一种新型的高精度机电一体化控制装置及其方法与流程

本发明属于自动化控制技术领域，尤其涉及一种新型的高精度机电一体化控制装置及其方法。

背景技术

目前国内外市场在此领域内使用的控制装置各式各样，在性能上大都存在一些不足之处，例如：有的产品输出扭矩小，运行中容易产生卡死现象；有的产品齿轮强度差，堵转时齿轮箱中的传动齿轮容易产生断齿；有的产品无电机保护功能，堵转时电机容易烧坏；有的产品精度和灵敏度差，容易产生错误动作，致使货物输送不到位，等等。这些产品缺陷严重影响整机产品的正常使用，不仅给顾客带来诸多不便，更增加生产厂家现场的维修成本。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)传统的机电一体化控制装置结构复杂，无法满足操作简单的要求；且传统的机电一体化控制装置精度不高，达不到高精度的工作要求。

(2)霍尔传感器容易受到外部磁场干扰，造成机电一体化控制装置工作效率降低，降低产品质量。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型的高精度机电一体化控制装置及其方法。

本发明是这样实现的，一种新型的高精度机电一体化控制方法，所述新型的高精度机电一体化控制方法包括：

(1)电源接口接通电源，直流电动机连同输出轴转动；磁性元件与霍尔传感器相连；采用数学模型提高霍尔传感器的测量精度；

所述数学模型为：

当n＝1时,有：

当θr1＝0°时得到：

如果d＝5r，br＝(5/6)brr；只采用一个霍尔传感器的时候通过在br上乘以一个常数6/5提高测量的精度；距离d和位置角度r1；当权值的br；

(2)在转动过程中当磁性元件与霍尔传感器达到预定位置时，霍尔传感器产生电信号，电信号的特征提取传递给控制器，控制器控制直流电动机停止；

所述电信号的特征提取包括：

1)对一组电信号数据，首先把电信号数据分成等长的数据段；

2)对每段电信号数据进行非线性预测，得到每段电信号的预测误差，其中预测模型的参数m和d取固定值；

3)把每段电信号的预测误差的归一化方差的对数值，即ln..2(m,d)，作为提取的特征值；

把时间序列|{xn}，n＝1，2，...，n看做一个闭环动力结构，即输出xn作为一个延迟输入；用离散volterra自回归模型来得到预测时间序列

其中基{zk(n)}由延迟矢量x(n-1)的d阶的所有截断的组合项组成，总维数为每一个模型由两个参数m和d决定；线性或非线性模型的拟合程度可由预测误差的归一化的方差来表征：

其中xn(n＝1，2，...，l)为实际值，为由预测模型得到的预测值

(3)采用电压平衡方程停止一段时间后直流电动机再次转动，重复上述动作，实现工作装置的运动与停止。

进一步，所述直流电动机电压平衡方程为：

式中：rs为钉子每相绕组的电阻，ω，l为定子每相绕组的电感，h，mij为定子第i相绕组与第j相绕组之间的互感，h；d为微分算子；ψa，ψb，ψc表示三相定子磁链，wb；ua，ub，uc表示三相定子电压，v；ia，ib，ic表示三相定子电流，a；

直流电动机的电磁转矩方程为：

运动方程为：

式中：te为电磁转矩，tl为负载转矩；b为阻尼系数；ω为直流电动机机械转速，j为电机的转动惯量。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述新型的高精度机电一体化控制方法对的新型的高精度机电一体化控制装置，所述新型的高精度机电一体化控制装置设置有直流电动机；

所述直流电动机通过联轴器和螺栓连接有变速箱，所述直流电动机和变速箱均通过螺栓固定于平台上；所述平台上螺钉固定有控制台，所述控制台上端设置有控制器和电源接口，下端安装有霍尔传感器。

进一步，所述霍尔传感器与控制器电性相连，控制器与直流电动机电性相连。

进一步，变速箱的输出轴贯穿整个变速箱，变速箱输出轴一端与传送轮相连，另一端安装一个磁性元件，即一端用于传动，另一端用于发生磁性信息。

进一步，所述磁性元件与霍尔传感器相对，在转动过程中当磁性元件与霍尔传感器达到预定位置时，霍尔传感器产生电信号，电信号传递给控制器，进而控制器控制直流电动机的转与停，控制工作装置的状态。

