[發明專利]基于觀測法的壓電振動送料器無傳感器調速控制器及方法

有效

• 申請號: 201210430370.X
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN102887345A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 董維杰;馬超凡;王英俊;白鳳仙
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B65G43/00
• 分類號: B65G43/00;B65G27/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于機電系統的測控技術領域，涉及到壓電振動送料器平穩輸送零件的控制技術，特別是采用觀測法從壓電振子元件本身獲取送料器振動速度、在無附加振動傳感器的情況下實現閉環速度控制的方法。

背景技術

振動送料器是現代自動化生產裝配系統中不可或缺的設備。壓電振動送料器的工作原理是逆壓電效應，給壓電振子施加諧振頻率下的交流電壓，壓電振動臂產生振動從而帶動送料器托盤振動，達到排列和輸送物料的目的。壓電式振動送料器最顯著的優點是比傳統電磁式振動送料器節省約70%的電能，另外，具有結構簡單、構造輕便、占地小、送料速度容易調整、工作時電磁污染小等特點。壓電振動送料器在諧振時送料速度快，所以壓電振動送料器的驅動電壓必須是諧波，一般是有效值200V左右、頻率幾十～幾百Hz的正弦波。

國產壓電振動送料器產品一般無閉環控制，存在隨著物料減少振動幅度變大、送料不平穩的問題。雖然可以手動調節控制器給出的驅動電壓，但是降低了自動化程度。高端壓電振動送料器增加了對送料速度的閉環控制，包括有傳感器控制和無傳感器控制兩種技術。有傳感器控制技術是使用外部振幅檢測傳感器或者加速度傳感器等獲取壓電振動臂的振動信息，反饋給控制器實現閉環控制。日本發明人屋木晉和高瀨弘人在CN?1389384A中公開了基于外部傳感器的壓電振動送料器送料速度控制方法，該專利采用一個振幅傳感器測量壓電振動臂的振幅，處理器根據振幅反饋信號調整驅動電壓。無傳感器控制技術，或稱為自感知執行技術，是利用正、逆壓電效應，從送料器中壓電振子本身提取振動信號，在不增加額外傳感器的前提下仍能實現閉環控制。采用無傳感器控制技術，不需在壓電振動送料器內部安裝其它振動傳感器，可直接應用于服役中的壓電振動送料器實現閉環調速控制，具有降低成本、節省空間、降低安裝與維護難度的優點。

專利ZL200410020496.5公開了將壓電振子電極分割出傳感區的方法來實現振動信息檢測，不適用于壓電振子已封裝完畢、結構與布線確定的壓電振動送料器。專利ZL200710010410.4公開了壓電振子在交替的時間分區內分別作激振器和振動傳感器的方法，適用于低頻振動情況，不適用于諧振頻率在幾百Hz的壓電振動送料器。

發明內容

本發明的目的是提供一種壓電振動送料器無傳感器調速控制方法和無傳感器調速控制器，給出一種諧振狀態下送料速度和物料重量的觀測方法及調速控制方法，解決現有壓電振動送料器送料速度隨物料的增減而變化的問題。利用壓電振動送料器電學端口的電壓和電荷觀測機械端口的力和振動，利用壓電振子本身提取振動速度信息，不需要使用額外的振幅傳感器實現閉環速度控制。

本發明包括兩方面：一是壓電振動送料器送料速度和物料重量的觀測方法及調速控制方法；二是無傳感器調速控制器的設計。

本發明采用的壓電振動送料器送料速度和物料重量的觀測方法，其特征在于利用壓電振子驅動電壓和壓電振子電荷觀測送料速度和物料重量，根據壓電元件正、逆壓電效應，推導得出壓電振子驅動電壓和壓電振子電荷與送料速度和物料重量的關系模型。壓電振子10做長度伸縮振動，其應變S、應力T、電位移D與電場強度E之間應符合第一類壓電方程：

S1=s11ET1+d31E3---(1)]]>