本發(fā)明涉及x光機(jī)自動(dòng)定位，具體涉及一種基于力傳感器和剎車電流pwm閉環(huán)控制的x光機(jī)定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前的x光機(jī)球管支撐系統(tǒng)在手動(dòng)模式下，可以通過(guò)機(jī)械定位方式或通過(guò)電氣制動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位功能。在機(jī)械定位方式中，球管支撐系統(tǒng)被手動(dòng)拖動(dòng)，向目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)械檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)到球管支撐系統(tǒng)移動(dòng)到目標(biāo)位置誤差范圍內(nèi)時(shí)，激活機(jī)械定位部件，使球管支撐系統(tǒng)停止在目標(biāo)位置。在電氣制動(dòng)方式下，球管支撐系統(tǒng)被手動(dòng)拖動(dòng)向目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)，當(dāng)控制單元檢測(cè)到靠近目標(biāo)位置時(shí)，控制單元控制功率器件，給電氣制動(dòng)器(一般為電磁剎車)通入或切斷電流，從而激活或禁止電氣制動(dòng)器，使球管支撐系統(tǒng)停止在目標(biāo)位置附近。

2、機(jī)械定位方式需要安裝額外的機(jī)械檢測(cè)結(jié)構(gòu)和機(jī)械定位機(jī)構(gòu)，機(jī)械檢測(cè)機(jī)構(gòu)用于檢測(cè)球管支撐系統(tǒng)是否已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置，機(jī)械定位機(jī)構(gòu)用于當(dāng)球管支撐系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)，制動(dòng)球管支撐系統(tǒng)使其停止在目標(biāo)位置。這些額外的部件使球管支撐系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，成本增加，安裝時(shí)間變長(zhǎng)。

3、雖然電氣定位方式不需要額外部件，但它也有自己的問(wèn)題。首先，定位誤差大。因?yàn)楫?dāng)球管支撐系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置附近，其仍然具有一定的速度，而且球管支撐系統(tǒng)需要支撐球管等相關(guān)部件，因此其具有非常大的質(zhì)量，甚至可高達(dá)上百公斤，球管支撐系統(tǒng)的這種速度和大慣性導(dǎo)致即使制動(dòng)器被激活，其也無(wú)法立即停止運(yùn)動(dòng)，往往會(huì)越過(guò)目標(biāo)位置，停止在定位誤差范圍之外。其次，如果在球管支撐系統(tǒng)移動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)，提前激活制動(dòng)器，則很難確定提前時(shí)間。當(dāng)球管支撐系統(tǒng)靠近目標(biāo)位置時(shí)，這時(shí)操作人員仍然有力施加于球管支撐系統(tǒng)，但是由于不同的操作人員所施加力不同，這個(gè)操作力難以估計(jì)，再加上其它諸如摩擦力等外力的影響，使得制動(dòng)器提前激活時(shí)間難以估計(jì)。第三，由于制動(dòng)器沒(méi)有pwm電流閉環(huán)控制，使其僅能提供最大的制動(dòng)力。制動(dòng)器一般為電剎車，控制單元僅控制其開(kāi)通或關(guān)斷，使其所提供剎車力為最大或者零，而不能根據(jù)球管支撐系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，提供更合適的制動(dòng)力。第四，目前的電氣定位方法噪音大。在目前方法中，當(dāng)球管支撐系統(tǒng)移動(dòng)到目標(biāo)位置附近時(shí)，如果控制單元提前激活剎車，球管支撐系統(tǒng)速度降低。下個(gè)控制周期檢測(cè)其與目標(biāo)位置距離，如果預(yù)測(cè)到球管支撐系統(tǒng)無(wú)法到達(dá)目標(biāo)位置，則電磁剎車將被釋放。在球管球管支撐系統(tǒng)停止運(yùn)動(dòng)前，電磁剎車將被多次激活和釋放。目前方法中，當(dāng)電磁剎車被激活時(shí)總是以最大電流激活，且因?yàn)殡姶艅x車作用面和剎車力被作用面通常為剛性體，兩者之間的碰撞接觸會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。第五，球管支撐系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中，控制單元不實(shí)時(shí)考慮操作人員施加于球管支撐系統(tǒng)的操作力等外力干擾，導(dǎo)致定位精度較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于力傳感器和剎車電流pwm閉環(huán)控制的x光機(jī)定位方法及系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)球管支撐系統(tǒng)自動(dòng)定位功能時(shí)，應(yīng)用pwm電流閉環(huán)控制電磁剎車電流從而控制剎車力的大小，以產(chǎn)生大小合適的制動(dòng)力。此外本發(fā)明還利用力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)操作人員施加于球管支撐系統(tǒng)的操作力，以考慮其對(duì)球管支撐系統(tǒng)自動(dòng)定位的影響。

