一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统及控制方法，该控制系统包括：装置部分包括磁流变液制动器、电动缸、弹性环节和电机，磁流变液制动器制动盘侧通过弹性环节与电动缸连接，转动盘侧与电机连接，磁流变液制动器的外部绕有励磁线圈；控制部分包括微控制器、DSP数据处理器、转矩传感器、PWM逆变控制器、D/A转换器、变频器和可编程电源，微控制器通过PWM逆变控制器、D/A转换器与电动缸电连接，微控制器通过可编程电源与励磁线圈电连接，转矩传感器与DSP数据处理器的输入端连接，DSP数据处理器的输出端与微控制器电连接，变频器与电机电连接。本发明通过给予磁流变液制动器轴向挤压力，增加其制动转矩，增强了制动效果。
【专利说明】
一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统及控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种挤压控制系统及其控制方法，具体是涉及一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统及控制方法，属于磁流变液控制领域。
【背景技术】
[0002]磁流变液是一种新型智能磁功能材料，它在无外加磁场时，表现为流动良好的牛顿流体，但在外加磁场作用下，流体的流变特性发生巨大变化，其表观粘度可在1ms内增加几个数量级，并呈现类似固体的力学性质，且可通过调节磁流变液制动器中励磁线圈的输入电流大小来改变磁流变液的固化程度，以改变制动转矩的大小，从而可以快速匹配制动力矩，完成精准的制动控制。
[0003]现有的磁流变液制动器大都仅是通过控制电流的大小来控制制动转矩的大小，当磁流变液达到磁饱和程度时，其制动转矩就无法继续增加，阻碍了磁流变液制动器向大制动转矩的发展。因此，研发一套基于磁流变液制动器大制动转矩并实现大制动转矩可调的控制系统及控制方法显得尤为重要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统，在磁流变液达到磁饱和强度状态时，能继续增加制动转矩，提高其制动性能。
[0005]本发明的另一目的是提供上述挤压控制系统的控制方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明的一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统，包括装置部分和控制部分，
[0007]所述装置部分包括磁流变液制动器、电动缸、弹性环节和电机，所述的磁流变液制动器采用盘式磁流变液制动器，包括一个制动盘、一个转动盘、制动轴和转动轴，所述的制动盘安装在制动轴的左端，制动盘的圆周方向固定，轴向不固定，所述的转动盘安装在转动轴的右端，磁流变液制动器的制动盘侧通过弹性环节与电动缸连接，磁流变液制动器的转动盘侧与电机连接，所述的磁流变液制动器的外部绕有励磁线圈；
[0008]所述控制部分包括微控制器、DSP数据处理器、转矩传感器、PffM逆变控制器、D/A转换器、变频器和可编程电源，所述的微控制器通过PWM逆变控制器、D/A转换器与电动缸电信号连接，所述的微控制器通过可编程电源与所述的励磁线圈电信号连接，所述的转矩传感器安装在磁流变液制动器的转动轴上，所述的转矩传感器的输出端与所述的DSP数据处理器的输入端连接，所述的DSP数据处理器的输出端通过数据总线与微控制器相连，所述的变频器与电机电信号连接。
[0009]进一步地，所述的DSP数据处理器包括DSP处理器、转矩采集模块、A/D转换器Π，所述的转矩传感器依次通过A/D转换器Π、转矩采集模块与DSP处理器电信号连接。
[0010]进一步地，所述控制部分还包括压力传感器，所述的压力传感器安装在磁流变液制动器的制动盘侧，所述的压力传感器的输出端与所述的DSP数据处理器的输入端连接。
[0011]更进一步地，所述的DSP数据处理器还包括压力采集模块、A/D转换器I，所述的压力传感器依次通过A/D转换器1、压力采集模块与DSP处理器电信号连接。
[0012]进一步地，所述的弹性环节为弹簧。
[0013]上述的一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统，其控制方法如下:
[0014]微控制器向可编程电源输出控制信号，对磁流变液制动器的励磁线圈给予磁饱和状态下的电流值；
[0015]变频器控制电机工作，电机通过磁流变液制动器的转动轴带动转动盘转动；
