风送式喷雾机风机转速的检测与控制.pdf

风送式喷雾机风机转速的检测与控制 任 丽春 汪 小 品 李询 南京农 业 大学 工学 院 江 苏 南京 2 1 0 0 3 1 De t e ct io n a n d Co n t r o l o f Air b l a s t Sp r a y e r Fa n Sp e e d REN Li ch un W ANG Xia o ch a n LI Xa n Co l l e g e o f E n g i n e e r i n g Na n j in g Ag r i cu l t u r a l Un i v e r s i t y Na n j i n g 2 1 0 0 3 1 C h i n a 摘 要 为 实现风 送 式 喷 雾机 风 机 转速 的精 确控 制 设计 了一种 风送 式 喷 雾风 机 转 速检 测与 控 制 系 统 设计 了电感式接 近 开关 转速 检 测 装 置 解 决 转 速检 测 问题 设 计 了模 糊控 制 器和微 控 制 器软硬 件 方案进 行 转速控 制 经试 验 验证 系统 调 速 具 有较 好 的 动 态 响 应 关 键词 风送式 喷雾 机 精 确控制 接 近开关 模 糊控制 中图分类 号 TP 2 7 3 4 S 4 9 1 文 献标识 码 A 文章 编号 1 0 l一2 2 5 7 2 01 1 0 6 0 0 3 9 0 3 Ab s t r a ct I n o r de r t o a chi e v e t he pr e cis e co n t r ol o f a i r bl a s t s pr a y e r f a n s p e e d a s p e e d d e t e c t io n a nd co nt r ol s y s t e m o f a ir bl a s t s p r a y e r f a n wa s pr e s e n t e d I nd uct iv e p r ox imit y s wit ch s pe e d d e t e ct io n d e v ice wa s de s i gne d wh ich s o l v e d s pe e d d e t e ct io n a nd f u z z y co nt r ol l e r a nd m i cr o con t r o l l e r S ha r d wa r e a nd s o f t wa r e we r e d e s ig ne d wh ich s o l v e d s p e e d co n t r o1 The e x pe r i m e n t s s h owe d t ha t t h e s y s t e m ha d a b e t t e r d yn a mic r e s ponse Ke y wo r d s a ir bl a s t s pr a ye r pr e cis e co nt r ol pr o xi m i t y s wit ch f u z z y co nt r ol 都是 挡位控 制 且 划 分 非 常 粗 略 无 法 实 现 精 确 调 速 转 速测 量方 法较 多 如光 电式 测速 法 电感 式测 速 法及 工业 常用 的霍尔 式测速 法 等 光 电式测 速法 精 度高 安装 方便 对 环 境 要求 高 而喷 雾 时会 有 药 液 尘土 等杂 质影 响 光 电式 传 感 器 工 作性 能 感 应 式 和霍尔 式测 速法 基 本 类 似 都 通 过 被 检测 物 的接 近 产生 电脉 冲信号 计算 电脉 冲个数测 速 且 能适 应 恶 劣的工 作环境 不 同 的是被 测 对 象 分别 是 导 体 和 磁体 考 虑到传 感器 安装 和被测 物设 计与安 装 的方 便 本文采用电感式传感器进行测速 1 系统 整体 结构 设 计 系统结 构 如 图 1所 示 通 过矩 阵 按键 设 定 目标 转 速 由液 晶显示 单 片 机检 测 传 感 器数 据 风机 实 际转速 通 过模糊 决 策 模块 得 到 控 制量 转 化 成 脉 冲信号 给步进 电机 驱动器 步 进 电机 带动 丝杠调 节 柱 塞变量 泵斜 盘 阀角 度 调 整液 压 无 级 变速 器 输 出 转 速 即风机转 速 整个过 程往 复循 环 直 至 目标 速 度 和实 际速度 在允许 误差 范 围 5 0 r min 之 内 图 1 系统 结 构 0 引 言 2 转 速检 测设 计 风送式喷雾机喷雾效果的影响因素 许多研究 人员 做 了大量 的试 验研 究 口 其 中重 要 因素 之一 是风 机风速 在 对作 物 的喷 雾 中 往往 也 需要 根据 作物 不 同特 征 大小 