一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)及其控制方法，包括：一主控系統(tǒng)，一與主控系統(tǒng)相連接的信號(hào)處理電路，一與信號(hào)處理電路連接的位移檢測(cè)系統(tǒng)，所述位移檢測(cè)系統(tǒng)包括一信號(hào)采集電路，所述信號(hào)采集電路將可測(cè)量物理位移變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)變化參量后，將電信號(hào)變化參量傳輸給信號(hào)處理電路，信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路放大整形后傳輸給主控系統(tǒng)；還包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接受主控系統(tǒng)的控制指令，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。利用對(duì)位移量的非接觸性檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行器扭矩的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。本發(fā)明為電動(dòng)執(zhí)行器和閥門電動(dòng)裝置控制系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)提供了簡(jiǎn)便、高效的方式，推進(jìn)了電動(dòng)執(zhí)行器行業(yè)技術(shù)水平的提高和發(fā)展。
【專利說(shuō)明】一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)及其控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器扭矩的實(shí)時(shí)檢測(cè)和保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前電動(dòng)執(zhí)行器和閥門電動(dòng)裝置在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，控制閥門等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做旋轉(zhuǎn)式或直線運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)根據(jù)外部負(fù)載的需求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的扭矩輸出。
[0003]按行業(yè)要求，電動(dòng)執(zhí)行器和閥門電動(dòng)裝置在實(shí)際工作過(guò)程中，系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)扭矩的輸出，一旦出現(xiàn)閥門電動(dòng)裝置咬死、負(fù)載過(guò)大等異常狀況，系統(tǒng)輸出的扭矩將發(fā)生變化；當(dāng)主控系統(tǒng)檢測(cè)到當(dāng)前扭矩值大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的扭矩保護(hù)閥值時(shí)，處理器使控制系統(tǒng)立刻采取預(yù)設(shè)保護(hù)動(dòng)作。
[0004]隨著電動(dòng)執(zhí)行器行業(yè)的不斷深入發(fā)展，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也不斷提高，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)了對(duì)扭矩檢測(cè)和保護(hù)裝置的準(zhǔn)確性、維護(hù)便捷性、穩(wěn)定性的綜合要求。傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行器通過(guò)機(jī)械式或通過(guò)壓力傳感器感應(yīng)扭矩，此方法在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)碰到設(shè)置扭矩參數(shù)繁瑣、系統(tǒng)穩(wěn)定性不高、作業(yè)效率低、響應(yīng)速度慢等問(wèn)題。因此，無(wú)法滿足行業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)扭矩保護(hù)裝置準(zhǔn)確性、維護(hù)便捷性、穩(wěn)定性的綜合性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了消除現(xiàn)有電動(dòng)執(zhí)行器領(lǐng)域在扭矩檢測(cè)和保護(hù)功能上存在的諸多缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器扭矩位移傳遞裝置的實(shí)時(shí)檢測(cè)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行器閥門控制扭矩的智能檢測(cè)和保護(hù)；利用對(duì)位移量的非接觸性檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行器扭矩實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng),包括:
[0008]一主控系統(tǒng)，
[0009]—與主控系統(tǒng)相連接的信號(hào)處理電路，
[0010]一與信號(hào)處理電路連接的位移檢測(cè)系統(tǒng)，所述位移檢測(cè)系統(tǒng)包括一信號(hào)采集電路，所述信號(hào)采集電路將可測(cè)量物理位移變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)變化參量后，將電信號(hào)變化參量傳輸給信號(hào)處理電路，電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路放大整形后傳輸給主控系統(tǒng)；
