專利名稱：基于旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行反饋控制的軸承自潤(rùn)滑方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸系結(jié)構(gòu)自動(dòng)潤(rùn)滑的技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種基于旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行反饋控制以軸承為支承的自動(dòng)潤(rùn)滑的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前，軸系結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑主要是通過(guò)對(duì)支承軸系的軸承進(jìn)行注油實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)有的軸承自動(dòng)注油器，可以經(jīng)過(guò)人為設(shè)定，使油杯定時(shí)、定量對(duì)軸承注油，從而達(dá)到潤(rùn)滑的效果，這樣的注油方式屬于開(kāi)環(huán)控制方式，具有注油時(shí)間與注油量都不太準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，并且可能造成過(guò)注油或欠注油現(xiàn)象。注油過(guò)多造成不必要浪費(fèi)，注油不足則可能造成軸承潤(rùn)滑度下降， 而引起磨損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺失和不足，提出一種基于主軸轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋的軸承自動(dòng)潤(rùn)滑方法。本發(fā)明采用閉環(huán)控制方法，根據(jù)軸承潤(rùn)滑程度引起主軸轉(zhuǎn)速變化情況，通過(guò)對(duì)以旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)主軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，據(jù)此對(duì)軸承潤(rùn)滑程度進(jìn)行識(shí)別，以此作為反饋信號(hào)，用于控制自動(dòng)注油器及時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑油的加注。本發(fā)明的主要工作原理概述(如附

圖1所示)一、依據(jù)主軸轉(zhuǎn)速估計(jì)軸承潤(rùn)滑程度的關(guān)系基于主軸轉(zhuǎn)速與軸承潤(rùn)滑程度，它們之間存在可以用數(shù)學(xué)模型表達(dá)的關(guān)系，其數(shù)學(xué)模型可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)主軸轉(zhuǎn)速與軸承潤(rùn)滑程度的數(shù)據(jù)建立，當(dāng)剛毛彈性變形不大時(shí)， 靜摩擦力與轉(zhuǎn)速之間具有正比關(guān)系，即F(k) = α + β ν (k)(1)其中，α，β為系數(shù)，ν為轉(zhuǎn)速(rad/s)。而在轉(zhuǎn)速相對(duì)恒定的情況下，潤(rùn)滑度與靜摩擦力大小成反比，即潤(rùn)滑度低，靜摩擦力大。利用模糊曲線擬合方法建立這種模型，以建立轉(zhuǎn)速與潤(rùn)滑度的關(guān)系，即s(k) = f(s(k"l), v(k-l))(2)其中，S為軸承油膜厚度(ym)，反映潤(rùn)滑度，f(.)表示輸入輸出的一種映射關(guān)系。 這表明油膜厚度變化是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，當(dāng)前時(shí)刻油膜厚度與前一時(shí)刻油膜厚度和速度變化有關(guān)。二、關(guān)于軸承潤(rùn)滑狀況的識(shí)別依據(jù)轉(zhuǎn)速運(yùn)行進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，如果在其他主要運(yùn)行條件不變的情況下，在給定輸入下，如果現(xiàn)測(cè)轉(zhuǎn)速與原來(lái)所測(cè)轉(zhuǎn)速有一定變化，則停機(jī)，測(cè)取此時(shí)油膜厚度，分別記錄轉(zhuǎn)速和油膜厚度測(cè)量值(數(shù)據(jù))。然后再重新運(yùn)行，如果轉(zhuǎn)速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，發(fā)現(xiàn)在給定輸入和其他運(yùn)行條件不變情況下，現(xiàn)測(cè)轉(zhuǎn)速值異于原測(cè)值，則重復(fù)上述步驟，獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和油膜厚度測(cè)量值(數(shù)據(jù))。三、根據(jù)所獲得得轉(zhuǎn)速與油膜厚度測(cè)量數(shù)據(jù)，按模糊曲線擬合方法，建立模糊關(guān)系數(shù)學(xué)模型通過(guò)測(cè)量軸承轉(zhuǎn)速變化達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，測(cè)取相對(duì)應(yīng)油膜厚度，由于測(cè)量油膜厚度無(wú)法在線進(jìn)行，故而進(jìn)行離線測(cè)量，這時(shí)采集的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)模糊曲線擬合方法，建立油膜厚度與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。設(shè)轉(zhuǎn)速最大和最小值分別為Vmax和Vmin，則轉(zhuǎn)速的模糊變量轉(zhuǎn)換可以按
