù)指令，裝載PID參數(shù)；
[0040]發(fā)送控制字，包括比例周期Kp，采樣周期Kd，積分周期Ki及積分上限控制參數(shù)il ;
[0041]按控制字的配置逐個發(fā)送參數(shù)；
[0042]更新PID參數(shù)指令；
[0043]PID算法控制器的輸出經(jīng)過電機控制器驅(qū)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(jié)配置微分周期采樣間隔，低字節(jié)配置需要裝載的PID參數(shù)。高字節(jié)是是微分采樣間隔Ts，T是采樣間隔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(diào)節(jié)比例增益的作用。采樣周期Kd增大了系統(tǒng)的帶寬，但其更重要的作用是在控制環(huán)處于高頻段時，增加相位的超前。對于一個相位滯后的電機控制系統(tǒng)來說，Kd可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)的靜態(tài)誤差，但會在低頻段使相位滯后。因此PID參數(shù)的整定一定要根據(jù)系統(tǒng)的實際要求。
[0046]如圖5所示，這個初始化的意義在于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(fā)送控制命令。然后配置一個適合的控制字，當(dāng)中包括運行模式的選擇，需要裝載的參數(shù)和停轉(zhuǎn)模式的選擇。開發(fā)者可根據(jù)控制系統(tǒng)需要配置。在運行過程中，只要電機當(dāng)前設(shè)定運動結(jié)束，就可以重新配置控制字，實現(xiàn)不同時間不同模式控制。和前面介紹的PID初始化一樣，發(fā)送完控制字后，就馬上發(fā)送要裝載參數(shù)的值。一切就緒后，發(fā)送控制開始運動指令，電機就會馬上運轉(zhuǎn)。
[0047]以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在【具體實施方式】以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種自動研磨控制系統(tǒng)，其特征在于: 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(shè)有用于將電機輸出轉(zhuǎn)速測量并轉(zhuǎn)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(quán)利要求1所述的自動研磨控制系統(tǒng)，其特征在于: 還包括用于對所述電機控制器溫度進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)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(quán)利要求1所述的自動研磨控制系統(tǒng)，其特征在于: 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(quán)利要求1所述的自動研磨控制系統(tǒng)，其特征在于: 還包括減速機，所述減速機設(shè)于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(shè)于所述減速機中。
5.如權(quán)利要求1所述的自動研磨控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述直流電機為他勵直流電機、并勵直流電機、串勵直流電機或復(fù)勵直流電機。
6.一種自動研磨控制方法，其特征在于包括以下步驟: 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(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成模擬信號反饋至PID算法控制器； PID算法控制器內(nèi)的比較器比較預(yù)定的轉(zhuǎn)速設(shè)定值與接收到的轉(zhuǎn)速信號，得到誤差值，根據(jù)誤差值計算控制字； 加載濾波參數(shù)指令，裝載PID參數(shù)； 發(fā)送控制字，包括比例周期Kp，采樣周期Kd，積分周期Ki及積分上限控制參數(shù)il ； 按控制字的配置逐個發(fā)送參數(shù)； 更新PID參數(shù)指令； PID算法控制器的輸出經(jīng)過電機控制器驅(qū)動直流電機運行。
7.如權(quán)利要求6所述的自動研磨控制方法，其特征在于: 所述控制字高字節(jié)配置微分周期采樣間隔，低字節(jié)配置需要裝載的PID參數(shù)。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】王建暉, 張立, 何志輝, 周鑒潮, 越沛宏 申請人:廣州大學(xué)