[0011]還包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接受主控系統(tǒng)的控制指令，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述位移檢測(cè)系統(tǒng)還包括:
[0013]一與蝸輪嚙合的蝸桿，
[0014]一與蝸桿連接的蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將所述蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換成可測(cè)量物理位移變化量。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿端部的鐵氧體磁芯，以及一對(duì)平行極板構(gòu)成的電容器，所述鐵氧體磁芯置于一對(duì)平行極板之間，該蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為直線位移變化量。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿端部的鐵氧體磁芯，以及一電感繞組，所述鐵氧體磁芯置于電感繞組形成的圓柱體中空部位，該蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為直線位移變化量。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿端部的絲桿，一與絲桿聯(lián)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及一設(shè)置絲桿上的螺紋機(jī)構(gòu)，所述絲桿和螺紋機(jī)構(gòu)配合，該蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為為角位移變化量。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可測(cè)量物理位移為直線位移或角位移。
[0019]電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制方法，包括如下步驟:
[0020]I)電動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩后，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與蝸輪連接的蝸桿軸向竄動(dòng)，使蝸桿產(chǎn)生軸向位移；
[0021]2)蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的軸向位移轉(zhuǎn)換為可測(cè)量物理位移，其中信號(hào)采集電路將可測(cè)量物理位移變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)變化參量；
[0022]3)信號(hào)采集電路將電信號(hào)變化參量進(jìn)行采集并輸出給到信號(hào)處理電路；
[0023]4)信號(hào)處理電路接收信號(hào)采集電路輸出的電信號(hào)變化參量，通過(guò)處理變?yōu)殡妱?dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主控系統(tǒng)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并傳輸給主控系統(tǒng)；
[0024]5)主控系統(tǒng)對(duì)步驟4)中的電信號(hào)處理后，計(jì)算出此時(shí)的扭矩?cái)?shù)值，并根據(jù)相應(yīng)的扭矩參數(shù)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制指令，如保持狀態(tài)和停止運(yùn)行，來(lái)保護(hù)電動(dòng)執(zhí)行器。
[0025]通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0026]本發(fā)明可在現(xiàn)有電動(dòng)執(zhí)行器和閥門電動(dòng)裝置控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一套位移檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)與位移檢測(cè)系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)和電動(dòng)執(zhí)行器的主控系統(tǒng)組成一套完整的扭矩控制系統(tǒng)，在不用更換整機(jī)電控系統(tǒng)的前提下，只需更改蝸桿的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及增加位移檢測(cè)系統(tǒng)和信號(hào)處理電路，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器扭矩的實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控。
[0027]本發(fā)明為電動(dòng)執(zhí)行器和閥門電動(dòng)裝置控制系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)提供了簡(jiǎn)便、高效的方式，推進(jìn)了電動(dòng)執(zhí)行器行業(yè)技術(shù)水平的提高和發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本發(fā)明的扭矩控制系統(tǒng)的工作原理圖。
[0030]圖2為本發(fā)明的位移檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖3為實(shí)施例1的電容值檢測(cè)扭矩的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖4為實(shí)施例1的信號(hào)采集電路。
[0033]圖5為實(shí)施例2的電感值檢測(cè)扭矩的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖6為實(shí)施例2的信號(hào)采集電路。
