振动控制系统及控制方法与流程

本申请涉及振动控制技术，尤其涉及一种振动控制系统及控制方法。

背景技术：

共振混合技术是一种新型的物料混合技术，利用共振的原理激发物料进行自动混合，该技术具备无桨、安全、高效、节能、均匀等优点，已广泛地应用于医药、化工等各类工业制造领域中。

相关技术中，用于对物料进行混合的共振混合系统大多采用多个伺服电机分别驱动偏心块的方式来带动混合容器振动，通过调节偏心块的转动速度来调节振动频率，调节偏心块的相位差来调节振动幅值。上述混合系统包括多个伺服电机、多个偏心块、控制器及其它必要的传动连接件，其零部件数量较多，整体构造较为复杂，控制算法也比较复杂，机械响应时间较长，成本高。

技术实现要素：

本申请实施例中提供了一种振动控制系统及控制方法，其实现方式较为简单。

本实施例第一方面实施例提供一种振动控制系统，用于控制待控物体进行振动，该控制系统包括：

振动控制设备，用于获取振动控制参数，并根据所述振动控制参数产生振动控制信号；

功率调制器，与所述振动控制设备电连接；所述功率调制器用于接收所述振动控制信号并根据所述振动控制信号产生载波功率信号；

电磁激励器，与所述功率调制器电连接；所述电磁激励器在所述载波功率信号的驱动下产生往复直线运动；所述电磁激励器还与待控物体相连，以带动待控物体同步运动。

本申请第二方面实施例提供一种应用于如上振动控制系统的振动控制方法，包括：

获取振动控制参数；

根据所述振动控制参数产生振动控制信号；

根据所述振动控制信号产生载波功率信号；

根据所述载波功率信号产生往复直线运动。

本申请实施例所提供的技术方案，通过采用振动控制设备获取振动参数，并根据该振动参数产生振动控制信号；采用功率调制器根据该振动控制信号产生载波功率信号，载波功率信号用于驱动电磁激励器产生往复直线运动；电磁激励器与待控物体相连，以带动待控物体产生振动，摒弃了传统的零部件数量较多的机械驱动方式，采用电磁激励器产生往复直线运动的方式驱动待控物体振动，减少了零部件的数量，降低了系统复杂程度及控制算法的设计难度，而且也缩短了系统振动响应时间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例一提供的振动控制系统的结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的振动控制系统的结构示意图；

图3为本申请实施例二提供的振动控制系统的结构示意图；

图4为本申请实施例二提供的振动控制设备的控制原理图。

附图标记：

11-振动控制设备；12-功率调制器；13-电磁激励器；14-信息交互设备；15-振动检测器件；16-电源；2-待控物体。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例提供一种振动控制系统，能够应用于控制待控物体进行振动，该待控物体进行振动能够达到某种效果。例如：待控物体为物料混合容器，混合容器产生振动能够使得其内部的物料自动进行振动混合。本实施例仅以物料混合容器作为待控物体为例，对振动控制系统进行详细说明。当然，本领域技术人员也可以将本实施例所提供的技术方案应用于控制除物料混合容器之外的其它待控物体进行振动。

图1为本申请实施例一提供的振动控制系统的结构示意图。如图1所示，振动控制系统包括：振动控制设备11、功率调制器12和电磁激励器13。其中，振动控制设备11用于获取振动控制参数，并根据振动控制参数产生振动控制信号。功率调制器12与振动控制设备11电连接，功率调制器12用于接收振动控制信号并根据该振动控制信号产生载波功率信号。电磁激励器13与功率调制器12电连接，电磁激励器13用于在载波功率信号的驱动下产生往复直线运动。电磁激励器13与待控物体2相连，以带动待控物体2同步运动。本实施例中的待控物体2即为物料混合容器。

上述振动控制参数为用于对物料混合容器的振动进行控制的参数，例如：可以为物料混合容器的振动频率、幅值等参数，或者也可以为用于驱动电磁激励器13产生往复直线运动所需的驱动电流的电流幅值参数和/或电流频率参数等。

振动控制参数可以为振动控制设备11获取到的预存的默认控制参数，该默认控制参数可以预存在振动控制设备11内的存储器中，也可以预存在与振动控制设备11相连的外部存储器中。

