专利名称：基于旋转编码器进行反馈控制的轴承自润滑方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴系结构自动润滑的技术领域，具体指一种基于旋转编码器对主轴转速进行测量，进行反馈控制以轴承为支承的自动润滑的方法及其装置。
背景技术：
目前，轴系结构的润滑主要是通过对支承轴系的轴承进行注油实现的，现有的轴承自动注油器，可以经过人为设定，使油杯定时、定量对轴承注油，从而达到润滑的效果，这样的注油方式属于开环控制方式，具有注油时间与注油量都不太准确的缺点，并且可能造成过注油或欠注油现象。注油过多造成不必要浪费，注油不足则可能造成轴承润滑度下降， 而引起磨损。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺失和不足，提出一种基于主轴转速信号反馈的轴承自动润滑方法。本发明采用闭环控制方法，根据轴承润滑程度引起主轴转速变化情况，通过对以旋转编码器对主轴的转速进行实时检测，据此对轴承润滑程度进行识别，以此作为反馈信号，用于控制自动注油器及时进行润滑油的加注。本发明的主要工作原理概述(如附
图1所示)一、依据主轴转速估计轴承润滑程度的关系基于主轴转速与轴承润滑程度，它们之间存在可以用数学模型表达的关系，其数学模型可以通过实验观测主轴转速与轴承润滑程度的数据建立，当刚毛弹性变形不大时， 静摩擦力与转速之间具有正比关系，即F(k) = α + β ν (k)(1)其中，α，β为系数，ν为转速(rad/s)。而在转速相对恒定的情况下，润滑度与静摩擦力大小成反比，即润滑度低，静摩擦力大。利用模糊曲线拟合方法建立这种模型，以建立转速与润滑度的关系，即s(k) = f(s(k"l), v(k-l))(2)其中，S为轴承油膜厚度(ym)，反映润滑度，f(.)表示输入输出的一种映射关系。 这表明油膜厚度变化是个动态过程，当前时刻油膜厚度与前一时刻油膜厚度和速度变化有关。二、关于轴承润滑状况的识别依据转速运行进入稳态时，如果在其他主要运行条件不变的情况下，在给定输入下，如果现测转速与原来所测转速有一定变化，则停机，测取此时油膜厚度，分别记录转速和油膜厚度测量值(数据)。然后再重新运行，如果转速进入稳态后，发现在给定输入和其他运行条件不变情况下，现测转速值异于原测值，则重复上述步骤，获得相应的转速和油膜厚度测量值(数据)。三、根据所获得得转速与油膜厚度测量数据，按模糊曲线拟合方法，建立模糊关系数学模型通过测量轴承转速变化达到稳态时，测取相对应油膜厚度，由于测量油膜厚度无法在线进行，故而进行离线测量，这时采集的数据，可以通过模糊曲线拟合方法，建立油膜厚度与转速之间的函数关系。设转速最大和最小值分别为Vmax和Vmin，则转速的模糊变量转换可以按
获得，m油膜厚度也可设最大和最小厚度值分别为Sfflax ^p ^lin，则油膜厚度
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的模糊变量转换可以按S=^^^^力得到，这种模糊拟合关系呈
max minS(k) = Int(aS(k-l) + (l-a)V(k-l))(3)在公式(3)描述的变化曲线中，其中0 < a < 1是加权系数，Int (.)为取整运算， 从而获得油膜厚度与转速之间的关系。四、所述的根据模糊控制原理，进行润滑程度模糊估计和注油量模糊决策根据公式C3)可以估计油膜厚度，即润滑程度S (k)，然后根据润滑操作经验确定注油器的注油刻度(对应步进电机转动的角度)M(k)，其中隶属函数取三角函数，其控制规则为If S(k) = PB then M(k) =Z elseIf S(k) = PM then M(k) =S elseIf S(k) = PS then M(k) =M elseIf S(k) =Z then M(k) = B.其中，PB、PM、PS、Z分别表示正大、正中、正小和零；BMSZ则分别表示大、中、小、零。根据隶属函数获得相应的控制规则表
权利要求
1.一种基于旋转编码器进行反馈控制的轴承自润滑方法，其特征是，包括A.依据主轴转速估计轴承润滑程度的关系；B.实时轴承润滑程度的识别；C.根据所获得得转速与油膜厚度测量数据，按模糊拟曲线合方法，建立模糊关系数学模型；D.根据模糊控制原理，进行轴承润滑程度模糊估计和注油量模糊决策；E.根据注油量与步进电机旋转角度之间的关系，控制步进电机的转角，进而驱动注油器注入相应的润滑油量。