[0035]圖7為實(shí)施例3的角度傳感器檢測(cè)扭矩的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。[0036]圖8為實(shí)施例3的信號(hào)采集電路。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0038]參照?qǐng)D1，電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)，包括:
[0039]一主控系統(tǒng)200，其中主控系統(tǒng)200包括高性能處理器201和外圍擴(kuò)展電路202 ；
[0040]一與主控系統(tǒng)200連接的顯示系統(tǒng)300，其中顯示系統(tǒng)300包括顯示器301以及與顯示器301連接的顯示驅(qū)動(dòng)電路302，顯示系統(tǒng)300用于實(shí)時(shí)顯示對(duì)扭矩的測(cè)量數(shù)值以及電動(dòng)執(zhí)行器的其他測(cè)量參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)；
[0041]以及一位移檢測(cè)系統(tǒng)100，其中位移檢測(cè)系統(tǒng)100包括一與蝸輪嚙合的蝸桿101，與蝸桿101連接的蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)102，和信號(hào)采集電路103 ；
[0042]一與主控系統(tǒng)200相連接的信號(hào)處理電路104，其中信號(hào)處理電路104與信號(hào)采集電路103相連接；
[0043]信號(hào)采集電路103將物理位移變化量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)變化參量傳輸給信號(hào)處理電路104，信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路104放大整形后給到主控系統(tǒng)200。
[0044]還包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路400，以及一與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路400連接的電機(jī)500，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路400接受主控系統(tǒng)200的控制指令，調(diào)節(jié)電機(jī)500的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸輪700的轉(zhuǎn)動(dòng)；其中蝸輪700 —端連接負(fù)載裝置600。
[0045]參照?qǐng)D2，位移檢測(cè)系統(tǒng)100，包括:
[0046]一與蝸輪嚙合的蝸桿101 ；
[0047]一與蝸桿101連接的蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)102，蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)102將蝸桿101的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換成可測(cè)量物理位移變化量，其中可測(cè)量物理位移為直線位移或角位移。
[0048]一信號(hào)采集電路103，信號(hào)采集電路103通過(guò)RC震蕩、LC震蕩或角度傳感器將可測(cè)量物理位移變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)變化參量。
[0049]RC震蕩方式的實(shí)現(xiàn)，是利用平行極板構(gòu)成的電容器作為通過(guò)文氏電橋構(gòu)成的RC震蕩電路中的電容，兩平行極板作為電容器的兩極，通過(guò)導(dǎo)線與文氏電橋電路連接。
[0050]LC震蕩方式的實(shí)現(xiàn)，是將導(dǎo)線纏繞成空心圓柱體的形狀，導(dǎo)線的兩端作為電感的兩端與電路連接。
[0051]采用角度傳感器的的實(shí)現(xiàn)，直接將蝸桿通過(guò)機(jī)械連接的方式與角度傳感器連接，蝸桿的直線位移通過(guò)機(jī)械方式轉(zhuǎn)換為角位移，使與之連接的角度傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。
[0052]實(shí)施例1:通過(guò)電容容值和頻率的變化檢測(cè)扭矩。
[0053]本實(shí)例是基于蝸桿的機(jī)械傳動(dòng)方式，采用非侵入式設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)扭矩動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)的智能裝置。當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)裝置蝸桿在受力情況下發(fā)生軸向位移，通過(guò)電容式信號(hào)采集電路實(shí)時(shí)采集機(jī)械位移的變化而實(shí)現(xiàn)扭矩的計(jì)算、標(biāo)定和保護(hù)。
[0054]機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)過(guò)程描述如下:
[0055]參照?qǐng)D3，為電容值檢測(cè)扭矩的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，該蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿101端部的鐵氧體磁芯800以及一對(duì)平行極板900，901構(gòu)成的電容器，鐵氧體磁芯置于一對(duì)平行極板900，901之間，檢測(cè)系統(tǒng)將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為直線位移變化量;
[0056]一對(duì)平行極板需正對(duì)放置，鐵氧體磁芯置于兩平行極板的中間，平行極板間距可固定設(shè)置，也可人工調(diào)整間距。依據(jù)不同大小的扭矩值，設(shè)置平行極板的間距。
