基于观测法的压电振动送料器无传感器调速控制器及方法，属于机电系统测控技术领域。其特征是将送料速度、物料重量、压电振子电荷振幅采样电压和压电振子驱动电压振幅之间的频域动态模型简化为谐振频带内的静态模型，提供了根据压电振子电荷振幅的变化来调整驱动电压的调速控制算法；提供的无传感器控制器包括整流滤波稳压电路、逆变电路、驱动电压滤波电路、采样电阻、压电振子电荷提取电路、处理器、显示面板和键盘，压电振子电荷提取电路包括线性光电耦合电路、低通滤波器、积分电路和峰值保持电路。本发明专利技术的效果和益处是压电振子兼作激振器和传感器，调速控制无需额外振幅传感器，应用于现有压电振动送料器时不需改动本体结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机电系统的测控
，涉及到压电振动送料器平稳输送零件的控制技术，特别是采用观测法从压电振子元件本身获取送料器振动速度、在无附加振动传感器的情况下实现闭环速度控制的方法。
技术介绍
振动送料器是现代自动化生产装配系统中不可或缺的设备。压电振动送料器的工作原理是逆压电效应，给压电振子施加谐振频率下的交流电压，压电振动臂产生振动从而带动送料器托盘振动，达到排列和输送物料的目的。压电式振动送料器最显著的优点是比传统电磁式振动送料器节省约70%的电能，另外，具有结构简单、构造轻便、占地小、送料速度容易调整、工作时电磁污染小等特点。压电振动送料器在谐振时送料速度快，所以压电振动送料器的驱动电压必须是谐波，一般是有效值200V左右、频率几十 几百Hz的正弦波。 国产压电振动送料器产品一般无闭环控制，存在随着物料减少振动幅度变大、送料不平稳的问题。虽然可以手动调节控制器给出的驱动电压，但是降低了自动化程度。高端压电振动送料器增加了对送料速度的闭环控制，包括有传感器控制和无传感器控制两种技术。有传感器控制技术是使用外部振幅检测传感器或者加速度传感器等获取压电振动臂的振动信息，反馈给控制器实现闭环控制。日本专利技术人屋木晋和高濑弘人在CN 1389384A中公开了基于外部传感器的压电振动送料器送料速度控制方法，该专利采用一个振幅传感器测量压电振动臂的振幅，处理器根据振幅反馈信号调整驱动电压。无传感器控制技术，或称为自感知执行技术，是利用正、逆压电效应，从送料器中压电振子本身提取振动信号，在不增加额外传感器的前提下仍能实现闭环控制。采用无传感器控制技术，不需在压电振动送料器内部安装其它振动传感器，可直接应用于服役中的压电振动送料器实现闭环调速控制，具有降低成本、节省空间、降低安装与维护难度的优点。专利ZL200410020496. 5公开了将压电振子电极分割出传感区的方法来实现振动信息检测，不适用于压电振子已封装完毕、结构与布线确定的压电振动送料器。专利ZL200710010410. 4公开了压电振子在交替的时间分区内分别作激振器和振动传感器的方法，适用于低频振动情况，不适用于谐振频率在几百Hz的压电振动送料器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种压电振动送料器无传感器调速控制方法和无传感器调速控制器，给出一种谐振状态下送料速度和物料重量的观测方法及调速控制方法，解决现有压电振动送料器送料速度随物料的增减而变化的问题。利用压电振动送料器电学端口的电压和电荷观测机械端口的力和振动，利用压电振子本身提取振动速度信息，不需要使用额外的振幅传感器实现闭环速度控制。本专利技术包括两方面一是压电振动送料器送料速度和物料重量的观测方法及调速控制方法；二是无传感器调速控制器的设计。本专利技术采用的压电振动送料器送料速度和物料重量的观测方法，其特征在于利用压电振子驱动电压和压电振子电荷观测送料速度和物料重量，根据压电元件正、逆压电效应，推导得出压电振子驱动电压和压电振子电荷与送料速度和物料重量的关系模型。压电振子10做长度伸缩振动，其应变S、应力T、电位移D与电场强度E之间应符合第一类压电方程S1 =^Φ + ΜΕ3(I)D3=CImT^st33E3(2)将式(I)和(2)中不直观的力学和电学量转换为直观的振动位移δ (t)、荷载力F(t)、电荷Q(t)和驱动电压Vin(t)。设压电振子10的长、宽、厚分别为l、w、h，简谐振动角频率为ο，式(I)和(2)分别转换为*I j·_1]S(i)^^rF(i) + ^VJf)(3)whh~~ J* ( / ) "I* ."""