2.如权利要求1所述的基于旋转编码器进行反馈控制的轴承自润滑方法，其特征是， 所述A.根据主轴转速估计轴承润滑程度的关系基于主轴转速与轴承润滑程度，它们之间存在可以用数学模型表达的关系，其数学模型可以通过实验观测主轴转速与轴承润滑程度的数据建立，当刚毛弹性变形不大时，静摩擦力与转速之间具有正比关系，即F(k) = α + β ν (k)(1)其中，α，β为系数，ν为转速(rad/s)；而在转速相对恒定的情况下，润滑度与静摩擦力大小成反比，即润滑度低，静摩擦力大；利用模糊曲线拟合方法建立这种模型，以建立转速与润滑度的关系，即 T(k) = f(T(k-l), v(k-l))(2)其中，T为轴承油膜厚度ym，反映润滑度，f(.)表示输入输出的一种映射关系，表明油膜厚度变化是个动态过程，当前时刻油膜厚度与前一时刻油膜厚度和速度变化有关； 所述B.实时轴承润滑程度的识别依据转速运行进入稳态时，如果在其他主要运行条件不变的情况下，在给定输入下，如果现测转速与原来所测转速有一定变化，则停机，测取此时油膜厚度，分别记录转速和油膜厚度测量数据；然后再重新运行，如果转速进入稳态后，发现在给定输入和其他运行条件不变情况下， 现测转速值异于原测值，则重复上述步骤，获得相应的转速和油膜厚度测量数据；所述C.根据所获得的转速与油膜厚度测量数据，按模糊曲线拟合方法，建立模糊关系数学模型通过测量轴承转速变化达到稳态时，测取相对应油膜厚度，由于测量油膜厚度无法在线进行，故而进行离线测量，这时采集的数据，可以通过模糊曲线拟合方法，建立油膜厚度与转速之间的函数关系设转速最大和最小值分别为Vmax和Vmin，则转速的模糊变量转换可以按7max min获得，而油膜厚度也可设最大和最小厚度值分别为Tmax和Tmin，则油膜厚度的模糊变量转换可以按巧得到，这种模糊拟合关系呈max minTf (k) = Int(aS(k-l) + (l-a)V(k-l))(3)在公式(3)描述的变化曲线中，其中0<a< 1是加权系数，Int(.)为取整运算，从而获得油膜厚度与转速之间的关系；所述D.根据模糊控制原理，进行润滑程度模糊估计和注油量模糊决策 根据公式C3)可以估计油膜厚度，即润滑程度Tf (k)，然后根据润滑操作经验确定注油器的注油刻度，其对应步进电机转动的角度M(k)，其中，隶属函数取三角函数，其控制规则为If Tf (k) = PB then M(k) =Z else If Tf (k) = PM then M(k) =S else If Tf (k) = PS then M(k) =M else If Tf (k) = Z then M(k) =B其中，PB、PM、PS、Z分别表示正大、正中、正小和零；BMSZ则分别表示大、中、小、零； 根据隶属函数获得相应的控制规则表
3.如权利要求1所述的基于旋转编码器进行反馈控制的轴承自润滑方法的装置，其特征是，控制电路包括旋转编码器回路、主控制部分、反馈控制部分与数据传输部分；所述旋转编码器电路，旋转编码器选用Autonics公司的E30S-360-3-2 ；若旋转编码器与主轴通过齿数为1 1的两齿轮连接在一起，则主轴旋转一圈即可以用360个脉冲表示； 所述主控制电路，主控制MCU为MCS-51系列单片机AT89S52 ； 所述反馈控制电路，包括由控制注油器工作的步进电机驱动电路组成，选择高压大电流，可控大功率器件达林顿晶体管阵驱动芯片ULN2003 ；另外，为了使反馈控制有一个直观的效果的LED显示部分；所述数据传输电路，鉴于首先对正常转速信号进行采集，采用RS232串行通信接口，建立单片机与上位计算机间通信的数据传输电路。
全文摘要
本发明基于旋转编码器进行反馈控制的轴承自润滑方法及其装置，具体指一种基于旋转编码器对主轴转速进行测量，进行反馈控制以轴承为支承的自动润滑的方法及装置，涉及轴系结构自动润滑的技术领域。本发明采用闭环控制方法，根据轴承润滑程度引起主轴转速变化情况，通过对以旋转编码器对主轴的转速进行实时检测，据此对轴承润滑程度进行识别，以此作为反馈信号，同时根据注油量与步进电机旋转角度之间的关系，控制步进电机的转角，进而驱动自动注油器及时进行润滑油的加注。本发明装置具有结构简单，制造方便，成本低廉，测量精度高；软件设计独立，基于51单片机的C程序扩展性好，移植方便等特点。
文档编号G05B13/04GK102410436SQ20111031052
公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者徐苏明, 董瑞丽, 谭永红 申请人:上海师范大学