2、具體步驟包括：

3、步驟1：確定位置傳感器、力傳感器、電流傳感器、控制單元及其它部件。位置傳感器用于檢測(cè)球管支撐系統(tǒng)的實(shí)時(shí)位置，并將此位置匯報(bào)給控制單元，其安裝在球管支撐系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)部件上；力傳感器用于檢測(cè)操作人員作用于球管支撐系統(tǒng)的操作力fp，其安裝在球管支撐系統(tǒng)被操作人員所接觸的部分，如推動(dòng)把手等；電流傳感器用于檢測(cè)電磁剎車的實(shí)際電流，其安裝在電磁剎車電氣回路之中；控制單元接受各傳感器信號(hào)，然后根據(jù)下面后續(xù)步驟計(jì)算控制功率器件的pwm輸出；功率器件根據(jù)來(lái)自控制單元的pwm信號(hào)控制電磁剎車的電流，進(jìn)而使電磁剎車輸出相應(yīng)的剎車力；電源部件根據(jù)系統(tǒng)提供的輸入電源轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出電源，給控制單元、功率器件、電磁剎車以及各傳感器等電氣部件提供電源。

4、步驟2：首先控制單元檢測(cè)球管支撐系統(tǒng)實(shí)時(shí)位置是否已經(jīng)到達(dá)制動(dòng)力施加起始位置點(diǎn)m，如果未到達(dá)點(diǎn)m，則控制單元不進(jìn)入自動(dòng)定位模式，不啟動(dòng)對(duì)電磁剎車的控制，繼續(xù)監(jiān)視球管支撐系統(tǒng)實(shí)時(shí)位置；如果已到達(dá)或越過(guò)點(diǎn)m，則記錄球管支撐系統(tǒng)實(shí)時(shí)位置參數(shù)，進(jìn)入自動(dòng)定位模式。

5、步驟3：控制單元接收位置傳感器參數(shù)，得到球管支撐系統(tǒng)實(shí)時(shí)位置，然后計(jì)算出球管支撐系統(tǒng)此時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度v，加速度a和相距目標(biāo)位置點(diǎn)b的距離s。

6、步驟4：控制單元檢測(cè)力傳感器參數(shù)得到操作人員作用于球管支撐系統(tǒng)的操作力fp。

7、步驟5：控制單元根據(jù)下式計(jì)算此時(shí)施加于球管支撐系統(tǒng)所需的剎車力fb：

8、

9、其中，fr是球管支撐系統(tǒng)所受的摩擦力，m是球管支撐系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量。

10、步驟6：控制單元根據(jù)剎車力和剎車電流之間的函數(shù)關(guān)系得到電磁剎車所需電流。

11、步驟7：電流傳感器檢測(cè)出電磁剎車的實(shí)際電流并輸出給控制單元。

12、步驟8：控制單元將電磁剎車實(shí)際電流與上述所計(jì)算出的電磁剎車所需電流相比較，得到差值。此差值經(jīng)pi調(diào)節(jié)后，得到控制功率器件的占空比，然后控制單元根據(jù)此占空比輸出pwm信號(hào)，控制功率器件的開(kāi)和關(guān)。當(dāng)pwm輸出信號(hào)為高電平時(shí)，功率器件導(dǎo)通，電壓施加于電磁剎車?yán)@組，電磁剎車電流增加；當(dāng)pwm輸出信號(hào)為低電平時(shí)，功率器件斷開(kāi)，電壓不施加于電磁剎車?yán)@組，電磁剎車電流減小。因此，通過(guò)控制功率器件的開(kāi)和關(guān)，進(jìn)而控制電磁剎車實(shí)際電流的大小。據(jù)此，形成電磁剎車電流的負(fù)反饋pwm閉環(huán)控制，使電磁剎車實(shí)際電流近似等于生成所需剎車力所需要的電流，進(jìn)而得到所需的剎車力。