进一步，所述控制器由信息接收模块、信息存储模块、微处理器、信息输出模块组成。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过采用霍尔传感器和磁性元件，实现了机器的机电一体化控制，满足自动化控制的要求；结构简单，易于加工制造，易于操作和推广；并且通过霍尔传感器和磁性元件实现了机电一体化高精度控制。本发明降低了外部的磁场干扰。利用传统的电流互感器和按照新方法设计的霍尔电流互感器进行了实验对比，结果表明霍尔电流互感器能达到0.5～1的精度等级，说明了该方法的可行性。本发明从电信号中自动检测；采用基于可预测性的选取嵌入维数的方法确定脑电信号序列的嵌入维数，进行相空间重构；实验结果表明:基于非线性预测效果的特征提取方法提取的特征能明显地区分电信号与正常电信号，该非线性特征提取方法适合小数据量的情况且对噪声的稳定性好。本发明的直流电动机在稳态运行条件下，电机发生动态偏心故障，相应的特征频率幅值有明显变化，电机转速不同，特征频率幅值的变化程度不同。但在同一转速下，故障程度加大，特征频率的幅值也随之增加。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型的高精度机电一体化控制装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的新型的控制器结构示意图；

图中：1、直流电动机；2、变速箱；3、平台；4、控制台；5、控制器；6、电源接口；7、霍尔传感器；8、输出轴；9、传送轮；10、磁性元件；11、信息接收模块；12、信息存储模块；13、微处理器；14、信息输出模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的新型的高精度机电一体化控制装置包括：直流电动机1、变速箱2、平台3、控制台4、控制器5、电源接口6、霍尔传感器7、输出轴8、传送轮9、磁性元件10。

直流电动机1通过联轴器和螺栓连接有变速箱2，直流电动机1和变速箱2均通过螺栓固定于平台3上；平台3上螺钉固定有控制台4，控制台4上端设置有控制器5和电源接口6，下端安装有霍尔传感器7；

作霍尔传感器7与控制器5电性相连，控制器5与直流电动机1电性相连；变速箱2的输出轴8贯穿整个变速箱2，变速箱2输出轴8一端与传送轮9相连，另一端安装一个磁性元件10，即一端用于传动，另一端用于发生磁性信息；磁性元件10与霍尔传感器7相连对，在转动过程中当磁性元件10与霍尔传感器7达到预定位置时，霍尔传感器7产生电信号，电信号传递给控制器5，进而控制器5控制直流电动机1的转与停，从而控制工作装置的状态。

如图2所示，控制器5由信息接收模块11、信息存储模块12、微处理器13、信息输出模块14组成。

本发明的工作原理：使用时，电源接口6接通电源，直流电动机1连同输出轴8转动。磁性元件10与霍尔传感器7相连，在转动过程中当磁性元件10与霍尔传感器7达到预定位置时，霍尔传感器7产生电信号，电信号传递给控制器5，进而控制器5控制直流电动机1停止，因此可以控制输出轴8转动一周或者数周控制直流电动机1停止。停止一段时间后直流电动机1再次转动，重复上述动作，实现工作装置的运动与停止。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

本发明实施例提供的新型的高精度机电一体化控制方法包括：

(1)电源接口接通电源，直流电动机连同输出轴转动；磁性元件与霍尔传感器相连；采用数学模型提高霍尔传感器的测量精度；

所述数学模型为：

当n＝1时,有：

当θr1＝0°时得到：

如果d＝5r，br＝(5/6)brr；只采用一个霍尔传感器的时候通过在br上乘以一个常数6/5提高测量的精度；距离d和位置角度r1；当权值的br；

(2)在转动过程中当磁性元件与霍尔传感器达到预定位置时，霍尔传感器产生电信号，电信号的特征提取传递给控制器，控制器控制直流电动机停止；

所述电信号的特征提取包括：

1)对一组电信号数据，首先把电信号数据分成等长的数据段；

2)对每段电信号数据进行非线性预测，得到每段电信号的预测误差，其中预测模型的参数m和d取固定值；

3)把每段电信号的预测误差的归一化方差的对数值，即ln..2(m,d)，作为提取的特征值；

把时间序列|{xn}，n＝1，2，…，n看做一个闭环动力结构，即输出xn作为一个延迟输入；用离散volterra自回归模型来得到预测时间序列

其中基{zk(n)}由延迟矢量x(n-1)的d阶的所有截断的组合项组成，总维数为每一个模型由两个参数m和d决定；线性或非线性模型的拟合程度可由预测误差的归一化的方差来表征:

其中xn(n＝1，2，…，l)为实际值，为由预测模型得到的预测值

(3)采用电压平衡方程停止一段时间后直流电动机再次转动，重复上述动作，实现工作装置的运动与停止。

进一步，所述直流电动机电压平衡方程为：

式中：rs为钉子每相绕组的电阻，ω，l为定子每相绕组的电感，h，mij为定子第i相绕组与第j相绕组之间的互感，h；d为微分算子；ψa，ψb，ψc表示三相定子磁链，wb；ua，ub，uc表示三相定子电压，v；ia，ib，ic表示三相定子电流，a；

直流电动机的电磁转矩方程为：

运动方程为：

式中：te为电磁转矩，tl为负载转矩；b为阻尼系数；ω为直流电动机机械转速，j为电机的转动惯量。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。