本發(fā)明主要屬于標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電動(dòng)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速控制和工具面角測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)是用于測(cè)控系統(tǒng)元件標(biāo)校試驗(yàn)的基礎(chǔ)平臺(tái)，其位置、速率、加速度可控，能夠?qū)崿F(xiàn)位置、速率、加速度等試驗(yàn)。研制姿態(tài)測(cè)量的儀器或電路模塊單元需要在標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行標(biāo)定測(cè)試，以驗(yàn)證姿態(tài)測(cè)量精度。

目前，標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)通常都做成純手動(dòng)模式，操作者操作時(shí)，一面緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸，一面觀察刻度盤讀數(shù)，達(dá)到既定角度時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊工件，然后對(duì)被測(cè)件進(jìn)行讀數(shù)和測(cè)試。這類轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)際上是定點(diǎn)靜態(tài)標(biāo)定。因此，目前的標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)需要手動(dòng)操作，用刻度盤讀數(shù)，手動(dòng)操作的轉(zhuǎn)臺(tái)不能在實(shí)現(xiàn)在一定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行標(biāo)定，不利于有些姿態(tài)測(cè)量儀器的標(biāo)定。例如：隨鉆鉆井或測(cè)井姿態(tài)測(cè)量儀器往往需要在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)工作，為了驗(yàn)證其轉(zhuǎn)動(dòng)條件下性能，需要轉(zhuǎn)臺(tái)可以自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速可測(cè)可控，為了能夠動(dòng)態(tài)變換工具面角，也希望能夠自動(dòng)、快速讀出工具面角的數(shù)值；傳統(tǒng)的標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)并不適用于隨鉆鉆井或測(cè)井姿態(tài)測(cè)量儀器的標(biāo)定測(cè)試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電動(dòng)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速控制和工具面角測(cè)量方法及裝置，所述方法是通過編碼器測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)軸在一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，求得轉(zhuǎn)速和工具面角，并與預(yù)期的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，然后使用pid算法對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，使得實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定值一致。操作者也可以對(duì)測(cè)試過程進(jìn)行編程設(shè)定，即讓轉(zhuǎn)速按照一定的規(guī)律自動(dòng)改變，使得測(cè)試過程更完整，測(cè)試速度和效率更高。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種電動(dòng)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速控制和工具面角測(cè)量裝置，所述裝置包括編碼器、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)和控制單元；

所述電動(dòng)機(jī)與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接以驅(qū)動(dòng)待測(cè)樣件旋轉(zhuǎn)；

所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述待測(cè)樣件連接并將所述待測(cè)樣件的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給所述編碼器；

所述編碼器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速與所述待測(cè)樣件的轉(zhuǎn)速一致；

所述編碼器和所述電動(dòng)機(jī)均與所述控制單元連接，所述控制單元用于接收所述編碼器輸出的信號(hào)，將所述輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和工具角數(shù)據(jù)，并將所述轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和工具角數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所述控制單元根據(jù)比較結(jié)果通過pid調(diào)節(jié)器對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以使得所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際工具面角分別與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值和預(yù)設(shè)工具面角值相一致。

進(jìn)一步地，所述編碼器、所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、和所述電動(dòng)機(jī)的中軸線重合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電動(dòng)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速控制和工具面角測(cè)量裝置，其特征在于，所述控制單元包括人機(jī)交互單元，所述人機(jī)交互單元包括鍵盤和lcd顯示器；所述鍵盤用于操作者輸入預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和預(yù)設(shè)的工具面角，所述lcd顯示器用于實(shí)時(shí)顯示所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)值以及實(shí)際的工具面角值。

一種電動(dòng)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速控制和工具面角測(cè)量方法，所述方法所述測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，通過所述編碼器測(cè)量所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速和工具面角，所述控制單元獲取所述轉(zhuǎn)速和所述工具面角數(shù)據(jù)并其與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所述控制單元通過pid調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以使得所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際工具面角分別與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值和預(yù)設(shè)工具面角值相一致。

