一种人体3d扫描转速自适应控制系统的制作方法_2

文档序号:10038219阅读:来源:国知局
并随转盘7旋转,以带动站在支撑盘8上的人体旋转。
[0026] 支撑架2为圆柱型框体结构,包括上下两个间隔设置的支撑圆环,两支撑圆环之 间设有至少两根支撑杆,以便支撑,其中,下支撑圆环的周缘均匀间隔设有至少二个外沿 部,外沿部上开有螺孔,以便通过螺钉将支撑架2固定在壳体1内;所述的转盘电机05设置 在支撑架2内,转盘电机05的输出轴向上伸出,输出轴上设有第一齿轮4,转盘电机05驱动 第一齿轮4旋转;所述的第一齿轮4与第二齿轮5啮合,以带动第二齿轮5旋转;第二齿轮 5的底部固定有套筒6 ;所述的套筒6套设在限位轴上,并绕限位轴自由旋转,限位轴固定设 置在壳体1的底部。
[0027] 转盘7压设在上述第二齿轮5上,转盘7的周缘均匀间隔的开设至少二个螺孔,通 过螺钉固定在支撑架2的内转环上;内转环设置在支撑架2上支撑圆环的内侧,并自由旋 转,第二齿轮5旋转带动转盘7旋转。
[0028] 支撑盘8设置在转盘7的上部,并将壳体1的顶部开放面盖紧,人体站在支撑盘8, 使支撑盘8压紧转盘7,在静摩擦作用下转盘7带动支撑盘8旋转。
[0029] 本实用新型所涉及到的控制方法,包括以下步骤:
[0030] SI、MCU芯片预设转盘转速预设值;
[0031] S2、MCU芯片发送旋转命令至转盘电机驱动模块;
[0032] S3、转盘电机驱动模块驱动转盘电机以预设值匀速旋转;
[0033] S4、人体站到转动的旋转转盘上,转盘转速减小;
[0034] S5、霍尔测速传感器感应转盘转速变化,形成正负反馈信号,并将信号传递至MCU 芯片;
[0035] S6、MCU芯片根据反馈信号算出偏差值,形成转盘电机功率改变量,并输送至转盘 电机驱动模块;
[0036] S7、转盘电机驱动模块控制转盘电机功率,使转盘电机的转速接近预设值。
[0037] 步骤S6中MCU芯片采用以下公式:
[0039] 输出M(t)是比例项(P)、积分项(I)、微分项⑶的函数,积分与微分项分别改写 成差分方程,可得:
[0040] (1-2) =e (1) +e (2) +............+e (k) ; (1-3) = [e (k) _e (k_l) ]/T ; T 是尚散米样周 期
[0041] 将上(1-2)和(1-3)式代入输出项函数(1-1)式,可得数字偏差算式(1-4)为:
[0042] Mn=KC*en+KC* +Minitial+ KC* *(en-en_l) (1-4)
[0043] 输出=比例项+积分项+微分项;
[0044] (1-1)与(1-4)式中:M(t):回路输出(时间函数);Μη :第η次采样时刻,PID 回路输出的计算值(OUT值);Τ :采样周期(或控制周期);Minitial :PID回路输出初 始值;Kc :PID回路增益;TI :积分项的比例常数;TD :微分项的比例常数;en :在第 η次采样时刻的偏差值(en=SPn-PVn) ; en-Ι :在第n-1次采样时刻的偏差值(也称偏差前 项)。
[0045] 比例项是当前误差采样的函数;积分项是从第一个采样周期到当前采样周期所 有误差项的函数;微分项是当前误差采样和前一次误差采样的函数;从第一次误差采样开 始,利用每一次偏差采样都会计算出的输出值的特点,在以后的输出值计算时只需保存偏 差前项和积分项前值;利用计算机的处理的周期重复性,根据数字偏差算式计算出下一次 积分项值,简化上述的数字偏差算式(1-4)为:Mn=KC*en+KC* en +MX+ KC* *(en-en-l) (1-5)
[0046] CPU实际计算中使用的是(1-5)简化算式的改进比例项、积分项、微分项和的形式 计算PID输出的;
[0047] 改进型算式是:Mn = MPn +MIn + MDn (1-6)
[0048] 输出=比例项+积分项+微分项;
[0049] (1-5)和(1-6)式中:Μη :第η次采样时刻,PID回路输出的计算值(OUT值)MPn :第η次采样时刻的比例项;Min :第η次采样时刻的积分项;MDn :第η次采样时刻的微分 项;τ :采样周期(或控制周期);MX :PID回路积分前项;Kc :PID回路增益;ΤΙ :积分 项的比例常数;TD :微分项的比例常数;en :在第η次采样时刻的偏差值(en=SPn-PVn); en-1 :在第n-1次采样时刻的偏差值(en-l=SPn-1-PVn-l)(也称偏差前项)。
