【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于转矩传递与测量，具体涉及一种基于bp神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置及其测量方法。
技术介绍
1、现有的磁力联轴器不具备检测转矩值这一功能，故在转矩传递与测量中需要安装联轴器和转矩传感器，增加了装置的复杂性和安装难度。由于磁力联轴器主动轴和从动轴之间非接触传递扭矩的特点，安装主动轴和从动轴时容易发生轴向偏位、径向偏位、角向偏位。
2、公布号为cn109540360a的中国专利技术专利公开了一种基于磁性联轴器的扭矩测量装置，本装置利用磁场的相互作用原理，实现了两个转轴之间扭矩的传递，同时利用磁场中磁力线的扭曲程度，通过两个转子磁极之间的角位置差来衡量扭矩的大小，该方案简化了系统的结构，消除了系统的摩擦损耗；同时还避免了现有扭矩传感器由于机械式的连接结构经过多次检测后造成应变片发生位移变形，进而导致扭矩测量不准确的问题，从而提高了系统的可靠性和扭矩监测的方便性，但是，该结构衡量扭矩的方法没有考虑温度对磁钢的影响，测量的扭矩值和实际的扭矩值之间存在误差。
3、由于现有工艺无法做到对磁钢充磁的完全精确，不同磁体的磁感应强度大小和标准值有一定的误差，在使用过程中，如果联轴器受到扭矩超过量程的最大值就会导致主动轴和从动轴相对转动，内外磁钢发生相对偏移。
技术实现思路
1、为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种基于bp神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，该装置通过结合温度传感器、角度编码器数据建立基于bp神经网络的输出力矩非线性解耦模型可通过模型预测联轴器
2、所述的一种基于bp神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，包括主动轴、磁性联轴器和从动轴，磁性联轴器包括套接的外轭铁和内轭铁，所述主动轴一端与外轭铁连接，所述从动轴一端与内轭铁连接，所述内轭铁上设置内磁钢，外轭铁上对应内磁钢设有外磁钢，
3、所述主动轴上设置第一光电编码器用以采集主动轴的角度值；
4、所述外轭铁上设置控制板、温度传感器和线性霍尔传感器，所述温度传感器和线性霍尔传感器与所述控制板电连接，所述温度传感器用以采集磁性联轴器的温度，所述线性霍尔传感器用以采集磁性联轴器的磁感应强度；
5、所述从动轴上设置第二光电编码器用以采集从动轴的角度值；
6、所述内轭铁上设置标定磁钢，所述标定磁钢和所述线性霍尔传感器对应设置，所述主动轴和从动轴相对转动过程中，通过所述标定磁钢和线性霍尔传感器的位置变化调整主动轴和从动轴的位置。
7、预先记录所述标定磁钢与线性霍尔传感器正对时的磁场强度a和主动轴、被动轴上磁钢发生最大位移时的磁场强度b，将[b,a]作为合理范围，当线性霍尔传感器监测到的磁场强度值小于合理范围时，所述控制板通过其自带wifi发出信号，警示调整主动轴和从动轴的位置。
8、进一步地，所述主动轴外套设第一轴套，所述从动轴外套设第二轴套，所述第一轴套与第二轴套通过连接轴套连接，且所述磁性联轴器置于连接轴套内。
9、进一步地，所述主动轴与第一轴套之间设置两组第一滚珠轴承，用以限制主动轴的轴向位移和角向位移；所述从动轴与第二轴套之间设置两组第二滚珠轴承，用以限制从动轴的轴向位移和角向位移。
10、进一步地，所述外轭铁和内轭铁之间设置隔离套，该隔离套与第二轴套配合连接，隔离所述外轭铁和内轭铁。
11、进一步地，所述控制板包括控制器和电源，所述控制器采用树莓派zerow，其自带wifi模块能够和外界进行无线通讯。
12、一种如上述基于bp神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置的测量方法，包括以下步骤：
13、s1.选取输入数据和输出数据：选取主动轴和从动轴的角度差x1、磁力联轴器内的温度值x2为输入数据；选取扭矩值y为输出数据，扭矩值y通过主动轴上安装的扭矩传感器获取；
14、s2.根据输入数据和输出数据确定节点数：根据步骤s1中输入数据(x1,x2)和输出数据y，确认bp神经网络的输入层节点数m和输出层节点数n分别为2和1，得到隐藏层节点数k为3；
15、s3.初始化输入层节点i到隐藏层节点j的权值wij、隐藏层节点j到输出层节点的权值uj、隐藏层节点j的阈值βj，输出层节点的阈值λ，权值wij、权值uj、阈值βj以及阈值λ均初始化为(-1,1)之间的随机数；
16、s4.确定激活函数和损失函数；
17、s5.建立训练集和数据集；
18、s6.将数据集带入神经网络模型进行训练，直到误差值小于误差系数；
19、s7.输出误差最小的经过非线形转换的扭矩值。
20、进一步地，所述步骤s4中bp神经网络在激活函数的基础上完成前向传播，确定激活函数f(x)和g(x)为sigmoid函数sig(x)＝(1+e-x)-1；当经过输出神经元得到输出值并根据损失函数通过梯度下降法更新λ、wij、uj、βj的值。
21、进一步地，所述步骤s5中在测量装置的主动轴上安装扭矩传感器和减速电机，在从动轴上安装减速电机，控制磁力联轴器内的环境温度从0℃到50℃每隔1℃记录一组数据，每组数据控制主动轴减速电机转动和从动轴减速电机抱死；第一光电编码器和第二光电编码器记录的角度差数据从0°到30°每隔1°记录一次数据(x1,x2,y)，角度差、温度、扭矩，将上述数据集的80％作为神经网络的训练集，20％作为测试集。