或者，振动控制参数也可以为通过信息交互设备获取到的用户输入参数。

振动控制设备11在获取到振动控制参数之后，根据振动控制参数产生振动控制信号。例如：若振动控制参数为用于驱动电磁激励器13产生往复直线运动所需的驱动电流的电流幅值参数和/或电流频率参数，则振动控制设备11根据振动控制参数所产生的振动控制信号可以为正弦或余弦信号，其幅值、相角和频率包含了上述物料混合容器的振动频率、幅值等参数的信息。

功率调制器12根据振动控制信号产生载波功率信号。载波功率信号可以为脉冲信号，该脉冲信号的频率、幅值、占空比等特征与上述振动控制信号的频率、幅值、相角具有对应关系，即：脉冲信号的频率、幅值和占空比等特征包含了物料混合器的振动频率、幅值等信息。

功率调制器12将载波功率信号发送给电磁激励器13，以驱动电磁激励器13产生往复直线运动，该往复直线运动的频率和幅值与载波功率信号的频率和幅值相对应。电磁激励器13与物料混合容器相连，电磁激励器13产生往复直线运动(例如：沿上下方向做往复直线运动)，进而带动物料混合容器产生振动(振动方向为上下方式)。

上述功率调制器12产生的是载波功率信号，载波功率信号用于直接驱动电磁激励器13产生往复直线运动，相比于相关技术中采用多个伺服电机驱动偏心块运动进而驱动混合容器振动的方式，本实施例所提供的方案采用较少数量的零部件，减少了整体系统的复杂程度，更大幅度降低了系统耗能，以较小的功耗实现高效、快速混合均匀的目的。另外，采用功率调制器12和电磁激励器13作为主要的振动驱动部件，其控制信号产生的算法较为简单，也进一步降低了设计难度。

本实施例所提供的技术方案，通过采用振动控制设备获取振动参数，并根据该振动参数产生振动控制信号；采用功率调制器根据该振动控制信号产生载波功率信号，载波功率信号用于驱动电磁激励器产生往复直线运动；电磁激励器与待控物体相连，以带动待控物体产生振动，摒弃了传统的零部件数量较多的机械驱动方式，采用电磁激励器产生往复直线运动的方式驱动待控物体振动，减少了零部件的数量，降低了系统复杂程度及控制算法的设计难度，也缩短了系统振动响应时间，使得待控物体能够快速达到目标振动状态。

上述振动控制设备11获取振动控制参数有两种实现方式：

其一是通过信息交互设备获取用户输入参数，作为振动控制参数。图2为本申请实施例一提供的振动控制系统的结构示意图。如图2所示，信息交互设备14提供用户输入接口，用户可通过信息交互设备14输入参数，作为振动控制参数。信息交互设备14与振动控制设备11电连接，将用户输入参数发送给振动控制设备11。

其二是振动控制设备11从存储器中获取预存的默认控制参数，作为振动控制参数。

其中，对于通过信息交互设备14获取用户输入参数的方式，信息交互设备14可以包括近端操控设备和/或远程操控设备。

近端操控设备与振动控制设备11相连，近端操控设备提供用户输入接口，以使用户通过近端操控设备输入用户输入参数，然后近端操控设备将用户输入参数发送给振动控制设备11。

近端操控设备可以包括输入设备，例如：机械键盘、触摸操控设备等。近端操控设备可以设置在物料混合容器所在的工作区域内，方便用户近距离操作。近端操控设备与振动控制设备11之间的连接方式可根据具体选定的器件来设定，通过插接口进行连接，二者之间的通信方式也可以根据具体选定的器件来进行设定，本实施例不作具体的限定。当输入设备为机械键盘时，还可相应设置有显示器件，用于显示用户通过机械键盘输入的数据。当近端操控设备为触摸操控设备(例如：触摸屏)时，触摸屏上可显示相应的输入框及触摸键盘等控件，用户通过触摸键盘输入的数据可显示在输入框上。触摸屏的画面编辑方式可根据其器件自身对应的软件来编写完成，本实施例不做限定。另外，触摸屏或显示器件还能显示振动控制系统的运行状态数据。