“"“一 p (I)(^ )‘ h h m压电振动送料器的送料速度u⑴正比于压电振子10的振动速度，而压电振子10的振动速度是振动位移的导数；压电振子10的驱动电压是正弦波，因此，由式(3)导出压电振动送料器送料速度的频域表达式为 Vf../ .d Ii>oc JmS = Jmljl-F +(5)whh式(5)表明送料速度u (t)与荷载力F(t)和驱动电压Vin(t)之间存在相位差，这使模型复杂化。考虑到工程上不关心送料速度的相位、压电振子谐振状态下的振动位移增大，只提取式(5)中各变量振幅之间的关系，将频域动态关系模型简化为谐振频带内的静态关系模型，得到i) = yF + rjVm(6)式中Y、η为比例系数，可用系统辨识方法确定；U为送料速度，F为荷载力平均值，Vin为压电振子驱动电压的振幅。要观测送料速度和物料重量两个量，还必须利用压电振子电荷，下面建立送料速度与压电电荷的关系。从式(3)和(4)中消去F(t)，得 f^pl y/:/ A IJ =—^￡只(7)■■■*IV jf* ||f、 I , aMw dMh h进而送料速度u (t)的频域表达式为权利要求1.一种基于观测法的压电振动送料器无传感器调速控制器，其特征是 该无传感器调速控制器包括整流滤波稳压电路(11)、逆变电路(12)、驱动电压滤波电路(13)、采样电阻(14)、压电振子电荷提取电路(15)、处理器(16)、显示面板(17)和键盘(18)，压电振子电荷提取电路(15)包括线性光电耦合电路(19)、低通滤波器(20)、积分电路(21)和峰值保持电路(22)，采样电阻(14)将压电振子电电流转换为电压，通过线性光电耦合电路(19)将压电振动送料器的高驱动电压端与低压的信号采集电路隔离，再传送到低通滤波器(20)滤除驱动电压频率以上的高频干扰，积分电路(21)将压电振子电流转化为电荷，峰值保持电路(22)捕获压电振子电荷振幅，压电振子电荷振幅的采样电压传送给处理器(16)。2.一种压电振动送料器无传感器调速控制方法，采用权利要求I所述的一种基于观测法的压电振动送料器无传感器调速控制器，其特征在于 采用压电振动送料器的压电振子(10)既作激振器又作振动传感器，送料速度U、物料重量F、压电振子电荷振幅采样电压Vrat和压电振子驱动电压振幅Vin之间的关系模型为全文摘要，属于机电系统测控
其特征是将送料速度、物料重量、压电振子电荷振幅采样电压和压电振子驱动电压振幅之间的频域动态模型简化为谐振频带内的静态模型，提供了根据压电振子电荷振幅的变化来调整驱动电压的调速控制算法；提供的无传感器控制器包括整流滤波稳压电路、逆变电路、驱动电压滤波电路、采样电阻、压电振子电荷提取电路、处理器、显示面板和键盘，压电振子电荷提取电路包括线性光电耦合电路、低通滤波器、积分电路和峰值保持电路。本专利技术的效果和益处是压电振子兼作激振器和传感器，调速控制无需额外振幅传感器，应用于现有压电振动送料器时不需改动本体结构。文档编号B65G27/16GK102887345SQ201210430370公开日2013年1月23日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日专利技术者董维杰, 马超凡, 王英俊, 白凤仙 申请人:大连理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于观测法的压电振动送料器无传感器调速控制器，其特征是：该无传感器调速控制器包括整流滤波稳压电路(11)、逆变电路(12)、驱动电压滤波电路(13)、采样电阻(14)、压电振子电荷提取电路(15)、处理器(16)、显示面板(17)和键盘(18)，压电振子电荷提取电路(15)包括线性光电耦合电路(19)、低通滤波器(20)、积分电路(21)和峰值保持电路（22），采样电阻(14)将压电振子电电流转换为电压，通过线性光电耦合电路(19)将压电振动送料器的高驱动电压端与低压的信号采集电路隔离，再传送到低通滤波器(20)滤除驱动电压频率以上的高频干扰，积分电路(21)将压电振子电流转化为电荷，峰值保持电路(22)捕获压电振子电荷振幅，压电振子电荷振幅的采样电压传送给处理器(16)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董维杰，马超凡，王英俊，白凤仙，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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