22、与现有技术相比，本专利技术有以下优点：本专利技术相比于通过查表得出的扭矩值，能够显著提高输出扭矩的准确性，同时无需额外安装力矩传感器，简化了整体结构；本专利技术的从动轴上安装标定磁钢，主动轴上安装线性霍尔传感器，当线性霍尔传感器监测到的磁场小于给定值时转动报警，直到手动调节主动轴到给定位置停止报警；即通过定标定磁钢和线性霍尔传感器的配合能够确保磁力联轴器的内磁钢和外磁钢对齐。另外，在主动轴和从动轴上额外安装了滚珠轴承，保证了主动轴和从动轴之间不发生轴向偏位和角向偏位。
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1.一种基于BP神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，包括主动轴(1)、磁性联轴器(2)和从动轴(3)，磁性联轴器(2)包括套接的外轭铁(4)和内轭铁(5)，所述主动轴(1)一端与外轭铁(4)连接，所述从动轴(3)一端与内轭铁(5)连接，所述内轭铁(5)上设置内磁钢(7)，外轭铁(4)上对应内磁钢(7)设有外磁钢(6)，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种基于BP神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，其特征在于，所述主动轴(1)外套设第一轴套(15)，所述从动轴(3)外套设第二轴套(16)，所述第一轴套(15)与第二轴套(16)通过连接轴套(17)连接，且所述磁性联轴器(2)置于连接轴套(17)内。
3.根据权利要求2所述的一种基于BP神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，其特征在于，所述主动轴(1)与第一轴套(15)之间设置两组第一滚珠轴承(18)，用以限制主动轴(1)的轴向位移和角向位移；所述从动轴(3)与第二轴套(16)之间设置两组第二滚珠轴承(19)，用以限制从动轴(3)的轴向位移和角向位移。
4.根据权利要求3所述的一种基于BP神经网络的磁
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于BP神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，其特征在于，所述控制板(9)包括控制器和电源，所述控制器采用树莓派zerow，其自带wifi模块能够和外界进行无线通讯。
6.一种如权利要求5所述的基于BP神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于BP神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S4中BP神经网络在激活函数的基础上完成前向传播，确定激活函数f(x)和g(x)为sigmoid函数Sig(x)＝(1+e-x)-1；当经过输出神经元得到输出值并根据损失函数通过梯度下降法更新λ、wij、uj、βj的值。
8.根据权利要求6所述的一种基于BP神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S5中在测量装置的主动轴(1)上安装扭矩传感器和减速电机，在从动轴(3)上安装减速电机，控制磁力联轴器(2)内的环境温度从0℃到50℃每隔1℃记录一组数据，每组数据控制主动轴(1)减速电机转动和从动轴(3)减速电机抱死；第一光电编码器(8)和第二光电编码器(13)记录的角度差数据从0°到30°每隔1°记录一次数据(x1,x2,y)，角度差、温度、扭矩，将上述数据集的80％作为神经网络的训练集，20％作为测试集。
...【技术特征摘要】
1.一种基于bp神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，包括主动轴(1)、磁性联轴器(2)和从动轴(3)，磁性联轴器(2)包括套接的外轭铁(4)和内轭铁(5)，所述主动轴(1)一端与外轭铁(4)连接，所述从动轴(3)一端与内轭铁(5)连接，所述内轭铁(5)上设置内磁钢(7)，外轭铁(4)上对应内磁钢(7)设有外磁钢(6)，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种基于bp神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，其特征在于，所述主动轴(1)外套设第一轴套(15)，所述从动轴(3)外套设第二轴套(16)，所述第一轴套(15)与第二轴套(16)通过连接轴套(17)连接，且所述磁性联轴器(2)置于连接轴套(17)内。
3.根据权利要求2所述的一种基于bp神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，其特征在于，所述主动轴(1)与第一轴套(15)之间设置两组第一滚珠轴承(18)，用以限制主动轴(1)的轴向位移和角向位移；所述从动轴(3)与第二轴套(16)之间设置两组第二滚珠轴承(19)，用以限制从动轴(3)的轴向位移和角向位移。
4.根据权利要求3所述的一种基于bp神经网络的磁力联轴器扭矩测量装置，其特征在于，所述外轭铁(4)和内轭铁(5)之间设置隔离套(12)，该隔离套(12)与第二轴套(16)配合连接，隔离所述外轭铁(4)和内轭铁(5)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：单晓杭，周智宇，沈季胜，叶必卿，张利，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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