一种自动研磨控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种自动研磨控制方法及系统，其中系统包括PID算法控制器，所述PID算法控制器的输出端与电机控制器的输入端电连接，所述电机控制器的输出端与直流电机的输入端电连接，所述直流电机的输出端与研磨装置连接，且所述直流电机的输出端设有用于将电机输出转速测量并转换成模拟信号的测速装置，所述测速装置的输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接。本发明提供的自动研磨控制系统有高速生产、节能生产、高精度生产、可靠性生产和安全生产等特点，是一个以速度环为反馈，以电流环和温度环为保护的闭环系统，能高效可靠的用于研磨生产，提高生产效率，创造社会效益。
【专利说明】一种自动研磨控制方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及研磨系统，具体是一种自动研磨控制方法及系统。
【背景技术】
[0002]在现代飞速发展的企业生产时代，高效生产机器成为每一个企业生产追求。研磨机也不例外。现代的高效，要求研磨机，以短时间、低加工成本来加工出高质量产品。短时间生加工大批量产品，这就要求研磨机要有较大容量，或者是运行速度快等特点。中型研磨机加大容量必然大幅度提高成本，所以从节省成本的方面考虑，加快运行素的是比较经济的方法。
[0003]生产耗能是一个企业不得不考虑的问题。采用串电阻调速，不管从能源效率角度来看，还是从生产成本来看，都是不可取的。再者，串电阻调速系统加工精度方面除了磨具的质量有影响外，磨具的运行方式也占很大的影响比重。研磨加工首先要求的磨具稳定，包括速度稳定，转矩稳定。其次，磨具的动作可调节性强。而且运行时候要有一个可靠的控制算法来作为控制核心。
[0004]综上所述，现代生产对研磨机要求有:高速生产、节能生产、高精度生产、可靠生产和安全生产。
【发明内容】
[0005]本发明的首要目的是提供一种研磨速度可调的，输出力矩和转速稳定，并且要具有高效、节能、安全、稳定的自动研磨控制方法及系统系统，为实现上述目的本发明的具体方案如下:
[0006]一种自动研磨控制系统，包括PID算法控制器，所述PID算法控制器的输出端与电机控制器的输入端电连接，所述电机控制器的输出端与直流电机的输入端电连接，所述直流电机的输出端与研磨装置连接，且所述直流电机的输出端设有用于将电机输出转速测量并转换成模拟信号的测速装置，所述测速装置的输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接。
[0007]优选的，还包括用于对所述电机控制器温度进行测量并转换成模拟信号的温度检测模块，所述温度检测模块的输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接。
[0008]优选的，还包括电流检测模块，所述电流检测模块的输入端与所述直流电机的输入端电连接，输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接。
[0009]优选的，还包括减速机，所述减速机设于所述直流电机的输出端与研磨装置之间，所述测速装置为编码器，所述编码器设于所述减速机中。
[0010]优选的，所述直流电机为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机或复励直流电机。
[0011]一种自动研磨控制方法，包括以下步骤:
[0012]通过测速装置检测直流电机或与直流电机相连的减速机转速，并将转速转换成模拟信号反馈至PID算法控制器；
[0013]PID算法控制器内的比较器比较预定的转速设定值与接收到的转速信号，得到误差值，根据误差值计算控制字；
[0014]加载滤波参数指令，装载PID参数；
[0015]发送控制字，包括比例周期Kp，采样周期Kd，积分周期Ki及积分上限控制参数il ;
[0016]按控制字的配置逐个发送参数；
[0017]更新PID参数指令；
[0018]PID算法控制器的输出经过电机控制器驱动直流电机运行。
[0019]优选的，所述控制字高字节配置微分周期采样间隔，低字节配置需要装载的PID参数。
[0020]本发明提供的自动研磨控制系统有高速生产、节能生产、高精度生产、可靠性生产和安全生产等特点，是一个以速度环为反馈，以电流环和温度环为保护的闭环系统，能高效可靠的用于研磨生产，提高生产效率，创造社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中:
[0022]图1为本发明实施例系统结构示意图；
[0023]图2为本发明实施例PID算法控制器初始化流程图；