[0057]當(dāng)鐵氧體磁芯在兩平行極板之間軸向竄動(dòng)時(shí)，會(huì)引起利用平行極板構(gòu)成的電容器容值的變化，平行極板構(gòu)成的電容器作為RC震蕩電路中的一部分，在電容值發(fā)生變化時(shí)，在后續(xù)的文氏電橋構(gòu)成的RC震蕩電路輸出不同頻率的震蕩信號(hào)。
[0058]當(dāng)蝸輪700在電機(jī)帶動(dòng)情況下，與蝸桿101之間產(chǎn)生相互作用力上，此時(shí)蝸桿101在反作用力下會(huì)沿蝸輪700轉(zhuǎn)動(dòng)的方向做軸向移動(dòng)，由于鐵氧體磁芯800和蝸桿101是在同一機(jī)構(gòu)上，此時(shí)鐵氧體磁芯800會(huì)在平行板電容900，901的之間移動(dòng)，鐵氧體磁芯800的相對(duì)移動(dòng)改變了平行板電容900，901的固有電容量，信號(hào)采集電路用于采集電容量的改變，
[0059]信號(hào)采集電路根據(jù)電容容量的變化來(lái)輸出電容信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械位移參量的采集以及機(jī)械位移參量到電容信號(hào)參量的轉(zhuǎn)換。
[0060]此過(guò)程的機(jī)械動(dòng)作和電子部分在連接上沒(méi)有接觸，因此達(dá)到了非接觸的設(shè)計(jì)要求，提高了系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。
[0061]信號(hào)采集電路和信號(hào)處理的說(shuō)明:
[0062]信號(hào)采集電路通過(guò)RC震蕩方式的實(shí)現(xiàn)，是利用平行板構(gòu)成的電容器作為通過(guò)文氏電橋構(gòu)成的RC震蕩電路中的電容C2，兩平行極板作為電容器的兩極，通過(guò)導(dǎo)線與附圖4所示文氏電橋震蕩電路連接。
[0063]文氏電橋由第一電容Cl、第一電阻Rl串聯(lián)，第二電容C2、第二電阻R2并聯(lián)構(gòu)成。文氏電橋?qū)㈦娙菪盘?hào)轉(zhuǎn)換為正弦波震蕩信號(hào)，正弦信號(hào)再經(jīng)信號(hào)處理電路中的施密特整形電路整形為TTL電平信號(hào)，提供給后續(xù)的主控系統(tǒng)處理。主控制系統(tǒng)根據(jù)頻率的變化來(lái)進(jìn)行扭矩的計(jì)算和相關(guān)的標(biāo)定工作。
[0064]電容和頻率的轉(zhuǎn)換通過(guò)RC震蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，公式如下:T=2 31 RC。
[0065]根據(jù)后續(xù)電路的對(duì)頻率范圍的識(shí)別要求，加入分頻電路把整形后的高頻信號(hào)分配到后級(jí)電路所能接受的范圍，后級(jí)電路依據(jù)頻率的變化值來(lái)處理，以確定當(dāng)前機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭矩值。
[0066]實(shí)施例2:通過(guò)電感值和頻率的變化來(lái)檢測(cè)位移量
[0067]本實(shí)例是基于蝸桿的機(jī)械傳動(dòng)方式，采用非侵入式設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)扭矩動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)的智能裝置。當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)裝置蝸輪蝸桿在受力情況下發(fā)生軸向位移，通過(guò)電感式信號(hào)采集電路實(shí)時(shí)采集機(jī)械位移的變化而實(shí)現(xiàn)扭矩的計(jì)算、標(biāo)定和保護(hù)。
[0068]機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)過(guò)程描述如下:
[0069]參照?qǐng)D5，改變電感值檢測(cè)扭矩的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿端部的鐵氧體磁芯800以及一電感繞組1000，鐵氧體磁芯800置于電感繞組1000形成的圓柱體中空部位，該機(jī)構(gòu)將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為直線位移變化量。
[0070]當(dāng)蝸輪700在電機(jī)帶動(dòng)下受力轉(zhuǎn)動(dòng)，與蝸桿101之間產(chǎn)生相互作用力上，此時(shí)蝸桿在反作用力下會(huì)沿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向做軸向移動(dòng)，由于鐵氧體磁芯800和蝸桿101是在同一機(jī)構(gòu)上,此時(shí)鐵氧體磁芯800會(huì)在內(nèi)部中空的圓柱形的電感繞組1000中間移動(dòng)，鐵氧體磁芯的相對(duì)移動(dòng)改變了電感繞組1000的固有電感量。
[0071]信號(hào)采集電路根據(jù)電感量的變化來(lái)輸出電感信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械位移參量的采集以及機(jī)械位移參量到電感信號(hào)參量的轉(zhuǎn)換。
[0072]將鐵氧體磁芯置于用導(dǎo)線繞成的空心圓柱體的中空部分，圓柱體通常直徑設(shè)置為25mm，鐵氧體磁芯直徑為18mm，電感繞組1000的導(dǎo)線的兩端作為電感的兩個(gè)接線端與電路連接。
[0073]當(dāng)鐵氧體磁芯在空心圓柱體電感中空部分軸向竄動(dòng)時(shí)，會(huì)引起利用導(dǎo)線繞制而成的電感的電感數(shù)值變化，此電感作為L(zhǎng)C震蕩電路中的一部分，在電感值發(fā)生變化時(shí)，在后續(xù)的LC震蕩電路中會(huì)輸出不用頻率的震蕩信號(hào)。
[0074]此過(guò)程的機(jī)械動(dòng)作和電子部分在連接上沒(méi)有接觸，因此達(dá)到了非接觸的設(shè)計(jì)要求，提高了系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。
[0075]信號(hào)采集電路和信號(hào)處理的說(shuō)明:
