外文翻译--反馈控制电磁振动给料器 中文版

硬币 自动分选清点机械设计 1 附录 外文翻译（中文） 反馈控制电磁振动给料器 （应用双自由度比例加积分加微分控制器的非线性元） ， *， *， *， * 电磁式振动给料机是一种用于自动称重机的传输设备。现有的送料器是由前馈控制，所谓的“发射角控制” ，无法使突然出现的干扰无效。在这项研究中，我们考虑采用一种反馈控制这种馈线系统。首先，我们给出对于振 动部分和电磁力部分模型的两个细节。其次，反馈控制系统是为电磁振动给料器构建的，我们提出一个运用非线性元件两自由度比例加积分加微分（ 制器。下一步，我们还采用反馈控制的馈线与标准槽。最后，我们考虑一种方法兼容多种槽调整的非线性因素。在一些实验结果的基础上，我们证实了双自由度 关键词 ：振动控制，喂料机，非线性控制，电磁作动器，双自由度 制，建模 1、绪论 对于各种食品制造业的包装过程，自动秤是一个非常重要的设备。自动秤发展于 1973年，后来得到改进，从 而成为高度精确和有效的。电磁振动给料器在这篇文章中被认为是一个重要的用于系统地传输材料给称重单位的传输设备。然而，在发射角控制（前馈控制）被用于给料器至今，仍未得到进一步的完善。在这项研究中，我们提出一个运用非线性元件的两自由度的 制器的反馈控制系统构建于电磁振动给料器下。首先，我们给予振动部分和电磁力部分模型的细节。下一步，我们还采用对于给料器标准槽的反馈控制。然后，我们考虑一个方法兼容各种槽调整的非线性因素的两自由度 制器。在一些实验结果的基础上，我们证实了双自由度 制比传统的角发射控 制更加有效。 2、电磁振动给料器 硬币 自动分选清点机械设计 2 图 语“料槽”是指用于运输的钢板形状的管道。料槽可以很容易地改变，以配合运输对象。料槽是靠平行板弹簧和位于料槽底下的电磁线圈支持的。板弹簧和线圈是固定在基座上的。该基座是由三根螺旋弹簧支承着的。所有部件，除了料槽，被称为“直属零件”和所有设定的部分，包括料槽，被称为“送料器”。 料槽连接到基座的钢板弹簧，因此，这一系统基本上相当于一个质量弹簧系统的共振频率。如果在共振频率下被驱动，送料器将做共振运动。共振现象是高效 率的，因为少量的电源作为输入可以造成大位移量的出现。 图 1 电磁振动送料器 图 2 输送过程 图 2 所示为运输物料的过程。阴影箭头表示料槽振动时物料的移动方向。图 2（ i）表明送料器处于平衡位置。最初，当电流流向电磁铁线圈（以下简称“线圈” ），由电磁力的作用料槽向左移动到更低的位置（见灰色箭头），就如图 2（ 示的那样。在此期间，料槽内输送的物料向重力方向移动（见白箭）。 当关闭电源开关，板弹簧和料槽将推进运输对象向右上方移动（见灰色箭 头），如图 2（ 示。在这种方式下，被输送的物料缓慢前行。送料器将在共振频率的驱动下重复图 2（ （ 的步骤。 动机械因素的模型 图 3 所示为送料器振动因素的模型。这一模型中术语的坐标轴，使用的变量和参数被列表 1 中。模型的一个关键要素是料槽的移动方向是被固定了的。然后，下面的线性动态模型，四阶可得出的详细模型的振动。 硬币 自动分选清点机械设计 3 M ， 号 *显示对称元素）如下所示： 因此，本模型（ 1）是有用的设计振动因素。模型（ 1）对应的特征频率符合实验模态 分析的结果。 图 3 振动因素模型 图 4 电磁线圈模型 送料器的主振弹簧是由一些板弹簧组成的。该模型没有考虑非线性特性的弹簧元 （ 1）（ 2） ，这改变了共振频率按照振幅变化的共振。 表 1 模型中用到的参数 表 2 料槽的特性 硬币 自动分选清点机械设计 4 磁驱动要素 我们采用的电磁悬浮 （ 3） 模型技术就如图 4 中模型显示的那样。