13、步驟9：控制單元繼續(xù)檢測(cè)球管支撐系統(tǒng)是否已經(jīng)到目標(biāo)位置點(diǎn)b，如果沒(méi)有，則重復(fù)步驟3～9；如果已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)位置點(diǎn)b，則退出自動(dòng)定位控制模式，停止pwm輸出，完全激活電磁剎車，使球管支撐系統(tǒng)完全鎖定在目標(biāo)位置點(diǎn)b。

14、有益效果：本發(fā)明包含以下幾點(diǎn)。首先，當(dāng)球管支撐系統(tǒng)移動(dòng)到目標(biāo)位置附近時(shí)，控制單元根據(jù)其運(yùn)動(dòng)速度和與目標(biāo)位置距離，提前控制剎車，以使其能夠停止在目標(biāo)位置。其次，控制單元會(huì)根據(jù)球管支撐系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，計(jì)算其到達(dá)目標(biāo)位置所需的制動(dòng)力值。第三，本發(fā)明基于pwm電流閉環(huán)來(lái)控制電磁剎車電流，以產(chǎn)生球管支撐系統(tǒng)所需的制動(dòng)力，而不僅僅是零或最大制動(dòng)力。第四，本發(fā)明通過(guò)力傳感器檢測(cè)出操作人員作用于球管支撐系統(tǒng)的操作力。在計(jì)算球管支撐系統(tǒng)到達(dá)目標(biāo)位置所需制動(dòng)力時(shí)，考慮了操作力的影響，而不僅僅是只考慮剎車所提供的制動(dòng)力。

15、本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)x光機(jī)球管支撐系統(tǒng)手動(dòng)模式下自動(dòng)定位功能時(shí)，應(yīng)用pwm電流閉環(huán)控制方法控制電磁剎車電流，增加了制動(dòng)力控制精度。該方法還通過(guò)力傳感器檢測(cè)得到操作人員作用于球管支撐系統(tǒng)的外力，從而在控制方法中排除其干擾，提高定位精度。

技術(shù)特征：

1.一種基于力傳感器和剎車電流pwm閉環(huán)控制的x光機(jī)定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于力傳感器和剎車電流pwm閉環(huán)控制的x光機(jī)定位方法，其特征在于，位置傳感器安裝在球管支撐系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)部件上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于力傳感器和剎車電流pwm閉環(huán)控制的x光機(jī)定位方法，其特征在于，力傳感器安裝在球管支撐系統(tǒng)被操作人員所接觸的部分。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于力傳感器和剎車電流pwm閉環(huán)控制的x光機(jī)定位方法，其特征在于，電流傳感器安裝在電磁剎車電氣回路之中。

5.一種基于力傳感器和剎車電流pwm閉環(huán)控制的x光機(jī)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括位置傳感器、力傳感器、電流傳感器、控制單元、功率器件和電源部件；位置傳感器用于檢測(cè)球管支撐系統(tǒng)的實(shí)時(shí)位置，并將此位置匯報(bào)給控制單元，其安裝在球管支撐系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)部件上；力傳感器用于檢測(cè)操作人員作用于球管支撐系統(tǒng)的操作力fp，其安裝在球管支撐系統(tǒng)被操作人員所接觸的部分；電流傳感器用于檢測(cè)電磁剎車的實(shí)際電流，其安裝在電磁剎車電氣回路之中；控制單元接受各傳感器信號(hào)，然后根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述方法計(jì)算控制功率器件的pwm輸出；功率器件根據(jù)來(lái)自控制單元的pwm信號(hào)控制電磁剎車的電流，進(jìn)而使電磁剎車輸出相應(yīng)的剎車力；電源部件根據(jù)系統(tǒng)提供的輸入電源轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出電源，給控制單元、功率器件、電磁剎車以及各傳感器提供電源。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于力傳感器和剎車電流PWM閉環(huán)控制的X光機(jī)定位方法及系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)X光機(jī)球管支撐系統(tǒng)手動(dòng)模式下自動(dòng)定位功能時(shí)，應(yīng)用PWM電流閉環(huán)控制方法控制剎車電流，增加了制動(dòng)力控制精度。該方法還通過(guò)力傳感器檢測(cè)得到操作人員作用于球管支撐系統(tǒng)的外力，從而在控制方法中排除其干擾，提高定位精度。

技術(shù)研發(fā)人員：楊鋼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：楊鋼
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6