[0016]压力传感器、转矩传感器对磁流变液制动器的实际压力输出和实际转矩输出进行采集，经A/D转换器1、A/D转换器Π进行信号转换后分别采集到压力采集模块、转矩采集模块中；
[0017]DSP数据处理器经数据总线将实际压力输出值与实际转矩输出值传送至微控制器；
[0018]微控制器不断采集转矩传感器测到的实际转矩输出值，对实际转矩与理论所需转矩进行比较得到偏差量及偏差变换率，微控制器经过模糊PID控制算法运算输出控制量对PffM逆变控制器施加控制指令，以改变电动缸输入电流的大小，从而改变电动缸输出推力的大小，进而改变磁流变液制动器的输出转矩的大小，同时微控制器不断采集压力传感器测到的磁流变液制动器的实际压力输出，并将实际压力输出值传送至计算机显示界面。
[0019]与现有技术相比，本发明通过给予励磁线圈磁饱和状态下的电流值，同时通过电动缸给磁流变液制动器施加轴向挤压力，增强磁流变液的固化程度，从而增加其制动转矩；其中微控制器根据参考转矩输出值与实际转矩输出值经过转矩比较器得到转矩的偏差值及偏差变化率，对参考电流输入进行调整，以达到制动大转矩的伺服控制和转矩的稳定输出，提高了系统的精度，进一步保证了装置的制动效果，且装配简单，结构紧凑，在提供更大的制动力矩的同时，增强了装置的可靠性。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的装置及控制总成图；
[0021]图2是本发明的电原理框图；
[0022]图中:1、磁流变液制动器，2、电动缸，3、弹性环节，4、电机，5、励磁线圈。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0024]如图1和图2所示，本发明的一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统，包括装置部分和控制部分，所述装置部分包括磁流变液制动器1、电动缸2、弹性环节3和电机4，所述的磁流变液制动器I采用盘式磁流变液制动器，包括一个制动盘、一个转动盘、制动轴和转动轴，所述的制动盘安装在制动轴的左端，所述的制动盘的圆周方向固定，轴向不固定，所述的转动盘安装在转动轴的右端，磁流变液制动器I的制动盘侧通过弹性环节3与电动缸2连接，磁流变液制动器I的转动盘侧与电机4连接，磁流变液制动器I的外部绕有励磁线圈5;所述的磁流变液制动器I通过励磁线圈5给予磁饱和时的电流值;为节约成本，弹性环节3采用弹簧。
[0025]所述控制部分包括微控制器、DSP数据处理器、压力传感器、转矩传感器、PffM逆变控制器、D/A转换器、变频器和可编程电源；
[0026]所述的微控制器通过可编程电源与所述的励磁线圈5电信号连接，所述的微控制器通过PWM逆变控制器、D/A转换器与电动缸2电信号连接;微控制器主要用于对PWM逆变控制器施加控制指令以对参考电流输入进行调整以及对DSP数据处理器进行数据传输。所述微控制器输出端口输出的PWM脉冲信号给PWM逆变驱动器，该驱动模块输出驱动电流至电动缸2，是电流控制的核心模块。
[0027]所述的DSP数据处理器包括DSP处理器、压力采集模块、A/D转换器1、转矩采集模块、A/D转换器Π，所述的压力传感器安装在磁流变液制动器I的制动盘侧，所述的转矩传感器安装在磁流变液制动器I的转动轴上，所述的压力传感器依次通过A/D转换器1、压力采集模块与DSP处理器电信号连接，所述的转矩传感器依次通过A/D转换器Π、转矩采集模块与DSP处理器电信号连接，所述的DSP数据处理器通过数据总线与微控制器相连;其中压力采集模块用于采集实际压力曲线，转矩采集模块用于采集实际转矩输出曲线，DSP处理器用于对压力采集模块、转矩采集模块数据的实时处理，并将处理完的数据交给所述微控制器进行控制使用，微控制器根据参考转矩输出值与实际转矩输出值经过转矩比较器得到转矩的偏差值及偏差变化率，对参考电流输入进行调整，通过模糊PID控制算法控制电流输入大小，实现参考转矩值与实际转矩值的恒等，达到稳定输出转矩的要求。
[0028]所述的变频器与电机4电信号相连，电机4作为磁流变液制动器转动盘的动力源使用，通过转矩传感器测量实际转矩输出。
[0029]上述控制系统的具体控制方法如下:
[0030]微控制器向可编程电源输出控制信号，对磁流变液制动器I的励磁线圈5给予磁饱和状态下的电流值；
[0031 ]变频器控制电机4工作，电机4通过磁流变液制动器的转动轴带动转动盘转动；
[0032]压力传感器、转矩传感器对磁流变液制动器的实际压力输出和实际转矩输出进行采集，经A/D转换器1、A/D转换器Π进行信号转换后分别采集到压力采集模块、转矩采集模块中；