[0024]图3为本发明实施例PID控制字结构图；
[0025]图4为本发明实施例PID算法控制器波特图；
[0026]图5为本发明实施例PID算法控制器运动轨迹初始化的流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0028]实施例
[0029]如图1所示，一种自动研磨控制系统，包括PID算法控制器、电机控制器、直流电机以及测速装置，所述PID算法控制器包括比较器、比例器、积分器以及微分器，以比较器的输入端作为所述PID算法控制器的输入端，比较器的输出端则分别电连接于比例器、积分器以及微分器的输入端，比例器、积分器以及微分器的输出端则作为所述PID算法控制器的输出端与电机控制器的输入端电连接，所述电机控制器的输出端与直流电机的输入端电连接，直流电机可以是他励、并励、串励、复励直流电机，所述直流电机的输出端与研磨装置连接，且所述直流电机的输出端设有用于将电机输出转速测量并转换成模拟信号的测速装置，本实施例中测速装置为编码器，所述测速装置的输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接。
[0030]由上述实施例方案可知，本系统为闭环控制系统，采用分辨率较高的编码器作为速度的闭环反馈，控制对象是直流电机，用户设定目标转速，直流电机的转速通过编码器反馈至控制系统，反馈值与设定值比较之后，控制系统通过PID算法来控制直流电机的转速，使之很快的跟随给定值。直流电机的调速使用调压调速，以改变PWM波的占空比来改变输出电压的大小，随着PWM技术的研究发展，小容量直流电机调压驱动可采用晶体管驱动，并采用高频调制波控制晶体管通断，使直流电机工作在电流连续的环境下，从而保证了直流电机转矩和转速的稳定。
[0031]作为上述实施例方案的改进，还包括用于对所述电机控制器温度进行测量并转换成模拟信号的温度检测模块，所述温度检测模块的输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接，达到保护电机控制器的目的。
[0032]作为上述实施例方案的改进，还包括电流检测模块，所述电流检测模块的输入端与所述直流电机的输入端电连接，输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接，电流检测模块的保护是和预先设定的阀值电流对比，判断是否过流运行。
[0033]由于本系统是研磨系统，电机输出的力矩要求较大，而且研磨过程中系统的运行受研磨的材料影响较大，若研磨材料中出现较硬的杂质或者硬块，很可能会造成电机的输出力矩不足而堵转。我们知道，本系统电机的控制是运用PID算法，电机堵转之后，反馈回来的转速为0，与设定速度相差非常大，所以控制器的输出的电压迅速增加来迫使输出转速达到目标设定转速。若此时电机的输出力矩依然不能碾动研磨材料的话，依然会堵转，并且输出电压继续加大，此时势必控制器电流加大，温度升高，最终会造成烧毁控制系统的不可挽回后果，因此作为上述实施例方案的改进，为了避免这种后果的出现，本系统增加了温度检测模块和电流检测模块。当输出有堵转情况的时候，电流检测模块的保护开始起作用，但并不是马上停止控制器的输出，而是有效的控制电流的增加，避免迅速飙升；增加到一定程度之后，若还不能解决堵转，控制器的温度就会上升到上限值，触动温度检测模块的保护，停止控制器的输出，并且发出报警信号。电流检测模块和温度检测模块的双环保护，使研磨系统能稳定、高效、安全的运行，是不可缺少的。
[0034]作为上述实施例方案的改进，还包括减速机，所述减速机设于所述直流电机的输出端与研磨装置之间，所述测速装置为编码器，直流电机应采用分辨率较高的编码器作为速度的闭环反馈，即直流电机主轴每旋转一圈就产生足够的计数脉冲来反馈到控制端。编码器分辨率太低，电机低速运行时，误差较大。分辨率太高，则电机在高速运行时，有丢失脉冲的可能，所述编码器设于所述减速机中。编码器反馈的速度是减速箱输出的速度。这样选型和设置的原因是因为，本系统是研磨系统，工作时产生的粉尘比较多，若将编码器置于负载输出端，研磨时产生的粉尘必定会遮挡住编码器的检测装置，造成编码误差。因此，把编码器置于减速箱内，能很好的解决这个问题，而且减速比的恰当选择能很好的保证误差。当转速为10RPM时每圈脉冲误差为r|=xl00%=0.3% (320.4为转速10RPM时，编码器的脉冲频率X = 320.4 Hz).当转速为300RPM
时，每圈脉冲误差为X '100% = 0,01? (9612.4为转速300RPM时，编码器的脉冲频率，其中，3249:169是电机的减速比，编码器检测的转速是减速后输出的转速，°。:」。X = 9612,1 ff2)。可见，这样的误差对研磨系统来说是绝对可以接受的。
