本發(fā)明涉及粒度測試儀器，尤其涉及一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的技術(shù)方案目前使用的電磁振動進料器多采用開環(huán)控制，供電電壓是ac220v,無法適應(yīng)整機儀器供電dc24v的需要，僅僅依賴加速度傳感器反饋信號來調(diào)節(jié)振動頻率或幅度。這種ac220v電磁振動器方案適合主要用于產(chǎn)生振動，以便在多種應(yīng)用中實現(xiàn)物料的輸送、分離或攪拌，在大型工件分散和拾取中使用，在粒度測試等要求高精度的應(yīng)用中，表現(xiàn)出明顯的局限性，例如：(1)電壓范圍不足，電壓采用ac220v供電，適合大型設(shè)備使用，無法滿足精密儀器安全電壓dc24v的需要。(2)電磁干擾(emi)大，ac220v供電的電磁振動進料器其產(chǎn)生的電磁干擾太大，對周圍電子設(shè)備產(chǎn)生嚴重的電磁干擾，以致導(dǎo)致引起內(nèi)部主控芯片時不時產(chǎn)生復(fù)位，嚴重影響了生產(chǎn)效率。(3)控制精度不足，大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)，只是開環(huán)控制，并沒有形成閉環(huán)控制，有的帶閉環(huán)只能反饋振動系統(tǒng)的物料的振動速度，形成單一的速度閉環(huán)控制；振動幅值強度只能手動電位器調(diào)節(jié)，而無法根據(jù)實際物料運動速度形成閉環(huán)自動控制。這導(dǎo)致在測試不同物料時，物料之間的特性有差異，在測試過程的無法自動閉環(huán)調(diào)整精準匹配實際需求，影響測試結(jié)果的準確性。(4)一致性差，現(xiàn)場ac220v電壓不穩(wěn)，機械結(jié)構(gòu)安裝應(yīng)力不同，減振柱和彈簧片彈力不一致，銜鐵和電磁鐵之間縫隙大小，電磁鐵功率誤差過大等可能會導(dǎo)致它們對同一振動信號的響應(yīng)不一致。(5)穩(wěn)定性差，當(dāng)物料流動發(fā)生變化時，系統(tǒng)難以及時響應(yīng)，振動器的調(diào)整滯后，特別是在處理細小顆粒時，供料速度容易產(chǎn)生波動，難以保持穩(wěn)定。(6)動態(tài)性能差，現(xiàn)有的單閉環(huán)系統(tǒng)在頻率和負載大幅變化時，容易出現(xiàn)振蕩，進而影響物料供給的連續(xù)性，嚴重時可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或供料中斷。僅有靠反饋振動的物料速度值進行單一閉環(huán)控制，無法形成多閉環(huán)控制。

2、目前現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)比較簡單，適合于對性能要求不高的場景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，包括dc24v電磁振動進料器、相機和控制板；

4、所述dc24v電磁振動進料器包括底座、減振柱、振動底板、電磁鐵座、dc24電磁鐵、振板、布料槽、傳感器和銜鐵；

5、所述減振柱設(shè)置在底座的四角，振動底板通過螺釘固定在減振柱上；

6、所述電磁鐵座、dc24電磁鐵和銜鐵均通過螺絲固定在振動底板上；

7、所述振動底板前后兩端均設(shè)置傾斜對稱的彈簧片；

8、所述振動底板頂端設(shè)置振板和傳感器，且傳感器設(shè)置在兩振板之間；

9、所述布料槽通過螺釘固定在兩振板上；

10、采用工業(yè)相機會拍攝顆粒流動的連續(xù)圖像，圖像處理算法會在每一幀圖像中檢測并標記顆粒的位置；

11、由控制板根據(jù)采集的電壓、電流、振幅、位移，速度進行pid算法控制；

12、通過直流dc24v電磁鐵的振動，使其功率、振幅、速度的多層反饋控制策略，來實現(xiàn)料流顆粒下落速度的穩(wěn)定性，采用振動來使料流顆粒分散攤鋪均勻，來滿足工業(yè)相機拍攝顆粒圖像的要求。

13、所述的一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述料流顆粒能夠通過邊緣檢測、閾值分割、或使用深度學(xué)習(xí)進行目標檢測。

14、所述的一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述工業(yè)相機通過機器視覺算法后獲取了料流顆粒在不同圖像幀中的位移信息后，可以通過下列公司計算料流顆粒的速度；

15、料流速度：v＝△x/△t

16、其中，v是料流顆粒速度，△x料流顆粒在相鄰幀中的位移，△t為相機拍攝兩幀圖像之間的時間間隔。

17、所述的一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述pid算法由控制板實現(xiàn)，pid控制器能夠調(diào)節(jié)電磁振動的振幅、頻率、速度以及加速度，使系統(tǒng)在特定的條件下保持穩(wěn)定振動；

