资源目录
压缩包内文档预览：
编号：122377156
类型：共享资源
大小：2.46MB
格式：ZIP
上传时间：2021-04-19
上传人：221589****qq.com
认证信息
个人认证
李**（实名认证）
湖南
IP属地：湖南
40
积分
- 关 键 词：
-
电脑
主板
回焊炉
控制系统
设计
- 资源描述：
-
电脑主板回焊炉及控制系统设计,电脑,主板,回焊炉,控制系统,设计
- 内容简介：
-
硬币自动分选清点机械设计附录 外文翻译（中文）反馈控制电磁振动给料器（应用双自由度比例加积分加微分控制器的非线性元）Tomoharu DOI*，Koji YOSHIDA*，Yutaka TAMAI* *，Katsuaki KONO*，Kazufumi NAITO*and Toshiro ONO*电磁式振动给料机是一种用于自动称重机的传输设备。现有的送料器是由前馈控制，所谓的“发射角控制” ，无法使突然出现的干扰无效。在这项研究中，我们考虑采用一种反馈控制这种馈线系统。首先，我们给出对于振动部分和电磁力部分模型的两个细节。其次，反馈控制系统是为电磁振动给料器构建的，我们提出一个运用非线性元件两自由度比例加积分加微分（ PID控制器）控制器。下一步，我们还采用反馈控制的馈线与标准槽。最后，我们考虑一种方法兼容多种槽调整的非线性因素。在一些实验结果的基础上，我们证实了双自由度PID控制比传统的角发射控制更加有效。关键词：振动控制，喂料机，非线性控制，电磁作动器，双自由度PID控制，建模1、绪论对于各种食品制造业的包装过程，自动秤是一个非常重要的设备。自动秤发展于1973年，后来得到改进，从而成为高度精确和有效的。电磁振动给料器在这篇文章中被认为是一个重要的用于系统地传输材料给称重单位的传输设备。然而，在发射角控制（前馈控制）被用于给料器至今，仍未得到进一步的完善。在这项研究中，我们提出一个运用非线性元件的两自由度的PID控制器的反馈控制系统构建于电磁振动给料器下。首先，我们给予振动部分和电磁力部分模型的细节。下一步，我们还采用对于给料器标准槽的反馈控制。然后，我们考虑一个方法兼容各种槽调整的非线性因素的两自由度PID控制器。在一些实验结果的基础上，我们证实了双自由度PID控制比传统的角发射控制更加有效。2、电磁振动给料器2.1给料器的概要及其传输原理图1.显示的是一个给料器。术语“料槽”是指用于运输的钢板形状的管道。料槽可以很容易地改变，以配合运输对象。料槽是靠平行板弹簧和位于料槽底下的电磁线圈支持的。板弹簧和线圈是固定在基座上的。该基座是由三根螺旋弹簧支承着的。所有部件，除了料槽，被称为“直属零件”和所有设定的部分，包括料槽，被称为“送料器”。 料槽连接到基座的钢板弹簧，因此，这一系统基本上相当于一个质量弹簧系统的共振频率。如果在共振频率下被驱动，送料器将做共振运动。共振现象是高效率的，因为少量的电源作为输入可以造成大位移量的出现。 图1 电磁振动送料器 图2 输送过程图2所示为运输物料的过程。阴影箭头表示料槽振动时物料的移动方向。图2（i）表明送料器处于平衡位置。最初，当电流流向电磁铁线圈（以下简称“线圈” ），由电磁力的作用料槽向左移动到更低的位置（见灰色箭头），就如图2（ii）所示的那样。在此期间，料槽内输送的物料向重力方向移动（见白箭）。当关闭电源开关，板弹簧和料槽将推进运输对象向右上方移动（见灰色箭头），如图2（iii）所示。在这种方式下，被输送的物料缓慢前行。送料器将在共振频率的驱动下重复图2（ii）和（iii）中的步骤。2.2 振动机械因素的模型图3所示为送料器振动因素的模型。这一模型中术语的坐标轴，使用的变量和参数被列表1中。模型的一个关键要素是料槽的移动方向是被固定了的。然后，下面的线性动态模型，四阶可得出的详细模型的振动。 M ，K是对称矩阵（符号*显示对称元素）如下所示：因此，本模型（1）是有用的设计振动因素。模型（1）对应的特征频率符合实验模态分析的结果。 图3 振动因素模型 图4 电磁线圈模型送料器的主振弹簧是由一些板弹簧组成的。该模型没有考虑非线性特性的弹簧元（1）（2），这改变了共振频率按照振幅变化的共振。表1 模型中用到的参数 表2 料槽的特性2.3 电磁驱动要素我们采用的电磁悬浮（3）模型技术就如图4中模型显示的那样。