采用远程操控设备与振动控制设备11远程连接，用户通过远程操控设备输入用户输入参数，远程操控设备可将用户输入参数发送给振动控制设备11。

远程操控设备可以为计算机、手机、平板电脑等电子终端，通过无线或有线的方式与振动控制设备11通信。用户可以通过远程操控设备对振动控制设备11进行远程数据输入及控制。

对于上述任一种获取用户输入参数的方式，振动控制设备11在获取到振动控制参数之后，可根据振动控制参数产生振动控制信号。产生振动控制信号的方式可参照如下步骤实现：

首先，振动控制设备11根据振动控制参数计算振动强度控制量和/或振动频率控制量。然后，振动控制设备11根据振动强度控制量和/或振动频率控制量产生振动控制信号。

对物料混合容器的振动状态进行调节的侧重点为对其振动强度的调节和/或振动频率的调节，因此，上述振动控制参数可以包含有振动强度和/或振动频率的设定信息。振动控制设备11根据振动控制参数计算强度控制量和/或振动频率控制量，例如：用户输入参数包含振动强度，其具体为电磁激励器驱动电流的最大电流值，其目的是使物料混合容器的振幅达到最大值。则振动控制设备11根据上述最大电流值计算强度控制量为最大控制量。

然后，振动控制设备11根据最大控制量产生振动控制信号，振动控制信号若为正弦信号，其幅值为其最大值。

对于振动控制设备11从存储器中获取预存的默认控制参数作为振动控制参数的实现方式，当振动控制设备11上电启动工作后，从存储器内读取默认控制参数，然后根据该振动控制参数产生振动控制信号，具体实现方式可参照上述内容。

该方式适合于物料混合容器对相同的混合材料和混合条件重复执行多次的情况，对于第二次以上的执行过程，无需用户设定，直接从存储器内读取并自动启动执行即可。

实施例二

本实施例是在上述实施例的基础上，对振动控制系统进行优化。

图3为本申请实施例二提供的振动控制系统的结构示意图。如图3所示，振动控制系统还包括：振动检测器件15。

采用振动检测器件15对物料混合容器的振动状态进行检测，生成振动特性数据。振动特性数据也作为振动控制参数的一部分，用于产生振动控制信号。振动特性数据可以包括：物料混合容器的振动加速度、电磁激励器的驱动电流等数据。

具体的，振动检测器件15可以包括：加速度传感器和电流传感器。其中，加速度传感器用于检测物料混合容器的振动加速度，作为体现振动频率的数据；电流传感器用于检测电磁激励器的驱动电流，作为体现振动幅值的数据。各检测器件分别与振动控制设备11电连接，振动控制设备11按照预设采样频率对振动特性数据进行采样，然后进行滤波处理。

上述用户输入参数或预存的默认控制参数作为初始的控制参数，后续可以根据振动检测器件15检测到的数据来实时调整振动控制量，以使物料混合容器的振动状态达到最佳状态。

上述振动控制设备11在根据振动控制参数计算振动强度控制量和/或振动频率控制量的过程中，具体可按照如下步骤来实现：

首先，振动控制设备11对滤波后的振动特性数据进行快速傅里叶变换，计算得到采样信号的频率、幅值及初始相位。然后，振动控制设备11根据用户输入参数或默认控制参数及快速傅里叶变换后的振动特性数据计算振动强度控制量和/或振动频率控制量。

其中，计算振动频率控制量具体可采用如下方式来实现：

首先，计算快速傅里叶变换后的电磁激励器13的驱动电流与物料混合容器的振动加速度之间的相位差。然后判断相位差是否满足物料混合容器的共振要求，若是，则表明当前的相位差满足要求，继续按照当前的控制量控制即可；若否，则根据相位差与用户输入参数或预存的默认控制参数重新计算振动频率控制量。

例如：用户输入参数或默认控制参数中包含设定共振相位差，则振动控制设备11判断相位差是否满足共振要求，具体可以为：判断该相位差是否与设定共振相位差相等，若相等，则满足共振要求；若不相等，则不满足共振要求。

当不满足共振要求时，计算相位差与设定共振相位差之间的差值，并根据该差值产生振动频率控制量，例如：若该差值较大，则增大振动频率控制量；若该差值较小，则减小振动频率控制量。