進(jìn)一步地，所述測(cè)量方法包括以下步驟：

（1）所述電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；

（2）所述電動(dòng)機(jī)通過與其連接的所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)待測(cè)樣件旋轉(zhuǎn)；

（3）所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與待測(cè)樣件連接，并將所述待測(cè)樣件的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給所述編碼器，以使所述編碼器轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速與所述待測(cè)樣件的轉(zhuǎn)速一致；

（4）所述編碼器的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出電子脈沖信號(hào)，輸出的電子脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度成正比例關(guān)系，即若轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度為α，則輸出電子脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)為nα，n為固定系數(shù)且>1，編碼器的角度分辨率為1/n；正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)脈沖個(gè)數(shù)相同但相位特征不同；

（5）控制單元工作時(shí)接收所述編碼器輸出的所述電子脈沖信號(hào)，并將所述電子脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)，并其與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果所述控制單元通過pid調(diào)節(jié)器對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以使得所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際工具面角分別與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值和預(yù)設(shè)工具面角值相一致。

進(jìn)一步地，所述控制單元包括人機(jī)交互單元，所述人機(jī)交互單元包括鍵盤和lcd顯示器；所述鍵盤用于輸入操作者預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和預(yù)設(shè)的工具面角，所述lcd顯示器用于實(shí)時(shí)顯示所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)值以及工具面角數(shù)值。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

本發(fā)明所述測(cè)量裝置能夠自動(dòng)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和工具面角，使得三軸姿態(tài)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)條件下進(jìn)行標(biāo)定測(cè)試的應(yīng)用場(chǎng)景，比如隨鉆鉆井、測(cè)井儀器的標(biāo)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中一種電動(dòng)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速控制和工具面角測(cè)量裝置示意圖；

圖2為在半自動(dòng)模式下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速控制示意圖；

圖3為在全自動(dòng)模式下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速控制示意圖；

圖4為在手動(dòng)模式下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速控制示意圖；

附圖標(biāo)記：101.編碼器、102.聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、s1.被測(cè)樣件、103.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、104.電動(dòng)機(jī)、105.控制機(jī)構(gòu)、106導(dǎo)線。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種電動(dòng)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速控制和工具面角測(cè)量裝置，如圖1所示，所述裝置包括編碼器101、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)102、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)103、電動(dòng)機(jī)104和控制單元105；

所述電動(dòng)機(jī)104通過與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)103連接以驅(qū)動(dòng)待測(cè)樣件s1旋轉(zhuǎn)；

所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)102與所述待測(cè)樣件s1連接并將所述待測(cè)樣件s1的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給所述編碼器101；

所述編碼器101轉(zhuǎn)軸與所述待測(cè)樣件s1的轉(zhuǎn)速一致；

所述編碼器101和所述電動(dòng)機(jī)104均與所述控制單元105通過導(dǎo)線106連接，所述控制單元105用于接收所述編碼器101的輸出信號(hào)，將所述輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和工具角數(shù)據(jù)，并將轉(zhuǎn)換獲得的所述轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和工具角數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果所述控制單元105通過pid調(diào)節(jié)器對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以使得所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際工具面角分別與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值和預(yù)設(shè)工具面角值相一致。

所述編碼器101、所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)102、所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)103和所述電動(dòng)機(jī)104的中軸線重合。

所述控制單元105包括人機(jī)交互單元，所述人機(jī)交互單元包括鍵盤和lcd顯示器；所述鍵盤用于操作者輸入預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和預(yù)設(shè)的工具面角，所述lcd顯示器用于實(shí)時(shí)顯示所述電動(dòng)機(jī)104的實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)值以及實(shí)際的工具面角值。

實(shí)施例2

一種電動(dòng)標(biāo)定轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速控制和工具面角測(cè)量方法，所述方法根據(jù)實(shí)施例1所述測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，通過所述編碼器測(cè)量所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速和工具面角，所述控制單元獲取所述轉(zhuǎn)速和所述工具面角數(shù)據(jù)并其與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所述控制單元通過pid調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以使得所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際工具面角分別與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值和預(yù)設(shè)工具面角值相一致。