在图4中e，i和R分别表示线圈的电压，线圈电流和线圈电阻。线圈和料槽之间的电感z被表达的功能为。其结果是，电磁力F可表示为 （2）线圈和电流之间的关系可以表达为 （3）Q、和为线圈决定的常数。使用公式（1）、（2）、（3）可以在计算机上构建一个仿真的送料器。此外，状态空间模型可以由公式（1）、（2）、（3）得出一个线性均衡器。3.实验控制系统的结构3.1 反馈系统的结构图5显示的是一个反馈系统的结构。反馈系统的操作变量（以下简称“振幅能量”为AP，AP是个无纲量）是一个存在发射角控制的变量（以下简称“FAC”，它的详情稍后给出）。测量变量，控制变量，命令变量假定振幅为料槽与线圈表面的距离（以下简称“间隙振幅”为）z。由FAC、激励系统和振动因素组成的部分被称为控制系统。图5显示的结构来实现取消和干扰，以改善其跟踪特性的命令变量的两自由度PID控制器。这种结构成为一个现有FAC系统的内置结构，它描述了两自由度PID控制器的一般结构（5）（6）。因此，如果操纵变量如图5所示，当由于反馈控制器而使系统变得不稳定时将会关闭，这结构将符合当前的常规系统。因此，这种结构已成为故障安全系统。 图5 反馈系统结构 图6 实验系统3.2 送料器和料槽在实验中的使用图6显示了设立的实验系统。这个实验送料器可运输约10公斤的最高质量，但是送料器通常由约0.1公斤的质量驱动。这个送料器的共振频率f是40Hz。当送料器运输最大质量是，共振频率的变化约4%。然而，因为运输0.5千克或更多是罕见的，我们忽视了由共振的运输物料质量变化引起的共振频率的变化。关于料槽形状和类型，根据运输物料的不同有100多个品种的料槽。对于我们的实验，运用到了五种特别类型的料槽。这些料槽的参数列在表2中，并在图7中给出了料槽的形状。在下面，料槽B是所谓的“标准料槽”。由于料槽E的质量是最大的，我们改变组合钢板弹簧等要素的共振频率的支线为40赫兹。图7 料槽的形状 图8 在FAC中电流电压的循环曲线3.3 送料器驱动部分在现有送料器系统中，FAC常用作驱动系统。图8显示的是FAC的操作纲要。曲线图8分别指出了交流源，线圈电压和线圈电流。FAC是一个利用交流源过境时间（ZAT：零跨越时间）的重复控制方法。从ZAT延迟时间L后，经处理进入线圈的电流开始进行。L是从（常量）和AP（操纵量）中获得的，并表达如下： （4）这里是交流电流入的时间。当AP变大时，延迟时间L与函数F将变短。FAC会在此基础上运作的延迟时间如下：（i）由延迟时间L和线圈电流作用后，交流源的电压将直接激起线圈的电压。（ii）在高峰期过后，该线圈电流开始下降。（iii）当线圈电流变为0A时，交流电源将关闭。在共振期间，像（i）（iii）这类非线性处理的方案将被多次重复执行。在FAC中，线圈电流靠AP而增加并且变大以致于振幅变大。AP决定了一个共振周期的输入功率。共振期符合更新期间的操纵变量。因此，在控制实验中的取样时间变为0.025秒。取决于FAC驱动硬件的AP采取的整数值从0到127（7位）。3.4 间隙振幅测量部分因为加速度传感器对环境变化的低敏感度和易于维护，所以用来测量测量变量。加速度传感器和金属配件被安装在实验送料器的料槽固定部分。如果要取得一个标准的价值差距测量，将光学位移传感器安装在实验送料器中。然而，位移信号的光学传感器不是用于反馈控制对加速度传感器信号测量精度的研究中的。3.4.1 从加速度到间隙振幅的变化由于送料器驱动是由发射角控制的，加速度传感器的输出信号a（t）的加速度传感器，可以假定为是一个正弦波的振幅和共振频率。 从这个假设，间隙z（t）是由整合加速的a（t）的两倍获得的。因此，间隙可由料槽位移和送料器的几何关系表达如下： （5）换言之，差距环z（t）是不通过整合输出信号a（t）的两倍得到的，但乘以输出信号为常数，因为它可以假设为一个输出信号正弦波。从间隙z（t）中获得的方法也是被制定了的。当是由公式（5）计算的间隙z（t）的最大和最小值计算得出的，有可能会直接受到噪声造成的影响。首先，在图9中阴影部分的可通过用加速度传感器获得的输出信号a（t）算出。其次，的获得基于。如果输出信号为一个正弦波，则变为，变为如下所示： 因此，可以由通过加速度a（t）算出的对进行测量。 