獲得，m油膜厚度也可設(shè)最大和最小厚度值分別為Sfflax ^p ^lin，則油膜厚度
max min
的模糊變量轉(zhuǎn)換可以按S=^^^^力得到，這種模糊擬合關(guān)系呈
max minS(k) = Int(aS(k-l) + (l-a)V(k-l))(3)在公式(3)描述的變化曲線中，其中0 < a < 1是加權(quán)系數(shù)，Int (.)為取整運(yùn)算， 從而獲得油膜厚度與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。四、所述的根據(jù)模糊控制原理，進(jìn)行潤(rùn)滑程度模糊估計(jì)和注油量模糊決策根據(jù)公式C3)可以估計(jì)油膜厚度，即潤(rùn)滑程度S (k)，然后根據(jù)潤(rùn)滑操作經(jīng)驗(yàn)確定注油器的注油刻度(對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度)M(k)，其中隸屬函數(shù)取三角函數(shù)，其控制規(guī)則為If S(k) = PB then M(k) =Z elseIf S(k) = PM then M(k) =S elseIf S(k) = PS then M(k) =M elseIf S(k) =Z then M(k) = B.其中，PB、PM、PS、Z分別表示正大、正中、正小和零；BMSZ則分別表示大、中、小、零。根據(jù)隸屬函數(shù)獲得相應(yīng)的控制規(guī)則表
權(quán)利要求
1.一種基于旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行反饋控制的軸承自潤(rùn)滑方法，其特征是，包括A.依據(jù)主軸轉(zhuǎn)速估計(jì)軸承潤(rùn)滑程度的關(guān)系；B.實(shí)時(shí)軸承潤(rùn)滑程度的識(shí)別；C.根據(jù)所獲得得轉(zhuǎn)速與油膜厚度測(cè)量數(shù)據(jù)，按模糊擬曲線合方法，建立模糊關(guān)系數(shù)學(xué)模型；D.根據(jù)模糊控制原理，進(jìn)行軸承潤(rùn)滑程度模糊估計(jì)和注油量模糊決策；E.根據(jù)注油量與步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)注油器注入相應(yīng)的潤(rùn)滑油量。
2.如權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行反饋控制的軸承自潤(rùn)滑方法，其特征是， 所述A.根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速估計(jì)軸承潤(rùn)滑程度的關(guān)系基于主軸轉(zhuǎn)速與軸承潤(rùn)滑程度，它們之間存在可以用數(shù)學(xué)模型表達(dá)的關(guān)系，其數(shù)學(xué)模型可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)主軸轉(zhuǎn)速與軸承潤(rùn)滑程度的數(shù)據(jù)建立，當(dāng)剛毛彈性變形不大時(shí)，靜摩擦力與轉(zhuǎn)速之間具有正比關(guān)系，即F(k) = α + β ν (k)(1)其中，α，β為系數(shù)，ν為轉(zhuǎn)速(rad/s)；而在轉(zhuǎn)速相對(duì)恒定的情況下，潤(rùn)滑度與靜摩擦力大小成反比，即潤(rùn)滑度低，靜摩擦力大；利用模糊曲線擬合方法建立這種模型，以建立轉(zhuǎn)速與潤(rùn)滑度的關(guān)系，即 T(k) = f(T(k-l), v(k-l))(2)其中，T為軸承油膜厚度ym，反映潤(rùn)滑度，f(.)表示輸入輸出的一種映射關(guān)系，表明油膜厚度變化是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，當(dāng)前時(shí)刻油膜厚度與前一時(shí)刻油膜厚度和速度變化有關(guān)； 所述B.實(shí)時(shí)軸承潤(rùn)滑程度的識(shí)別依據(jù)轉(zhuǎn)速運(yùn)行進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，如果在其他主要運(yùn)行條件不變的情況下，在給定輸入下，如果現(xiàn)測(cè)轉(zhuǎn)速與原來(lái)所測(cè)轉(zhuǎn)速有一定變化，則停機(jī)，測(cè)取此時(shí)油膜厚度，分別記錄轉(zhuǎn)速和油膜厚度測(cè)量數(shù)據(jù)；然后再重新運(yùn)行，如果轉(zhuǎn)速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，發(fā)現(xiàn)在給定輸入和其他運(yùn)行條件不變情況下， 現(xiàn)測(cè)轉(zhuǎn)速值異于原測(cè)值，則重復(fù)上述步驟，獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和油膜厚度測(cè)量數(shù)據(jù)；所述C.