种 植稠 密等 随时 调整风 速 实 现精准的变量喷药 6 但现在使用的喷雾机风速 收稿 日期 2 0 1 1一 O 1 2 1 基金项目 国家 八六三 计划资助项 目 2 0 0 8 AA1 0 0 9 0 3 机 械 与 电子 3 2 0 1 1 6 2 1 传 感装 置设 计与 安装 Y1 一 D1 5 C 1电感 式 接 近 开 关 的检 测 对 象 是 风 机轴 设 计 与 风 机 同轴 的齿 盘 作 为 传 感 器 检测 物 当齿盘 越大 齿数越 多 检 测精度 越高 但 由于安装 空 间不 大 且 传 感 器 有 效 面积 是 距 中 心 点 半径 为 1 3 mm 的 圆 有效 距离 为 1 5 mm 综上 考虑 设计齿 盘 39 式喷雾机风机转速的 最 大直径 为 8 0 mm 基 圆 直径 为 5 0 mm 齿顶 为 1 5 1 5的正方形 齿顶距传感器 1 0 mm 齿槽距传感 器 2 5 mm 齿 数为 6个 即 6个 脉 冲为 1圈 设 计 安 装如 图 2 所 示 步 象 图 2 传感装置的安装 2 2转 速检测 与计算 软件设 计 速度传 感器 输 出为脉 冲信 号 使 用 AT8 9 S 5 2外 部 中断 0的脉 冲触发方 式进 行 检测 对应 I O P 3 2 口 由于使用车 载 电源为 1 2 V 速 度传 感器 输 出为 1 2 V脉冲信号 单片机只能识别 TTL信号 因此需 要 电压转 化 电路 为转 换稳定 避 免干扰 信号 采 用 TL P 5 2 1 1 芯 片进 行光 电耦 合 电压转 化 电路如 图 3 所 示 当输入信 号为 0 V时 发光 二极 管 导通 光 敏三极 管也导通 输 出端 与 地 连 接 输 出 为 0 V 反 之输入 1 2 V 时 输 出也为 l 2 V 输 出端 l k t 2电阻 在 电路 导通时起 分压作 用 输 入端 1 k Q 电阻是 防止 电流过大击穿二极管 起保护作用 V 5 V 输 入 输 出TT L信号 图 3光 电 耦 合 电路 单 片 机将 采集 的脉 冲信 号用 定 时 中断 1计 算 单位 为 r rain 由于 晶 振 为 1 2 MHz的 A T8 9 S 5 2 最大定 时 时间是 工 作 方 式 1 下 的 6 5 5 l l I S 这个 时 间太 短 转 速计算 不 稳定 误 差 较 大 通 过多 次 定 时 空操作后 取前后脉冲数差值计算 1次转速 但如 果时 间过长 得 到 的速 度 是 这段 长 时 间 内 的平均 速 度 对 于系统控 制 的实 时性 带 来误 差 经 过 多次 试 验 得 到最佳 方案是 定 时时 问 5 0 ms 6次 定 时后 计 算 1 次 转速 即 3 0 0 ms 计算 1次转 速 这样 既能及 时 稳定地更新速度 又能较好地反映实时性 其中 1 6 位计数器在信号 的上升沿计数 计数的大小是 0 6 5 5 3 5 如 图 4所 示 当计数 器的值超 过 6 5 5 3 5时 40 如果计 数方 向还是增 计数 则计 数 器重 新 翻转 到 0 开始新 一轮 的计数 c oun t j 535 人 一 D t 1 t 2 图 4脉 冲计 数 3 转 速控 制 3 1 模糊 控制策 略 液压 无 级变 速 系统 是一 个 时变 非 线性 以及 有 噪声 的系统 如 系统 输入 随操作 者脚 踩发 动 机 油 门 不 断变化 柱塞泵 柱塞 在缸体 中非恒 速 存在 脉动现 象 负载 的扰动 液压 油 路启 动 和 关 闭 时 的延 时等 因此 需要设 计一种 控制 器对 系统反馈 调节 而模糊 控 制方法 9 叩不需要 精 确 的数学 模 型 具 有 较 好 的 动 态特性 符合 系统需 求 系统 以风机转 速作 为 控 制对 象 设定 风 速 r f 和风机实际风速 Y 的偏差作为 的输入 根据常 用风速 1 5 0 0 r min 论域设定为 一2 0 0 0 2 o o o q 丝 杠一次调 整 油 泵 阀行 驶 距 离 作 为 控制 输 出量 论域为 一9 6 9 6 1 各划分成 7个 模糊子集 即 NB NM NS Z O P S P M P B 输 入 输 出变 量 模糊 化 后 设计 模糊 规则 如 表 1 所 示 输 出量 的非 模糊 化 过程 采 用 MI N MAX一 重心 法 软 件编 程 采 用 查 表法 表 1 模 糊 控 制 规 则 表 e NB NM NS Z 0 P S PM PB U NB NM NS Z o P S PM PB 3 2 微 控制器 设计 微控 制器 主要 是 A T8 9 S 5 2单 片机及 其 外 围电 路 包括 1 9 2 6 4液晶屏 4 4矩 阵薄膜按键及转速 传感器 AT 8 9 S 5 2是低功耗 高性能 C MOS 8位微 