图9 振幅的测量曲线 图10 与的关系可由下列步骤计算出：(i) 为了使正弦波将集中在0V，一个补偿（-1.397V）被删除。（ii）一个绝对值波是通过步骤（i）中的绝对值正弦波产生的。（iii）梯形规则的一体化算法应用于步骤（ii）中的绝对波和最后的计算。间隔时间为0.25毫秒一体化和采样时间的加速度传感器也是0.25毫秒。共振周期1/f的整合时间为25毫秒，区域是由这一周期计算出的。我们考虑获得由VS转换为光学位移传感器输出值的表达式。图10所示为光学传感器算出的和由加速度传感器计算出的的关系。在图10中和的关系显示它在12.6VS边界时开关。这种开关特性被认为是由于一套钢板弹簧引起的非线性（1）（2）。因此，转化率的表达逼近两直线，改变边界的表达式如下：3.4.2 输送物料造成的噪声当固体物质运输时，运送物体料槽产生一个冲击力。因此，加速度受到冲击力的影响，并且噪声随着加速度传感器输出信号的出现而出现。当料槽和输送物料被替代时，噪声的频率也随之变化。然而，有人证实了实验的频率为0.5 kHz或更多，即使是进行更换。0.5Hz或更多的噪声被三阶数字低通滤波器Hz过滤掉，并且运用低通滤波器的预处理可以计算出。在我们的实验中，下面的过滤器被使用。当噪声被通过原来的加速度传感器输出影响的数字滤波器删除时，为图11所示。 图11 数字低通滤波器的影响 图12 在测量过程中的信号流出3.4.3 在测量过程中的数据处理图12所示为在测量过程中简要的数据处理。首先，由加速度传感器产生的输出信号是在4KHz下采样，噪声是被数字滤波器删除的。是通过滤波信号计算出来的，是通过公式（6）中共振周期1/f的关系得到的。图13所示为安装在运用FAC，68AP的标准料槽的的有效力是通过数据处理获得的。驱动测试期间，50g的测试片（质量0.5g的木栏一块；直径8mm；长15mm。）被放到料槽上四次。测量使用光学传感器和那些从删除噪声后计算出的所获得的值将得到相似的输出。然而，在中间图像的测量结果中，测试片造成了噪声的出现，就是通过噪声的一个最大和最小值得出的。因此，确认获得的位移加速度传感器，并显示了类似的测量性能的光学传感器。从得的数据处理方法的成效通过结果而被证明了。 图13 检测方法的比较 图14 和AP的关系3.5 控制部分 控制器的结构类似于双自由度PID控制器。PID控制器（以下称为“反馈控制器”）负责取消干扰，命令变量过滤器负责在命令变量的跟踪特性中进行改进。命令变量过滤器被在图5中所示的“变换参考AP”的块所显示出来。3.5.1 反馈控制器数字反馈控制器的功能可表达为如下： （7）其中是错误，是采样时间，是比例增益，是整合的时间和是分化时间。在控制实验中，这些参数的粗值是通过灵敏度估算方法获得的，通过调整假设=12.0，=0.1，=0.25。3.5.2 命令变量过滤器基于命令变量，命令变量滤波器可计算出稳态振幅能量。衍生控制器参照图5的参考值（命令）工作以改善对于命令变量的跟踪特性。在这项研究中，我们采用一种非线性函数f（r）能够命令变量过滤器，但比例控制器通常用作命令变量过滤器。体系的稳定性不是问题，因为这一非线性因素通过命令变量产生一个独特的输出。非线性因素在反馈系统中也是独立的。图14所示为通过利用标准料槽所做实验获得的命令变量和AP之间的关系。基于这些结果获得命令变量过滤器的具体情况如下： （8）改善其跟踪性能命令变量的衍生控制器，假定是一个近似分化根据一阶传递函数如下： （9）衍生控制器和命令变量过滤器（8）在采样时间实现在离散时间中获得，并命令变量过滤器得到如下： 和作为相反的一对离散系数是必要的，关系如下：，参数为=6.0和=0.1是用于控制实验。4.标准料槽控制实验4.1 输送物料的质量变化当输送物料的质量变化时，通过料槽的实验验证了干扰取消的表现。当得命令变量假定为0.2mm，重200g的测试片扔到空料槽中时，如图15所示的时间行为。短虚线表示的是FAC，实线表示的是反馈控制。当输送物料下放时（通过输送和测试片的质量在料槽上减小，测试片从料槽上掉下），利用FAC，减少后的将恢复。另一方面，用反馈控制，在测试片从料槽上掉下后，将在8秒内恢复。因此，反馈控制可以取消的干扰从而突然增加了运输物体的质量。 图15 输送木塞的结果 图16 2-d.o.f控制器的每步骤结果4.2 关于命令变量的跟踪特性命令变量跟踪特性的改进被确认是通过一个使用标准料槽的阶跃响应实验实现的。