[0076]第三電容器C3、第四電容器C4串聯(lián)組成串聯(lián)電路，此串聯(lián)電路再與第五電容C5和電感L并聯(lián)，形成LC震蕩電路，如附圖6。當(dāng)鐵氧體磁芯在空心圓柱體電感中空部分軸向竄動(dòng)時(shí)，會(huì)引起利用導(dǎo)線繞制而成的電感L的電感數(shù)值變化。
[0077]信號(hào)采集電路采集到電感信號(hào)，通過(guò)附圖6所示LC震蕩電路，將電感信號(hào)轉(zhuǎn)換為正弦波震蕩信號(hào)，正弦信號(hào)再經(jīng)由施密特觸發(fā)器組成的信號(hào)處理電路整形，將正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)，提供給后續(xù)的主控系統(tǒng)處理。主控制系統(tǒng)根據(jù)頻率的變化來(lái)進(jìn)行扭矩的計(jì)算和相關(guān)的標(biāo)定工作。電感和頻率的轉(zhuǎn)換通過(guò)LC震蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，公式如下:
T = 2W√LC
[0078]在此之前根據(jù)后續(xù)電路的對(duì)頻率范圍的識(shí)別要求，加入了分頻電路，把整形后的高頻信號(hào)分配到后級(jí)電路所能接受的范圍，后級(jí)電路依據(jù)頻率的變化值來(lái)處理，以確定當(dāng)前機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭矩值。
[0079]實(shí)施例3:通過(guò)角度傳感器器來(lái)檢測(cè)位移量
[0080]本實(shí)例是基于角度傳感器，采用對(duì)角位移采集和計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)扭矩動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)的智能裝置。當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)裝置蝸輪蝸桿在受力情況下發(fā)生軸向位移，首先通過(guò)相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)將軸向的直線位移轉(zhuǎn)換為角位移，再通過(guò)傳感器檢測(cè)角位移，從而實(shí)現(xiàn)扭矩的計(jì)算、標(biāo)定和保護(hù)。
[0081]機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)過(guò)程描述如下:
[0082]參照?qǐng)D7，本實(shí)例是基于蝸輪蝸桿的機(jī)械傳動(dòng)方式，以實(shí)現(xiàn)扭矩動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)的智能裝置；
[0083]所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿101端部的絲桿1001，一與絲桿1001聯(lián)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及一設(shè)置絲桿上的螺紋機(jī)構(gòu)1002，絲桿1001和螺紋機(jī)構(gòu)1002配合，將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為為角度位移變化量。
[0084]當(dāng)蝸輪700在電機(jī)帶動(dòng)下受力轉(zhuǎn)動(dòng)，與蝸桿101之間產(chǎn)生相互作用力，此時(shí)蝸桿101在反作用力下會(huì)沿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向做軸向移動(dòng)。由于絲桿1001與蝸桿101相連，絲桿1001與蝸桿101形成同步的軸向運(yùn)動(dòng)，且絲桿1001的軸向運(yùn)動(dòng)位移與蝸桿的軸向運(yùn)動(dòng)位移相等。[0085]通過(guò)絲桿1001與螺紋機(jī)構(gòu)1002，將軸向的位移轉(zhuǎn)換為角位移，通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1003和軸連器1004將角位移傳遞給角度傳感器1005，再通過(guò)角度傳感器1005將角位移變化量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)參量給到后續(xù)電路。
[0086]信號(hào)采集電路和信號(hào)處理的說(shuō)明:
[0087]角度傳感器采集到角位移變化量，會(huì)輸出相應(yīng)的電信號(hào)。通過(guò)合適的采樣電阻，將電信號(hào)變化參量轉(zhuǎn)換為后級(jí)可識(shí)別的電壓信號(hào)，通過(guò)如附圖8所示的AD654形成的V/F轉(zhuǎn)換電路，從而將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為主控系統(tǒng)可識(shí)別的頻率信號(hào)。頻率信號(hào)提供給后續(xù)的主控系統(tǒng)處理，主控制系統(tǒng)根據(jù)頻率的變化來(lái)確定角度傳感器轉(zhuǎn)過(guò)的角度，從而進(jìn)行扭矩的計(jì)算和相關(guān)的標(biāo)定工作。
[0088]上述實(shí)施例1，實(shí)施例2以及實(shí)施例3中，電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制方法，包括如下步驟:
[0089]I)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生扭矩后，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與蝸輪連接的蝸桿軸向竄動(dòng)，使蝸桿產(chǎn)生軸向位移；
[0090]2)蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的軸向位移轉(zhuǎn)換為可測(cè)量物理位移，其中信號(hào)采集電路將可測(cè)量物理位移變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)變化參量；