计算振动强度控制量具体可采用如下方式来实现：

振动控制设备11判断物料混合容器的振动加速度的幅值是否满足振动强度要求，若是，则满足要求，按照目前的控制量继续执行即可；若否，则不满足要求，振动控制设备11根据振动加速度与用户输入参数或预存的默认控制参数计算振动强度控制量。

例如：用户输入参数或默认控制参数中包含设定振动强度，振动控制设备11判断振动加速度的幅值是否满足振动强度要求，具体可以为：振动控制设备11判断振动加速度的幅值是否等于设定振动强度，若是，则满足振动强度要求；若否，则不满足振动强度要求。

振动控制设备11根据振动加速度与用户输入参数或预存的默认控制参数计算振动强度控制量，例如可以为：振动控制设备11判断振动加速度的幅值是否大于设定振动强度，若是，则减小振动强度控制量；若否，则增大振动强度控制量。

计算振动频率控制量和振动强度控制量可参照上述方式来实现，或者，也可以采用各种具备pid调节功能的修正方法来实现，pid算法中的控制参数可根据需要来进行设定，也可以通过变系数pid参数整定方法实时修正。pid的具体实现方式可参照已有技术中的常用手段来实现，pid控制参数可由技术人员根据实际需要进行设定。

在获取到振动强度控制量和/或振动频率控制量之后，振动控制设备11可根据振动强度控制量和/或振动频率控制量产生振动控制信号，具体的，根据振动强度控制量和/或振动频率控制量产生相应频率、幅值和初始相位的正弦或余弦控制信号，作为振动控制信号。

上述计算振动频率控制量和振动强度控制量的过程可以分别执行，也可以按照一定的向后顺序来执行。例如：先对振动频率进行调节，当待振动控制设备判断出快速傅里叶变换后的电磁激励器的驱动电流与待控物体的振动加速度之间的相位差满足待控物体的共振要求时，再根据用户输入参数或默认控制参数及快速傅里叶变换后的振动特性数据计算振动强度控制量。简单地说，就是先调节振动频率，当振动频率满足共振要求时，再调节振动强度直至满足强度要求。

在上述技术方案的基础上，振动控制设备11还用于根据振动特性数据判断物料混合容器的振动是否满足安全工作条件，若是，则继续保持振动状态；若否，则控制物料混合容器停止振动。安全工作条件可以为物料混合容器能够正常工作的条件，例如：当振动加速度的幅值小于预设加速度上限阈值时，视为满足正常工作条件，若幅值大于设定上限阈值表明振幅过大，容易发生事故，需要停止振动。

或者，振动特性数据还可以包括：物料混合容器的工作温度和工作压力，分别采用温度传感器和压力传感器检测得到。振动控制设备11分别与温度传感器和压力传感器电连接，以获取物料混合容器的温度和压力数据。

例如：振动控制设备11判断物料混合容器内的工作温度是否小于预设温度上限阈值，若是，则满足安全工作条件；若否，则不满足安全工作条件。振动控制设备11发出停止信号，以控制物料混合容器停止振动。

或者，振动控制设备11判断物料混合容器内的工作压力是否小于预设压力上限阈值，若是，则满足安全工作条件；若否，则不满足安全工作条件。振动控制设备11发出停止信号，以控制物料混合容器停止振动。

或者，当振动控制设备11判断出工作温度小于预设温度上限阈值且工作压力小于预设压力上限阈值时，认为满足安全工作条件；若否，则不满足安全工作条件。

上述技术方案在工作温度超过预设温度上限阈值、或工作压力超过预设压力上限阈值、或振动加速度超过预设加速度上限阈值时，可产生振动停止信号控制物料混合容器停止振动，以避免物料混合容器内的温度过高、压力过高或振动太剧烈而引起物料混合失效甚至爆炸等危险事故出现。

上述振动控制设备11可以为基于数字信号处理(digitalsignalprocessing，简称：dsp)硬件实现的嵌入式处理平台。也可以采用其它处理器及相关电路搭建形成处理平台。