图16显示了实验的结果。虚线表明了利用FAC控制的结果，实线显示了使用反馈控制的结果。当命令变量增加时，振动和稳态偏差的结果是被FAC监视的。另一方面，利用反馈控制的结果显示改善了跟踪特性，并消除了稳态偏差。特别是，针对反馈控制在1.0mm显示良好的跟踪响应，因为PID参数的调整在1.0mm。然而，送料器变化的特点主要取决于。因此，当G有一个其他值时，结果会比G去1.0mm时的结果还坏。5.不同料槽的控制实验5.1 分组料槽被提到的料槽种类已经超过了100种。因此，调整PID参数为个别槽增加花费。所以，我们认为这种方法可以控制几种料槽使用相同的PID参数。在这项研究中，我们考虑的一种方法，这种方法是基于在表2中提到的5种料槽的实验结果调整命令变量过滤器。图17所示为5种料槽的AP和的关系（见表2）。我们进行了以下自动实验：（i）送料器通过AP每0.2秒增加一次从0增加到127来驱动，接着再从127到0每0.2秒减小一次来驱动。（ii）在这个过程中，AP和被自动测量。实验结果自动绘制在图17内。这个实验花费了大约50秒，因为这个关系可以很容易的从各种料槽中得到。 图17 和AP的关系 图18 料槽组G每步骤结果图17显示的料槽C、D和标准料槽B也有相似的关系。料槽A是最轻的，振动和其他料槽相比要好，还有振幅范围也更宽。换句话说，料槽E是最重的，要求更大的AP和相对要小的振幅范围。通过这些结果，基于AP和的关系，料槽的形状和参数可以被组合在一起。5.2 料槽组命令变量的跟踪特性通过AP和，将由相似关系的料槽B、C和D组合在一起就成了料槽组G。我们用反馈控制器的相同的PID参数的料槽组G的反馈控制进行试验。图18显示了实验步骤的反应。如图18所示的是与料槽B、C和D相符合的输出结果，因此，在这组中AP和的关系相似。所以，使用相同的PID控制参数和相同的命令变量过滤器是有可能的。从结果中我们认为，如果AP和的关系相似，相同的PID参数和相同的命令变量过滤器可用作控制系统。因此，如果我们组合料槽时考虑到AP和的关系，这些数量的控制器和时间需要PID参数的调整可以降低。5.3 命令变量过滤器的调整据证实，对于命令变量的跟踪特性可以通过调节命令变量过滤器来改善。在我们的实验中，基于标准料槽的命令变量过滤器被称为标准过滤器。此外，基于AP和关系的可以单独调节的命令变量过滤器像料槽E那样被称为“个别调整过滤器”，可表示如下： （11） 图19 和每步骤结果的比较图19所示为运用一个标准过滤器和一个个别调节过滤器实验的步骤结果。当命令变量0.65mm， 0.75mm， 0.85mm和0.95mm，瞬态反应是不同的方面的差异，命令变量过滤器。如果运用一个标准过滤器，结果是无效的，然而，它是改进个别调整滤波器但所得到的结果不稳定。当命令变量0.95mm或以上，良好的跟踪特性表明无论单独调整滤波器。我们认为，原因是整体增益反馈控制器因为如图17所示不同的关系中显示了一些偏差范围其中大于0.9mm。由于AP和G的关系不同使当分组困难时，一个命令变量过滤器的调节时有效的。因此，如果命令变量过滤器为料槽A调整，被认为可使对于命令变量的跟踪特性改进。6.结论在这项研究中，我们做出了关于送料器反馈控制的努力和实验。结论总结如下：（1） 包含FAC驱动的两自由度PID控制系统的结构被认为是合理的。（2） 反馈控制系统和FAC控制系统的性能是相当的。（3） 通过实验我们证实了AP和关系相似的料槽组可以由相同的PID参数和相同的命令变量过滤器控制。（4） 通过实验证实了当AP和的关系不同时，命令变量过滤器的调节是有效的。参考文献（1） Konishi, S，Sakaguchi, K., Amijima, S., Matsuoka, T., Okano, I. and Morinaka, H., Non-Linear Phenomenon Observed on Resonance Curve for Vibratory Feeder-Electromagnetic Type, Proc. APVC 95, (
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号