本發(fā)明涉及粒度測試儀器，尤其涉及一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的技術(shù)方案目前使用的電磁振動(dòng)進(jìn)料器多采用開環(huán)控制，供電電壓是ac220v,無法適應(yīng)整機(jī)儀器供電dc24v的需要，僅僅依賴加速度傳感器反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率或幅度。這種ac220v電磁振動(dòng)器方案適合主要用于產(chǎn)生振動(dòng)，以便在多種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)物料的輸送、分離或攪拌，在大型工件分散和拾取中使用，在粒度測試等要求高精度的應(yīng)用中，表現(xiàn)出明顯的局限性，例如：(1)電壓范圍不足，電壓采用ac220v供電，適合大型設(shè)備使用，無法滿足精密儀器安全電壓dc24v的需要。(2)電磁干擾(emi)大，ac220v供電的電磁振動(dòng)進(jìn)料器其產(chǎn)生的電磁干擾太大，對(duì)周圍電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，以致導(dǎo)致引起內(nèi)部主控芯片時(shí)不時(shí)產(chǎn)生復(fù)位，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。(3)控制精度不足，大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)，只是開環(huán)控制，并沒有形成閉環(huán)控制，有的帶閉環(huán)只能反饋振動(dòng)系統(tǒng)的物料的振動(dòng)速度，形成單一的速度閉環(huán)控制；振動(dòng)幅值強(qiáng)度只能手動(dòng)電位器調(diào)節(jié)，而無法根據(jù)實(shí)際物料運(yùn)動(dòng)速度形成閉環(huán)自動(dòng)控制。這導(dǎo)致在測試不同物料時(shí)，物料之間的特性有差異，在測試過程的無法自動(dòng)閉環(huán)調(diào)整精準(zhǔn)匹配實(shí)際需求，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。(4)一致性差，現(xiàn)場ac220v電壓不穩(wěn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝應(yīng)力不同，減振柱和彈簧片彈力不一致，銜鐵和電磁鐵之間縫隙大小，電磁鐵功率誤差過大等可能會(huì)導(dǎo)致它們對(duì)同一振動(dòng)信號(hào)的響應(yīng)不一致。(5)穩(wěn)定性差，當(dāng)物料流動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)難以及時(shí)響應(yīng)，振動(dòng)器的調(diào)整滯后，特別是在處理細(xì)小顆粒時(shí)，供料速度容易產(chǎn)生波動(dòng)，難以保持穩(wěn)定。(6)動(dòng)態(tài)性能差，現(xiàn)有的單閉環(huán)系統(tǒng)在頻率和負(fù)載大幅變化時(shí)，容易出現(xiàn)振蕩，進(jìn)而影響物料供給的連續(xù)性，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或供料中斷。僅有靠反饋振動(dòng)的物料速度值進(jìn)行單一閉環(huán)控制，無法形成多閉環(huán)控制。

2、目前現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)比較簡單，適合于對(duì)性能要求不高的場景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，包括dc24v電磁振動(dòng)進(jìn)料器、相機(jī)和控制板；

4、所述dc24v電磁振動(dòng)進(jìn)料器包括底座、減振柱、振動(dòng)底板、電磁鐵座、dc24電磁鐵、振板、布料槽、傳感器和銜鐵；

5、所述減振柱設(shè)置在底座的四角，振動(dòng)底板通過螺釘固定在減振柱上；

6、所述電磁鐵座、dc24電磁鐵和銜鐵均通過螺絲固定在振動(dòng)底板上；

7、所述振動(dòng)底板前后兩端均設(shè)置傾斜對(duì)稱的彈簧片；

8、所述振動(dòng)底板頂端設(shè)置振板和傳感器，且傳感器設(shè)置在兩振板之間；

9、所述布料槽通過螺釘固定在兩振板上；

10、采用工業(yè)相機(jī)會(huì)拍攝顆粒流動(dòng)的連續(xù)圖像，圖像處理算法會(huì)在每一幀圖像中檢測并標(biāo)記顆粒的位置；

11、由控制板根據(jù)采集的電壓、電流、振幅、位移，速度進(jìn)行pid算法控制；

12、通過直流dc24v電磁鐵的振動(dòng)，使其功率、振幅、速度的多層反饋控制策略，來實(shí)現(xiàn)料流顆粒下落速度的穩(wěn)定性，采用振動(dòng)來使料流顆粒分散攤鋪均勻，來滿足工業(yè)相機(jī)拍攝顆粒圖像的要求。

13、所述的一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述料流顆粒能夠通過邊緣檢測、閾值分割、或使用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行目標(biāo)檢測。

14、所述的一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述工業(yè)相機(jī)通過機(jī)器視覺算法后獲取了料流顆粒在不同圖像幀中的位移信息后，可以通過下列公司計(jì)算料流顆粒的速度；

15、料流速度：v＝△x/△t

16、其中，v是料流顆粒速度，△x料流顆粒在相鄰幀中的位移，△t為相機(jī)拍攝兩幀圖像之間的時(shí)間間隔。

17、所述的一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述pid算法由控制板實(shí)現(xiàn)，pid控制器能夠調(diào)節(jié)電磁振動(dòng)的振幅、頻率、速度以及加速度，使系統(tǒng)在特定的條件下保持穩(wěn)定振動(dòng)；