18、所述控制板采用安全低電壓dc24v供電，有多個接口和外部設(shè)備連接；

19、所述控制板采集dc24v電磁鐵中的電流及工作電壓完成功率閉環(huán)反饋實現(xiàn)最外環(huán)控制；通過傳感器根據(jù)需要采集料流顆粒振動速度、加速度、位移角度和頻率，形成次內(nèi)環(huán)a的閉環(huán)控制；由工業(yè)相機完成對料流速度的計算，并實時反饋給控制板，形成內(nèi)環(huán)b的閉環(huán)控制；

20、其中最外環(huán)為第一環(huán)，內(nèi)環(huán)a為第二環(huán)，內(nèi)環(huán)b為第三環(huán)；

21、通過最外環(huán)、內(nèi)環(huán)a、內(nèi)環(huán)b形成三閉環(huán)的精確控制，系統(tǒng)能夠?qū)崟r調(diào)整和優(yōu)化電磁線圈的工作狀態(tài)，使振動頻率和幅度穩(wěn)定在最佳范圍。

22、所述的一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述dc24v電磁鐵選用合金磁材料，優(yōu)化線圈的匝數(shù)以增加磁通，采用半橋推挽驅(qū)動該電磁鐵，能夠最大在1khz頻率下工作。

23、所述的一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述傳感器采用多功能參數(shù)傳感器，根據(jù)需要能夠采集料流顆粒振動速度、加速度、位移角度和頻率，結(jié)合先進的高速電路設(shè)計，實現(xiàn)對物料供給過程的高精度、穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)性能的優(yōu)化控制。

24、所述的一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，所述傳感器能夠替換為六軸姿態(tài)傳感器或九軸運動傳感器設(shè)備。

25、所述的一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，在pid控制的基礎(chǔ)上，還能夠引入自適應(yīng)以及圖像視覺控制算法。

26、所述的一種基于pid控制電磁振動進料器的三閉環(huán)系統(tǒng)，其優(yōu)選方案為，除功率反饋外，還能夠采用反饋機制，如電流反饋來調(diào)節(jié)電磁振動系統(tǒng)的振動參數(shù)。

27、有益效果

28、本發(fā)明通過三閉環(huán)pid控制系統(tǒng)，顯著提升了電磁振動進料器的性能，具體優(yōu)勢如下，(1)高精度供料：采用dc24v供電的電磁鐵，并且采集電磁鐵的工作電壓和電流，可計算出功率，控制板通過pid算法可以通過控制電流的大小來精確控制電磁鐵的吸力，從而實現(xiàn)精細的控制三閉環(huán)控制使系統(tǒng)能精確調(diào)節(jié)料流顆粒的流速、振動幅值、功率等參數(shù)，適應(yīng)不同料流顆粒特性的變化。(2)安全可靠：dc24v直流電壓屬于低電壓范圍，相對于更高的電壓系統(tǒng)，它對人體的安全風(fēng)險更低。dc24v直流電源和相關(guān)控制元件通常成本較低，相對于高電壓系統(tǒng)，dc24v直流系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾較小，有助于提高系統(tǒng)的抗干擾能力。低電壓系統(tǒng)的熱量產(chǎn)生較少，有助于減少組件的磨損，延長電磁鐵的使用壽命。(3)快速響應(yīng)：dc24v屬于較低的電壓水平，這意味著供電系統(tǒng)的內(nèi)阻較小，電流變化可以更快地傳遞到電磁鐵，集成傳感器反饋系統(tǒng)(如位移量)可以監(jiān)測電磁鐵的狀態(tài)，并在需要時快速調(diào)整電流，以實現(xiàn)精確和快速的控制從而實現(xiàn)快速響應(yīng)實時反饋確保系統(tǒng)能夠快速調(diào)整振動參數(shù)，避免因負載變化導(dǎo)致供料波動。(4)降低振蕩風(fēng)險：反饋控制有助于減少系統(tǒng)誤差和外部干擾的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性三閉環(huán)反饋機制有效抑制了高頻振動或大負載變化時的振蕩現(xiàn)象，系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和條件，如溫度變化、電源波動等提升了設(shè)備的穩(wěn)定性。

29、本發(fā)明解決了ac220v供電系統(tǒng)導(dǎo)致的電磁干擾強烈、控制精度不足、一致性差、穩(wěn)定性差、以及動態(tài)性能差等問題，該系統(tǒng)不僅有效降低了電磁干擾，還顯著提高了進料器的響應(yīng)速度和控制精度，確保在復(fù)雜工況下能夠保持高度一致性與穩(wěn)定性，滿足工業(yè)自動化生產(chǎn)中對高精度物料供給的需求。