所述測(cè)量方法包括以下步驟：

（1）所述電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；

（2）所述電動(dòng)機(jī)通過與其連接的所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)待測(cè)樣件旋轉(zhuǎn)；

（3）通過所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)將所述待測(cè)樣件的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給所述編碼器，以使所述編碼器轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速與所述待測(cè)樣件的轉(zhuǎn)速一致；

（4）所述編碼器的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出電子脈沖信號(hào)，輸出的電子脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度成正比例關(guān)系，即若轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度為α，則輸出電子脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)為nα，n為固定系數(shù)且>1，編碼器的角度分辨率為1/n；正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)脈沖個(gè)數(shù)相同但相位關(guān)系不同；

（5）控制單元工作時(shí)接收所述編碼器輸出的所述電子脈沖信號(hào)，并將所述電子脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)，并其與預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果所述控制單元通過pid調(diào)節(jié)器對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，以使得所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際工具面角分別與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值和預(yù)設(shè)工具面角值相一致。

所述控制單元包括人機(jī)交互單元，所述人機(jī)交互單元包括鍵盤和lcd顯示器；所述鍵盤用于輸入操作者預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速和預(yù)設(shè)的工具面角，所述lcd顯示器用于實(shí)時(shí)顯示所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)值以及工具面角數(shù)值。

此外，操作者還能夠?qū)y(cè)試過程進(jìn)行編程設(shè)定，即使轉(zhuǎn)速或者工具面角按照一定的規(guī)律自動(dòng)改變，以增加測(cè)試狀態(tài)點(diǎn)，使測(cè)試過程更加完整。

所述測(cè)量方法包括半自動(dòng)模式、全自動(dòng)模式、和手動(dòng)模式三種模式；

在所述半自動(dòng)模式下，如圖2所示，操作者通過鍵盤設(shè)定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)臺(tái)自行調(diào)整轉(zhuǎn)速到設(shè)定值，并進(jìn)行保持，通過編碼器測(cè)量轉(zhuǎn)速，并顯示在lcd顯示器上，所述控制單元通過pid調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，以使得所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際工具面角分別與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值和預(yù)設(shè)工具面角值相一致；直到操作人員設(shè)定另一數(shù)值；

在全自動(dòng)模式下，如圖3所示，操作者通過電腦軟件編程設(shè)定工作流程，即設(shè)定若干種轉(zhuǎn)速，依次改變，每種轉(zhuǎn)速保持一定的時(shí)間，然后由控制單元自行調(diào)整到另一轉(zhuǎn)速，整個(gè)過程全自動(dòng)完成，無需操作人員干預(yù)；在此過程中，也是通過編碼器測(cè)量轉(zhuǎn)速，并顯示在lcd顯示器上，所述控制單元通過pid調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，以使得所述電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際工具面角分別與編程預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速值和編程預(yù)設(shè)工具面角值相一致。并且，在此過程中所述控制單元全程測(cè)量并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的時(shí)間信息，以備操作人員后續(xù)使用；

在所述手動(dòng)模式下，如圖4所示，所述電動(dòng)機(jī)與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接斷開，操作人員手動(dòng)撥動(dòng)所述待測(cè)樣件，轉(zhuǎn)動(dòng)一定工具面角或者以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所述控制單元全程測(cè)量并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)速和工具面角數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的時(shí)間信息，以備操作人員后續(xù)使用。

因此，本發(fā)明所述測(cè)量裝置可以以多種轉(zhuǎn)速進(jìn)行標(biāo)定測(cè)試，轉(zhuǎn)速既可以在運(yùn)行過程由操作人員手動(dòng)輸入，也可以在測(cè)試前編程設(shè)定，還可以全手動(dòng)，由操作人員手動(dòng)撥動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)樣件（以改變工具面角或者一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)），實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試方法。