[0035]本实施例中的直流电机为为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机或复励直流电机，通过控制其输入电压来去驱动直流电机是一个非常理想的驱动方式，调压控制都比串电阻调速要好。
[0036]如图2所示，上述自动研磨控制系统的控制方法包括以下步骤:
[0037]通过测速装置检测直流电机或与直流电机相连的减速机转速，并将转速转换成模拟信号反馈至PID算法控制器；
[0038]PID算法控制器内的比较器比较预定的转速设定值与接收到的转速信号，得到误差值，根据误差值计算控制字；
[0039]加载滤波参数指令，装载PID参数；
[0040]发送控制字，包括比例周期Kp，采样周期Kd，积分周期Ki及积分上限控制参数il ;
[0041]按控制字的配置逐个发送参数；
[0042]更新PID参数指令；
[0043]PID算法控制器的输出经过电机控制器驱动直流电机运行。
[0044]上述控制方案中，控制字格式如图3，高字节配置微分周期采样间隔，低字节配置需要装载的PID参数。高字节是是微分采样间隔Ts，T是采样间隔Ts = TX (I?255), fclk是工作时钟频率。
[0045]如图4所示，PID滤波器的波特图。从图中，可以看到比例周期Kp起到调节比例增益的作用。采样周期Kd增大了系统的带宽，但其更重要的作用是在控制环处于高频段时，增加相位的超前。对于一个相位滞后的电机控制系统来说，Kd可以改善系统的稳定性。积分周期Ki提供一个很高的积分增益直接地减少了系统的静态误差，但会在低频段使相位滞后。因此PID参数的整定一定要根据系统的实际要求。
[0046]如图5所示，这个初始化的意义在于决定电机是以哪一种方式运行，速度模式和位置模式。首先，主控单元先发送控制命令。然后配置一个适合的控制字，当中包括运行模式的选择，需要装载的参数和停转模式的选择。开发者可根据控制系统需要配置。在运行过程中，只要电机当前设定运动结束，就可以重新配置控制字，实现不同时间不同模式控制。和前面介绍的PID初始化一样，发送完控制字后，就马上发送要装载参数的值。一切就绪后，发送控制开始运动指令，电机就会马上运转。
[0047]以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在【具体实施方式】以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种自动研磨控制系统，其特征在于: 包括PID算法控制器，所述PID算法控制器的输出端与电机控制器的输入端电连接，所述电机控制器的输出端与直流电机的输入端电连接，所述直流电机的输出端与研磨装置连接，且所述直流电机的输出端设有用于将电机输出转速测量并转换成模拟信号的测速装置，所述测速装置的输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接。
2.如权利要求1所述的自动研磨控制系统，其特征在于: 还包括用于对所述电机控制器温度进行测量并转换成模拟信号的温度检测模块，所述温度检测模块的输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接。
3.如权利要求1所述的自动研磨控制系统，其特征在于: 还包括电流检测模块，所述电流检测模块的输入端与所述直流电机的输入端电连接，输出端与所述PID算法控制器的输入端电连接。
4.如权利要求1所述的自动研磨控制系统，其特征在于: 还包括减速机，所述减速机设于所述直流电机的输出端与研磨装置之间，所述测速装置为编码器，所述编码器设于所述减速机中。
5.如权利要求1所述的自动研磨控制系统，其特征在于: 所述直流电机为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机或复励直流电机。
6.一种自动研磨控制方法，其特征在于包括以下步骤: 通过测速装置检测直流电机或与直流电机相连的减速机转速，并将转速转换成模拟信号反馈至PID算法控制器； PID算法控制器内的比较器比较预定的转速设定值与接收到的转速信号，得到误差值，根据误差值计算控制字； 加载滤波参数指令，装载PID参数； 发送控制字，包括比例周期Kp，采样周期Kd，积分周期Ki及积分上限控制参数il ； 按控制字的配置逐个发送参数； 更新PID参数指令； PID算法控制器的输出经过电机控制器驱动直流电机运行。
7.如权利要求6所述的自动研磨控制方法，其特征在于: 所述控制字高字节配置微分周期采样间隔，低字节配置需要装载的PID参数。
【文档编号】B24B51/00GK104149029SQ201410441486
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】王建晖, 张立, 何志辉, 周鉴潮, 越沛宏 申请人:广州大学