上述功率调制器12可以为数字式或模拟式的功率调制模块，可采用现有的硬件模块。

电磁激励器13可以采用在施加电流后产生往复直线运动的器件，例如：大功率音圈电机。

上述近端操控设备可以向振动控制设备11发送启动指令、停止指令、用户输入参数等，也能够对振动控制系统的运行状态和数据进行显示。若近端操控设备为触摸屏，则近端操控设备具体可以为基于dsp平台结合触摸屏硬件来实现。若近端操控设备包括机械键盘，则可以通过dsp的通用输入输出口实现。

远端操控设备也可以通过标准网口向振动控制设备11发送启动指令、停止指令、用户输入参数等，也能够对振动控制系统的运行状态和数据进行显示。远程操控设备可以基于dsp网络开发接口来实现。本领域技术人员可以根据实际需要扩展这些具备输入输出功能的操控模块，本实施例不做限定。

另外，还可以包括电源16，电源16用于向振动控制设备11提供5v直流电，向振动检测器件15提供24v直流电，向功率调制器12提供220v直流电。上述电源16的输出电压也可以根据具体的器件进行设置，并不局限于上述的数值。

上述振动控制设备11对传感器检测到的数据按照预设的采样频率进行采样并进行滤波，然后对采样和滤波后的数据进行快速傅里叶变换，计算采样信号的频率、幅值和初始相位，然后运用pid控制算法计算控制量。控制量包括：用于实现振动频率调节的振动频率控制量和/或用于实现振动加速度幅值调节的振动强度控制量。振动控制设备11根据计算得到的控制量产生指定频率、幅值和初始相位的正弦或余弦控制信号，并发送给功率调制器12。

图4为本申请实施例二提供的振动控制设备的控制原理图。如图4所示，振动控制设备11采用pid算法分别对振动频率和振动强度进行调节。将电磁激励器13的驱动电流和物料混合容器的振动加速度之间的相位差作为控制对象，与设定共振相位差进行比较，然后计算得到频率控制量。该控制过程利用振动控制设备11、功率调制器12、电磁激励器13和振动检测器件15形成闭环控制回路使得相位差逐步逼近设定共振相位差，使得物料混合容器的振动逐步达到共振混合状态。然后根据振动加速度幅值和设定振动强度调节计算强度控制量，利用振动控制设备11、功率调制器12、电磁激励器13和振动检测器件15形成闭环控制回路，使得物料混合容器的振动强度逐渐逼近设定振动强度。图4中的驱动电流波形调制是由功率调制器12来完成的。

上述振动控制系统还可以通过手动调节的方式来控制电磁激励器13驱动电流的频率和幅值，从而实现对物料混合容器的振动进行控制。具体的，操作人员可通过近端操控设备或远程操控设备输入振动控制参数。该振动控制参数可以包括：振动模式(手动模式或自动模式)、振动强度、振动频率、振动时间(物料混合时间)、开始振动、停止振动、数据保存、工艺参数等。

实施例三

本实施例是在上述实施例的基础上，提供一种应用于上述振动控制系统的振动控制方法。

该振动控制方法可以包括如下几个步骤：

步骤一、振动控制设备获取振动控制参数。

步骤二、振动控制设备根据振动控制参数产生振动控制信号。

步骤三、功率调制器根据振动控制信号产生载波功率信号。

步骤四、电磁激励器根据载波功率信号产生往复直线运动。

其中，振动控制参数可以为通过信息交互设备获取的用户输入参数，也可以为从振动控制设备对应的存储器中读取的预存的默认控制参数。振动控制参数还可以包括振动检测器件检测到的振动特性数据，振动控制设备可根据上述振动特性数据、和用户输入参数或默认控制参数来产生振动控制信号，其具体的实现方式可参照上述实施例，此处不再赘述。其余各步骤的实现方式也可参照上述实施例。

本实施例所提供的技术方案，通过采用振动控制设备获取振动参数，并根据该振动参数产生振动控制信号；采用功率调制器根据该振动控制信号产生载波功率信号，载波功率信号用于驱动电磁激励器产生往复直线运动；电磁激励器与待控物体相连，以带动待控物体产生振动，摒弃了传统的零部件数量较多的机械驱动方式，采用电磁激励器产生往复直线运动的方式驱动待控物体振动，减少了零部件的数量，降低了系统复杂程度及控制算法的设计难度。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。