控制器 具有 2个定时器 2个外部中断和 3 2个可 编 程 I O 口 液 晶 屏 采 用 2片 S T7 9 2 0控 制 的 C H1 9 2 6 4 B液 晶 可 以显 示 1 2 4个 汉 字 单 片机 外 围连接 电路如 图 5 所 示 为增加系统稳定性和鲁棒性 一个稳定快速的 归零程序是十分必要的 但 由于液压油路延时性 机 械 与 电 子 2 O l 1 6 送式喷雾机风机转 速的检测 与控 1 92 64 液晶 地 V D D L 二 R S T 业 R S L R W E1 E2 DBO DB7 LEDA LEDK 5 V 地 A 接近开关 I 地 P0 0 P 0 1 P O 2 P0 3 P 1 P 0 4 AT 8 9 S 5 2 P 0 5 p0 6 厂 厂一 D I R I 驱 动 器 步 进 电 机 薄膜按键 图 5系统 控 制 电路 当油 泵阀 门全 关 闭 时 系 统 需 1 3 S时 间 完 全 停 止 如单 一依 靠转速 误差值 进行 归零控 制 不 仅影 响 控 制效果 控制 速度 也会大 大 降低 针 对 以上 问题 本 文提 出 了绝 对零 位 法 即程 序 记 忆 初始 位 置 为零 位 只要 符合归 零程 序 条 件 系 统 不管 风 速 大小 自 动 达到记忆 零位 4 试 验 结 果 分别 于 南京 农业 机 械 化研 究 所 实验 室 西安 白 水县苹 果基 地和江 苏吴 江市宛 平镇水 果基 地进行 了 实地 实验 试 验所 用设备 是 3 W Z 6 0 0型 自走 式果 园 风送定 向喷 雾机 该 机械 由南京 农业 大学工 学 院 南 京农业机械化研究所和南京林业大学联合研制 在发 动机输 入转 速最 大状态 下选 用 5 组 模糊控 制 与常规 比例控 制试 验 数 据处理 结果 如 图 6所示 调节 5 0 0 r min时 比例 控 制超 调 量 1 3 5 5 而 模糊 控制 平稳 且 平均 调节 时 问较 比例 快 3 5 3 一 l 00O 0 2 O 0 1 l 口l g 5 1 0 1 5 20 25 t s a 设 定转 速5 0 0 r min 0 1O 20 30 40 50 f s b 设 定 转速 1 0 0 0 r rain 机械与 电子 2 O 1 1 6 1 0 5 1 0 l 5 20 25 30 t s c 设 定转 速1 5 0 0 r rain t s d 1 5 0 0 1 0 0 0和 5 0 0 r mi n 归零 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 t s e 任 意 调速 曲线 图 6调 速 数 据 有 时虽有 波 动 引 起 2 6 6 超 调 量 但 也 能 很 快 收 敛 相对精 度为 0 7 1 3 调节 1 0 0 0 r rain时 模 糊 控 制平均 上升 时间较 比例快 1 0 9 超调 量 4 6 4 较 比例 的 2 0 小 平 均 调 节 时 间 较 比 例 控 制 快 5 1 8 2 相 对精 度稳定 在 一0 1 3 0 调 节 1 5 0 0 r rain时 模 糊控 制上 升速度 较快 平 均调 节 时间较 比 例快 2 1 7 4 相对 精度 为 0 1 l 9 比较 仿真 曲线 可 以看 出 调 节趋 势 一致 速度 上 升 时 间要 缓 慢 稳 态会 出现速度 波 动现象 但在误 差范 围 内 图 6 d是 为系统 稳定性 和完 整性 增加 的归零 响应快 且稳定 1 5 0 0 1 0 0 0和 5 0 0 r rain归零 时 间分 别 是 1 1 6和 4 S 图 6 e 是 任 意 调 速 曲线 从 图 中可 以 看 出部 分 存 在波 动 但都 能达 到调 节速度 并稳定 5 结 束 语 介绍 了电感式接近开关转速检测装置 模糊控 制器 和微 控制 器 软硬 件 方 案 经试 验 验 证 系统 模 糊 控制 调速具 有较 好 的动 态 响 应 当 设定 的转速 分 别 为 5 0 0 1 0 0 0和 1 5 0 0 r rain时 相对 误差稳 定在 0 7 1 3 一0 1 3 0 和 0 1 l 9 系 统 稳 定 可 靠 为 实现更好的喷雾效果提供途径 41 数控机床主轴轴心线热偏移测试与分析 王 冠明 郭 宏伟 曹 文 智 于文 东 沈 阳机 床 集 团设计研 究院 辽 宁 沈 阳 1 1 0 1 4 2 The r ma l Of f s e t Te s t a nd An a l y s is o f NC M a chin e To o l S Sp in dl e Axia l W ANG Gua n ming GUO Ho ng we i CAO W e n z h i YU W e n