[發明專利]振動機械高振強性能的MCU超前控制裝置及其控制方法

無效

• 申請號: 201310271997.X
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN103296965A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 楊小蘭;任寶軍;劉極峰;劉揚正;李光榮;周浩;楊曉峰;李加偉;楊敏
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02P27/04
• 分類號: H02P27/04
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 奚勝元

技術領域??????????????????????????

本發明振動機械高振強性能的MCU超前控制裝置及其控制方法涉及的是一種高振強性能的單片機即嵌入式微控制器（Micro?controller?Unit）控制裝置，特別是一種振動機械高振強性能的MCU超前控制裝置，屬于振動利用工程技術領域。

背景技術

在很多情況下，振動機械需要系統在工作過程中產生的振動，具有高振動強度（簡稱高振強）的特點，具有寬的功率譜曲線的振動性能，來完成一些特殊的作業內容，如振動篩機的透篩率過低、卡篩、板結；振動振動磨機粉體的不細化、易團聚、反粉碎；各種料倉、料斗、溜槽的倉壁振動工作中物料粘結、起拱、滯留的非正常運動；振動混料機中某些多種物料混合的混合均勻度不高、混合效率過低,?變質量振動輸送機中的瞬態輸送物料集聚的分散、排解等問題，一般振強的振動機械對于這些問題的解決是無能為力的。

然而振動機械的高振強可以在系統中形成一種足夠的強振動應力場，這種高振強及其形成的強振動力場，能打亂物料系統有序的固有振頻分布，提高物料的沖擊、碰撞、剪切、擠壓能力，有利于解決上述振動機械某些特殊的作業要求，但系統產生具有一定持續時間的高振強或瞬態超高振強運動狀態，若不能進行及時、有效控制，將可能引發如下問題：

（1）高振強使機體的機械應力增加，振動機械局部機體結構強度薄弱處易扭曲、易損壞，如主振彈簧崩裂、激振器軸承過早失效、振動體及振動電機發熱甚至燒毀，主要零部件維修頻次顯著增加而機體質量增加會導致系統能耗、成本迅速增加；

（2）對基礎的振動力明顯提高、系統噪聲大幅攀升，使操作者的作業環境受到嚴重影響甚至無法忍受；

（3）當系統達到或進入高次共振模態區時，將會出現部件瞬間破壞或整機癱瘓、報廢，后果不堪設想。

普通的控制系統對解決上述問題是無能為力的。國內外研究將變頻技術用于振動機械的報道很多，趙為光利用AT89C52單片機構造了測試球振動磨機實時負荷的測試系統，萬文等人基于MCS-51設計了電磁振動給料機的控制系統，實現了自動給料閉環控制等等，但涉及振動機械高振強性能的智能變頻魯棒控制裝置未見報道。

發明內容

本發明目的是針對上述不足，提供一種振動機械高振強性能的MCU智能變頻超前控制裝置及其控制方法。以高振強振動磨機為例，針對磨機具有確定激勵不確定響應的現象以及在高振強下磨機的降噪與安全性問題，提出基于AVR的MCU智能變頻超前控制系統，是因為AVR的高可靠性、高速度、低功耗和高性價比；該系統以MCU為主控核心，配以輸入/輸出擴展模塊的控制器，結合運用VB程序設計上位機數據采集控制終端，控制變頻器實現高振強振動磨變頻調速及超前控制；在程序設計中設置了振強及振幅反饋環節，實現對振動磨超高振強提前減幅，振幅超限急停功能。

控制振動磨機轉速的通用方式是采用變頻器控制，控制變頻器的信號是模擬信號，然而AVR單片機輸出的卻為數字信號，因此在控制器外圍擴展了數字/模擬轉換模塊。以下為開環控制振動磨機轉速的硬件原理：利用AVR單片機及其外圍數模轉換擴展模塊及變頻器的配合使用，將數字量轉換為模擬量，再將模擬量通過模數轉換模塊輸出口與變頻器0-5V電壓頻率設定端口連接，對變頻器進行變頻控制，實現頻率曲線的變正弦波周期輸出設置，有進而控制振動磨機的不同轉速；由傳感器測得振動磨機主振系統的振頻與振幅信號，經電荷放大器擴大后反饋給單片機，單片機再根據所編程序判斷是否進行相關操作，由此達到超前控制的目的。

本發明振動機械高振強性能的MCU智能變頻超前控制裝置及其控制方法是采取以下技術方案實現：

振動機械高振強性能的MCU智能變頻超前控制裝置由上位機、變頻器、AVR單片機、積分電荷放大器、傳感器、振動機械等構成的閉環控制系統，上位機主要用于和單片機之間的信息交互，實現程序的下載和上存，同時結合運用VB程序對單片機運行實時監控；同時利用單片機及其外圍數模轉換擴展模塊及變頻器的配合使用，將數字量轉換為模擬量，再將模擬量通過模數轉換模塊輸出口與變頻器電壓頻率設定端口連接，對變頻器進行變頻控制，實現頻率曲線的變正弦波周期輸出設置，進而控制振動機械的不同轉速。