在图 4中 e，i 和 R 分别表示线圈的电压，线圈电流和线圈电阻。线圈和料槽之间 的电感 )(z ）（ 。其结果是，电磁力 )(21 2（ 2） 线圈和电流之间的关系可以表达为 )( （ 3） Q、 Z 和 L 为线圈决定的常数 。使用公式（ 1）、（ 2）、（ 3）可以在计算机上构建一个仿真的送料器。此外，状态空间模型可以由公式（ 1）、（ 2）、（ 3）得出一个线性均衡器。 馈系统的结构 图 5 显示的是一个反馈系统的结构。反馈系统的操作变量（以下简称“振幅能量”为 一个存在发射角控制的变量（以下简称“ 它的详情稍后给出）。测量变量，控制变量，命令变量假定振幅为料槽与线圈表面的距离（以下简称“间隙振幅”为z。由 励系统和振动因 素组成的部分被称为控制系统。图 5 显示的结构来实现取消和干扰，以改善其跟踪特性的命令变量的两自由度 制器。这种结构成为一个现有 统的内置结构，它描述了两自由度 5）（ 6） 。因此，如果操纵变量图 5所示，当由于反馈控制器而使系统变得不稳定时将会关闭，这结构将符合当前的常规系统。因此，这种结构已成为故障安全系统。 图 5 反馈系统结构 图 6 实验系统 料器和料槽在实验中的使用 图 6显示了设立的实验系统。这个实验送料器可运输约 10公斤的最高质量，但是送料器通常由约 斤的质量驱动。这个送料器的共振频率 0币 自动分选清点机械设计 5 当送料器运输最大质量是，共振频率的变化约 4%。然而，因为运输 克或更多是罕见的，我们忽视了由共振的运输物料质量变化引起的共振频率的变化。关于料槽形状和类型，根据运输物料的不同有 100 多个品种的料槽。对于我们的实验，运用到了五种特别类型的料槽。这些料槽的参数列在表 2中，并在图 7中给出了料槽的形状。在下面，料槽 准料槽”。由 于料槽 们改变组合钢板弹簧等要素的共振频率的支线为 40赫兹。 图 7 料槽的形状 图 8 在 料器驱动部分 在现有送料器系统中， 8显示的是 线图 8分别指出了交流源，线圈电压和线圈电流。 跨越时间）的重复控制方法。从 后，经处理进入线圈的电流开始进行。 （常量）和 纵量）中获得的，并表达如下： ),( （ 4） 这里 T 是交流电流入的时间。当 迟时间 将变短。 i）由延迟时间 L 和线圈电流作用后，交流源的电压将直接激起线圈的电压。（ 高峰期过后，该线圈电流开始下降。（ 线圈电流变为 0流电源将关闭。在共振期间，像（ i） （ 类非线性处理的方案将被多次重复执行。在 圈电流靠 增加并且变大以致于振幅变大。 振期符合更新期间的操纵变量。因此，在控制实验中的取样时间 T 变为 。取决于到 127（ 7位）。 隙振幅测量部分 硬币 自动分选清点机械设计 6 因为加速度传感器对环境变化的低敏感度和易于维护，所以用来测量测量变量速度传感器和金属配件被安装在实验送料器的 料槽固定部分。如果要取得一个标准的价值差距测量，将光学位移传感器安装在实验送料器中。然而，位移信号的光学传感器不是用于反馈控制对加速度传感器信号测量精度的研究中的。 加速度到间隙振幅的变化 由于送料器驱动是由发射角控制的，加速度传感器的输出信号 a（ t）的加速度传感器，可以假定为是一个正弦波的振幅和共振频率 )/(2 。 从这个假设，间隙 z（ t）是由整合加速的 a（ t）的两倍获得的。因此，间隙 可由料槽位移和送料器的几何关系表达如下： )(s 2 （ 5） 换言之，差距环 z（ t）是不通过整合输出信号 a（ t）的两倍得到的，但乘以输出信号为常数，因为它可以假设为一个输出信号正弦波。