[0091]3)信號(hào)采集電路將電信號(hào)變化參量進(jìn)行采集并輸出給到信號(hào)處理電路；
[0092]4)信號(hào)處理電路接收信號(hào)采集電路輸出的電信號(hào)變化參量，通過(guò)處理變?yōu)殡妱?dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主控系統(tǒng)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并傳輸給主控系統(tǒng)；
[0093]5)主控系統(tǒng)對(duì)步驟4)中的電信號(hào)處理后，計(jì)算出此時(shí)的扭矩?cái)?shù)值，并根據(jù)相應(yīng)的扭矩參數(shù)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制指令，如保持狀態(tài)和停止運(yùn)行，來(lái)保護(hù)電動(dòng)執(zhí)行器。
[0094]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng),其特征在于,包括: 一主控系統(tǒng)， 一與主控系統(tǒng)相連接的信號(hào)處理電路， 一與信號(hào)處理電路連接的位移檢測(cè)系統(tǒng)，所述位移檢測(cè)系統(tǒng)包括一信號(hào)采集電路，所述信號(hào)采集電路將可測(cè)量物理位移變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)變化參量后，將電信號(hào)變化參量傳輸給信號(hào)處理電路，電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路放大整形后傳輸給主控系統(tǒng)； 還包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接受主控系統(tǒng)的控制指令，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位移檢測(cè)系統(tǒng)還包括: 一與蝸輪哨合的蝸桿， 一與蝸桿連接的蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將所述蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換成可測(cè)量物理位移變化量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)，其特征在于:所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿端部的鐵氧體磁芯，以及一對(duì)平行極板構(gòu)成的電容器，所述鐵氧體磁芯置于一對(duì)平行極板之間，該蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為直線位移變化量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)，其特征在于:所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿端部的鐵氧體磁芯，以及一電感繞組，所述鐵氧體磁芯置于電感繞組形成的圓柱體中空部位，該蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為直線位移變化量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)，其特征在于:所述蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置蝸桿端部的絲桿，一與絲桿聯(lián)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及一設(shè)置絲桿上的螺紋機(jī)構(gòu)，所述絲桿和螺紋機(jī)構(gòu)配合，該蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)換為為角位移變化量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制系統(tǒng)，其特征在于:可測(cè)量物理位移為直線位移或角位移。
7.電動(dòng)執(zhí)行器扭矩控制方法，其特征在于，包括如下步驟: O電動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)生扭矩后，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與蝸輪連接的蝸桿軸向竄動(dòng)，使蝸桿產(chǎn)生軸向位移； 2)蝸桿位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將蝸桿的軸向位移轉(zhuǎn)換為可測(cè)量物理位移，其中信號(hào)采集電路將可測(cè)量物理位移變化量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)變化參量； 3)信號(hào)采集電路將電信號(hào)變化參量進(jìn)行采集并輸出給到信號(hào)處理電路； 4)信號(hào)處理電路接收信號(hào)采集電路輸出的電信號(hào)變化參量，通過(guò)處理變?yōu)殡妱?dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主控系統(tǒng)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并傳輸給主控系統(tǒng)； 5)主控系統(tǒng)對(duì)步驟4)中的電信號(hào)處理后，計(jì)算出此時(shí)的扭矩?cái)?shù)值，并根據(jù)相應(yīng)的扭矩參數(shù)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制指令，如保持狀態(tài)和停止運(yùn)行，來(lái)保護(hù)電動(dòng)執(zhí)行器。
【文檔編號(hào)】F16K31/04GK103672104SQ201310695612
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】周虎英, 歐陽(yáng)立堅(jiān), 王子威 申請(qǐng)人:上海國(guó)鼎數(shù)碼科技有限公司