d o ng Sh e ny a ng M a chine To o l Gr o up De s ig n a n d Re s e ar ch I ns t it ut e Co Lt d Sh e ny a n g 11 01 4 2 Ch in a 摘要 采用激光非接 触式位 移传感 器和红 外热像 仪 得到数控机床 主轴 箱温度 场数据和 主轴 回转 运动 中心线的偏移数据 结合数控机 床各 系统结构运行 原 理 分析机床主 轴热 态特性 及 其热敏 感点 利 用特 定 机床热敏 感点处的 温升 与主 轴各 方向 热位移 关 系的 数 学模型 进行 温升 热偏 移补偿 的可行性研 究 关键词 激光非接触式位移传感 器 红外热像 仪 热 偏移 中 图分 类号 TG5 0 2 1 4 T B 5 3 3 文献标 识码 A 文章 编号 1 0 0 1 2 2 5 7 2 O 1 1 0 6 0 0 4 2 0 3 Ab s t r a ct Te mp e r a t u r e f ie l d d a t a o f ma chin e t o o l h e a ds t o ck a nd o f f s e t da t a of ce n t e r l i ne in s p in dl e r o t a r y mot io n a r e o bt a in e d b y u s ing no n co n t a ct l a s e r d is pl a ce m e nt s e ns o r a nd t h e r ma l v i s i on To a na l yz e t he r m a l s t a t e ch a r a ct e r is t ics of 收稿 日期 2 O 1 0 1 2 0 3 基金项目 国家 九七三 计划 资助项 目 2 0 1 0 CB 7 3 6 0 0 3 s p ind l e a n d it s t h e r ma l s e ns it iv e p oi nt b y con s ide r i ng o p e r a t i on p r i ncipl e o f s y s t e m s t r u ct ur e s on NC m a ch ine t oo 1 Th e n t o an a l y z e t h e f e a s i bil i t y of co mpe ns a t in g t h e r ma l o f f s e t ca u s e d by t e m p e r a t ur e r is e b y us in g t e m p e r a t ur e r is e o f s e n s it iv e p o int o n a s pe cif ic ma chi ne t o o l a n d a ma t h e ma t i c mo de l r e f l e ct in g t he r m a l o f f s e t r e l a t i on s h ip o f v a r io u s s p in d ie d ir e ct io ns Ke y wo r d s n on con t a ct l a s e r d is pl a ce me nt s e n s o r t he r m a 1 v is ion t he r ma l o f f s e t 0 引言 在 众 多影 响加工 误差 的 因素 中 机 床热 变形 引 起 的加 工误 差 占整 个加 工 误 差 的 3 0 7 0 卜引 最典 型热变 形误 差是机 床主轴 组件 的热膨胀 引起 的 主轴轴 线偏 移 测量主 轴轴线偏 移 为 目前 最实用 的 方法之一 可通过寻求机床综合热误差 即刀具所在 参 考文献 1 3 祁力 钧 傅 泽 田 风 助式 喷雾器雾 滴在 果树 上 的分布 F J 农业工程学报 1 9 9 8 1 4 3 1 3 5 1 3 9 r 2 S v e n s s o n S A B r a z e e R D F o x R D W I l 1 i a ms K A Air j e t v e l o cit i e s in a n d b e y o n d a p p l e t r e e s f r o m a t wo f a n cr o s s f l o w s p r a y e r J T r a n s a ct i o n s o f t h e AS AE 2 0 03 4 6 3 6l1 62l 3 A d e G P e z z i F E v a l u a t i o n o f a s p r a y e r