18、所述控制板采用安全低電壓dc24v供電，有多個(gè)接口和外部設(shè)備連接；

19、所述控制板采集dc24v電磁鐵中的電流及工作電壓完成功率閉環(huán)反饋實(shí)現(xiàn)最外環(huán)控制；通過傳感器根據(jù)需要采集料流顆粒振動(dòng)速度、加速度、位移角度和頻率，形成次內(nèi)環(huán)a的閉環(huán)控制；由工業(yè)相機(jī)完成對(duì)料流速度的計(jì)算，并實(shí)時(shí)反饋給控制板，形成內(nèi)環(huán)b的閉環(huán)控制；

20、其中最外環(huán)為第一環(huán)，內(nèi)環(huán)a為第二環(huán)，內(nèi)環(huán)b為第三環(huán)；

21、通過最外環(huán)、內(nèi)環(huán)a、內(nèi)環(huán)b形成三閉環(huán)的精確控制，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整和優(yōu)化電磁線圈的工作狀態(tài)，使振動(dòng)頻率和幅度穩(wěn)定在最佳范圍。

22、所述的一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述dc24v電磁鐵選用合金磁材料，優(yōu)化線圈的匝數(shù)以增加磁通，采用半橋推挽驅(qū)動(dòng)該電磁鐵，能夠最大在1khz頻率下工作。

23、所述的一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述傳感器采用多功能參數(shù)傳感器，根據(jù)需要能夠采集料流顆粒振動(dòng)速度、加速度、位移角度和頻率，結(jié)合先進(jìn)的高速電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料供給過程的高精度、穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能的優(yōu)化控制。

24、所述的一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述傳感器能夠替換為六軸姿態(tài)傳感器或九軸運(yùn)動(dòng)傳感器設(shè)備。

25、所述的一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，在pid控制的基礎(chǔ)上，還能夠引入自適應(yīng)以及圖像視覺控制算法。

26、所述的一種基于pid控制電磁振動(dòng)進(jìn)料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，除功率反饋外，還能夠采用反饋機(jī)制，如電流反饋來調(diào)節(jié)電磁振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)參數(shù)。

27、有益效果

28、本發(fā)明通過三閉環(huán)pid控制系統(tǒng)，顯著提升了電磁振動(dòng)進(jìn)料器的性能，具體優(yōu)勢(shì)如下，(1)高精度供料：采用dc24v供電的電磁鐵，并且采集電磁鐵的工作電壓和電流，可計(jì)算出功率，控制板通過pid算法可以通過控制電流的大小來精確控制電磁鐵的吸力，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)的控制三閉環(huán)控制使系統(tǒng)能精確調(diào)節(jié)料流顆粒的流速、振動(dòng)幅值、功率等參數(shù)，適應(yīng)不同料流顆粒特性的變化。(2)安全可靠：dc24v直流電壓屬于低電壓范圍，相對(duì)于更高的電壓系統(tǒng)，它對(duì)人體的安全風(fēng)險(xiǎn)更低。dc24v直流電源和相關(guān)控制元件通常成本較低，相對(duì)于高電壓系統(tǒng)，dc24v直流系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾較小，有助于提高系統(tǒng)的抗干擾能力。低電壓系統(tǒng)的熱量產(chǎn)生較少，有助于減少組件的磨損，延長電磁鐵的使用壽命。(3)快速響應(yīng)：dc24v屬于較低的電壓水平，這意味著供電系統(tǒng)的內(nèi)阻較小，電流變化可以更快地傳遞到電磁鐵，集成傳感器反饋系統(tǒng)(如位移量)可以監(jiān)測電磁鐵的狀態(tài)，并在需要時(shí)快速調(diào)整電流，以實(shí)現(xiàn)精確和快速的控制從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)實(shí)時(shí)反饋確保系統(tǒng)能夠快速調(diào)整振動(dòng)參數(shù)，避免因負(fù)載變化導(dǎo)致供料波動(dòng)。(4)降低振蕩風(fēng)險(xiǎn)：反饋控制有助于減少系統(tǒng)誤差和外部干擾的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性三閉環(huán)反饋機(jī)制有效抑制了高頻振動(dòng)或大負(fù)載變化時(shí)的振蕩現(xiàn)象，系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和條件，如溫度變化、電源波動(dòng)等提升了設(shè)備的穩(wěn)定性。

29、本發(fā)明解決了ac220v供電系統(tǒng)導(dǎo)致的電磁干擾強(qiáng)烈、控制精度不足、一致性差、穩(wěn)定性差、以及動(dòng)態(tài)性能差等問題，該系統(tǒng)不僅有效降低了電磁干擾，還顯著提高了進(jìn)料器的響應(yīng)速度和控制精度，確保在復(fù)雜工況下能夠保持高度一致性與穩(wěn)定性，滿足工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中對(duì)高精度物料供給的需求。