[0033]DSP数据处理器经数据总线将实际压力输出值与实际转矩输出值传送至微控制器；
[0034]微控制器不断采集转矩传感器测到的实际转矩输出值，对实际转矩与理论所需转矩进行比较得到偏差量及偏差变换率，微控制器经过模糊PID控制算法运算输出控制量对PffM逆变控制器施加控制指令，以改变电动缸输入电流的大小，从而改变电动缸输出推力的大小，进而改变磁流变液制动器I的输出转矩的大小，同时微控制器不断采集压力传感器测到的磁流变液制动器I的实际压力输出，并将实际压力输出值传送至计算机显示界面，从计算机终端可清楚地观察到轴向压力的变化。
[0035]综上所述，本发明首先对磁流变液制动器励磁线圈给予磁饱和状态下的电流值，通过电动缸给磁流变液制动器给予轴向挤压力，增强磁流变介质的固化程度，从而增加其制动转矩;微控制器将参考转矩输出与实际转矩输出经过所述转矩比较器得到转矩偏差量及偏差变化率，对参考电流输入进行修正，以改变磁流变介质的固化强度，达到制动大转矩的伺服控制和转矩的稳定输出的目的。
【主权项】
1.一种基于磁流变液制动器的挤压控制系统，其特征在于，包括装置部分和控制部分， 所述装置部分包括磁流变液制动器(I)、电动缸(2)、弹性环节(3)和电机(4)，所述的磁流变液制动器(I)采用盘式磁流变液制动器，包括一个制动盘、一个转动盘、制动轴和转动轴，所述的制动盘安装在制动轴的左端，制动盘的圆周方向固定，轴向不固定，所述的转动盘安装在转动轴的右端，磁流变液制动器(I)的制动盘侧通过弹性环节(3)与电动缸(2)连接，磁流变液制动器(I)的转动盘侧与电机(4)连接，所述的磁流变液制动器(I)的外部绕有励磁线圈(5)； 所述控制部分包括微控制器、DSP数据处理器、转矩传感器、PWM逆变控制器、D/A转换器、变频器和可编程电源，所述的微控制器通过PWM逆变控制器、D/A转换器与电动缸(2)电信号连接，所述的微控制器通过可编程电源与所述的励磁线圈(5)电信号连接，所述的转矩传感器安装在磁流变液制动器(I)的转动轴上，所述的转矩传感器的输出端与所述的DSP数据处理器的输入端连接，所述的DSP数据处理器的输出端通过数据总线与微控制器相连，所述的变频器与电机(4)电信号连接。2.如权利要求1所述的基于磁流变液制动器的挤压控制系统，其特征在于，所述的DSP数据处理器包括DSP处理器、转矩采集模块、A/D转换器Π，所述的转矩传感器依次通过A/D转换器Π、转矩采集模块与DSP处理器电信号连接。3.如权利要求2所述的基于磁流变液制动器的挤压控制系统，其特征在于，所述控制部分还包括压力传感器，所述的压力传感器安装在磁流变液制动器(I)的制动盘侧，所述的压力传感器的输出端与所述的DSP数据处理器的输入端连接。4.如权利要求3所述的基于磁流变液制动器的挤压控制系统，其特征在于，所述的DSP数据处理器还包括压力采集模块、A/D转换器I，所述的压力传感器依次通过A/D转换器1、压力采集模块与DSP处理器电信号连接。5.如权利要求1至4任一项所述的基于磁流变液制动器的挤压控制系统，其特征在于，所述的弹性环节为弹簧。6.—种如权利要求1至4任一项所述的基于磁流变液制动器的挤压控制系统的控制方法，其特征在于， 微控制器向可编程电源输出控制信号，对磁流变液制动器(I)的励磁线圈(5)给予磁饱和状态下的电流值； 变频器控制电机(4)工作，电机(4)通过磁流变液制动器(I)的转动轴带动转动盘转动； 压力传感器、转矩传感器对磁流变液制动器(I)的实际压力输出和实际转矩输出进行采集，经A/D转换器1、A/D转换器Π进行信号转换后分别采集到压力采集模块、转矩采集模块中； DSP数据处理器经数据总线将实际压力输出值与实际转矩输出值传送至微控制器； 微控制器不断采集转矩传感器测到的实际转矩输出值，对实际转矩与理论所需转矩进行比较得到偏差量及偏差变换率，微控制器经过模糊PID控制算法运算输出控制量对PffM逆变控制器施加控制指令，以改变电动缸输入电流的大小，从而改变电动缸输出推力的大小，进而改变磁流变液制动器(I)的输出转矩的大小， 同时微控制器不断采集压力传感器测到的磁流变液制动器(I)的实际压力输出，并将实际压力输出值传送至计算机显示界面。
【文档编号】F16D57/00GK105871294SQ201610274542
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】刘新华, 史耀, 徐永攀, 王润泽, 莫立东, 任衍坤, 张秋香, 张明珊
【申请人】中国矿业大学