[0050] 进一步,单独分析各子项中各值的关系,
[0051] 1.比例项(MPn):
[0052] 比例项MP是增益(Kc)和偏差(e)的乘积,偏差(e)是给定值(SP)与过程变量值 (PV)之差(en=SPn-PVn),根据(1-5)与(1-6)式中对应关系可得CPU执行的求比例项算式 为:MPn=Kc* (SPn-PVn) (2-1)式中:
[0053] MPn :第η次采样时刻比例项的值;Kc :PID回路增益;SPn :第η次采样时刻的 给定值;PVn :第η次采样时刻的过程变量值;
[0054] 从式(2-1)中,SP和PV都是已知量,因此影响输出值OUT在比例项中只有回路增 益Kc,比例项值的大小与回路增益大小成比例系数关系,根据P控制规律,在比例项中我们 只要合理的设定Kc的大小,就能因根据采样偏差e值的变化规律改变MPn,从而影响Μη来 控制调节幅度。
[0055] 2.积分项(Min):
[0056] 积分项值MI与偏差和成正比,偏差(e)是给定值(SP)与过程变量值(PV)之 差(en=SPn-PVn),根据(1-5)与(1-6)式中对应关系可得CPU执行的求积分项算式为: MIn=Kc* (SPn-PVn)+MX (2-2)式中:Min :第η次采样时刻积分项的值;Kc :PID回路增 益;T :采样周期(或控制周期);ΤΙ :积分时间常数;SPn :第η次采样时刻的给定值; PVn :第η次采样时刻的过程变量值;MX :第n-1采样时刻的积分项(积分前项);在CPU 每次计算出Min之后,都要用Min值去更新MX,MX的初值通常在第一次计算输出以前被设 置为为Minitial (初值),这也就是Minitial为什么会在(1-5)式未执行扫描到(1-6)式 执行扫描后变为MX的原因。
[0057] 从式(2-2)中可知,积分项包括给定值SP、过程变量值PV、增益Kc、控制周期T、积 分时间常数TI、积分前项MX,而SP、PV、Kc (已在比例项中设定)、T (根据设备性能参照确 定)、MX(上一次积分已算出)都是已知量,因此影响输出值OUT在积分项中只有积分时间 常数TI积分项值的大小与位于积分算式分母位置的积分时间常数TI大小成反比系数关 系,因此在有积分项参与输出调节控制的时候,积分时间常数设置越大,积分项作用输出值 就越小,反之增大,根据I控制规律,在积分项中只要合理的设定TI的大小,就能因根据采 样偏差e值的变化规律改变ΜΙη,从而影响Μη来控制调节幅度。在这里又涉及到采样周期 选取的问题,采样周期是计算机重新扫描各现场参数值变化的时间间隔,控制周期是重新 计算输出的时间间隔,在不考虑计算机CPU运算速度的情况下,采样周期与控制周期通常 认为是同一描述。在实际工业过程控制中,采样、控制周期越短,调节控制的品质就越好。但 盲目、无止境追求较短的采样周期,不仅使计算机的硬件开支(如:A/D、D/A的转换速度与 CPU的运算速度)增加,而且由于现行的执行机构(如:电动类调节阀)的响应速度较低, 过短的采样周期并不能有效的提高系统的动态特性,因此我们必须从技术和经济两方面综 合考虑采样频率的选取。
[0058] 3.微分项(MDn):
[0059] 微分项值MD与偏差的变化成正比,偏差(e)是给定值(SP)与过程变量值(PV)之 差(en=SPn-PVn),根据(1-5)与(1-6)式中对应关系可得CPU执行的求微分项算式为:
[0060] MDn= KC* *{( SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-l)} (2-3)为了避免给定值变化引起微分 项作用的跳变,通常在定义微分项算式时,采用假定给定值不变,即:SPn =SPn-l,这样可以 用过程变量的变化替代偏差的变化,计算算式可改进为:MDn=KC** (PVn-PVn-1) (2-4) (2-3)与(2-4)式中:MDn :第η次采样时刻微分项的值;Kc :PID回路增益;T :采样周 期(或控制周期);TD :积分时间常数;SPn :第η次采样时刻的给定值;PVn :第η次采 样时刻的过程变量值;SPn-Ι :第η-1次采样时刻的给定值;PVn-Ι :第η-1次采样时刻的 过程变量值;
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