根據(jù)所獲得的轉(zhuǎn)速與油膜厚度測(cè)量數(shù)據(jù)，按模糊曲線擬合方法，建立模糊關(guān)系數(shù)學(xué)模型通過(guò)測(cè)量軸承轉(zhuǎn)速變化達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，測(cè)取相對(duì)應(yīng)油膜厚度，由于測(cè)量油膜厚度無(wú)法在線進(jìn)行，故而進(jìn)行離線測(cè)量，這時(shí)采集的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)模糊曲線擬合方法，建立油膜厚度與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系設(shè)轉(zhuǎn)速最大和最小值分別為Vmax和Vmin，則轉(zhuǎn)速的模糊變量轉(zhuǎn)換可以按7max min獲得，而油膜厚度也可設(shè)最大和最小厚度值分別為Tmax和Tmin，則油膜厚度的模糊變量轉(zhuǎn)換可以按巧得到，這種模糊擬合關(guān)系呈max minTf (k) = Int(aS(k-l) + (l-a)V(k-l))(3)在公式(3)描述的變化曲線中，其中0<a< 1是加權(quán)系數(shù)，Int(.)為取整運(yùn)算，從而獲得油膜厚度與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系；所述D.根據(jù)模糊控制原理，進(jìn)行潤(rùn)滑程度模糊估計(jì)和注油量模糊決策 根據(jù)公式C3)可以估計(jì)油膜厚度，即潤(rùn)滑程度Tf (k)，然后根據(jù)潤(rùn)滑操作經(jīng)驗(yàn)確定注油器的注油刻度，其對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度M(k)，其中，隸屬函數(shù)取三角函數(shù)，其控制規(guī)則為If Tf (k) = PB then M(k) =Z else If Tf (k) = PM then M(k) =S else If Tf (k) = PS then M(k) =M else If Tf (k) = Z then M(k) =B其中，PB、PM、PS、Z分別表示正大、正中、正小和零；BMSZ則分別表示大、中、小、零； 根據(jù)隸屬函數(shù)獲得相應(yīng)的控制規(guī)則表
3.如權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行反饋控制的軸承自潤(rùn)滑方法的裝置，其特征是，控制電路包括旋轉(zhuǎn)編碼器回路、主控制部分、反饋控制部分與數(shù)據(jù)傳輸部分；所述旋轉(zhuǎn)編碼器電路，旋轉(zhuǎn)編碼器選用Autonics公司的E30S-360-3-2 ；若旋轉(zhuǎn)編碼器與主軸通過(guò)齒數(shù)為1 1的兩齒輪連接在一起，則主軸旋轉(zhuǎn)一圈即可以用360個(gè)脈沖表示； 所述主控制電路，主控制MCU為MCS-51系列單片機(jī)AT89S52 ； 所述反饋控制電路，包括由控制注油器工作的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成，選擇高壓大電流，可控大功率器件達(dá)林頓晶體管陣驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003 ；另外，為了使反饋控制有一個(gè)直觀的效果的LED顯示部分；所述數(shù)據(jù)傳輸電路，鑒于首先對(duì)正常轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行采集，采用RS232串行通信接口，建立單片機(jī)與上位計(jì)算機(jī)間通信的數(shù)據(jù)傳輸電路。
全文摘要
本發(fā)明基于旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行反饋控制的軸承自潤(rùn)滑方法及其裝置，具體指一種基于旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行反饋控制以軸承為支承的自動(dòng)潤(rùn)滑的方法及裝置，涉及軸系結(jié)構(gòu)自動(dòng)潤(rùn)滑的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用閉環(huán)控制方法，根據(jù)軸承潤(rùn)滑程度引起主軸轉(zhuǎn)速變化情況，通過(guò)對(duì)以旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)主軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，據(jù)此對(duì)軸承潤(rùn)滑程度進(jìn)行識(shí)別，以此作為反饋信號(hào)，同時(shí)根據(jù)注油量與步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)自動(dòng)注油器及時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑油的加注。本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低廉，測(cè)量精度高；軟件設(shè)計(jì)獨(dú)立，基于51單片機(jī)的C程序擴(kuò)展性好，移植方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102410436SQ20111031052
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者徐蘇明, 董瑞麗, 譚永紅 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)