从间隙 z（ t）中获得5）计算的间隙 z（ t）的最大和最小值计算得出的，有可能会直接受到噪声 造成的影响。首先，在图 9 中阴影部分的a（ t）算出。其次，果输出信号为一个正弦波，则， p 2因此，可以由通过加速度 a（ t）算出 的 图 9 振幅的测量曲线 图 10 (i) 为了使正弦波将集中在 0V，一个补偿（ 删除。（ 个绝对值波是通过步骤（ i）中的绝对值正弦波产生的。（ 形规则的一体化算法应用于步骤（ 的绝对波和最后的动分选清点机械设计 7 计算。间隔时间为 秒一体化和采样时间的加速度传感器也是 秒。共振周期 1/5毫秒，区域们考虑获得由S转换为光学位移传感器输出值的表达式。图 10所示为光学传感器算出的图 10 中界时开关。这种开关特性被认为是由于一套钢板弹簧引起的非线性 （ 1）（ 2） 。因此，转化率的表达逼近两直线，改变边界的表达式如下： 送物料造成的噪声 当固体物质运输时，运送物体料槽产生一个冲击力。因此，加速度受到冲击力的影响，并且噪声随着加速度传感器输出信号的出现而出现。当料槽和输送物料被替代时，噪声的频率也随之变化。然而，有人证实了实验 的频率为 0.5 使是进行更换。 滤掉，并且运用低通滤波器的预处理可以计算出我们的实验中，下面的过滤器被使用。 3213211 9 7 0 9 3 1 5 1 图 11所示。 图 11 数字低通滤波器的影响 图 12 在测量过程中的信号流出 测量过程中的数据处理 图 12所 示为在测量过程中简要的数据处理。首先，由加速度传感器产生的输出信号是在 4声是被数字滤波器删除的。动分选清点机械设计 8 计算出来的，6）中共振周期 1/f 的关系得到的。图 13 所示为安装在运用 68标准料槽的动测试期间， 50量 径 8 15被放到料槽上四次。测量使用光学 传感器和那些从删除噪声后计算出的而，在中间图像的测量结果中，测试片造成了噪声的出现，此，确认获得的位移加速度传感器，并显示了类似的测量性能的光学传感器。从 图 13 检测方法的比较 图 14 和 制部分 控制器的结构类似于双自由度 下称为“反馈控制器”）负责取消干扰，命令变量过滤器负责在命令变量的跟踪特性中进行改进。命令变量过滤器被在图 5中所示的“变换参考 块所显示出来。 馈控制器 数字反馈控制器的功能可表达为如下： )1(01（ 7）其中是 e 错误， t 是采样时间，1T 是整合的时间和 分化硬币 自动分选清点机械设计 9 时间。在控制实验中，这些参数的粗值是通过灵敏度估算方法获得的，通过调整假设1T = 令变量过滤器 基于命令变量，命令变量滤波器可计算出稳态振幅 能量生控制器参照图 5 的参考值（命令）工作以改善对于命令变量的跟踪特性。在这项研究中，我们采用一种非线性函数 f（ r）能够命令变量过滤器，但比例控制器通常用作命令变量过滤器。体系的稳定性不是问题，因为这一非线性因素通过命令变量产生一个独特的输出。非线性因素在反馈系统中也是独立的。图 14 所示为通过利用标准料槽所做实验获得的命令变量和 于这些结果获得命令变量过滤器的具体情况如下： 23 q n（ 8） 改善其跟踪性能命令变量的衍生控制器，假定是一个近似分化根据一阶传递函数如下： 1)( s F （ 9） 衍生控制器和命令变量过滤器（ 8）在采样时间 t 实现在离散时间中获得，并命令变量过滤器 得到如下： )1()1()( 21 1 和 2 作为相反的一对离散系数是必要的，关系如下： 11 ， )12 t 参数为 = =用于控制实验。 送物料的质量变化 当输送物料的质量变化时，通过料槽的实验验证了干扰取消的表现。 当 200g 的测试片扔到空料槽中时，如图15 所示的时间行为。短虚线表示的是 线表示的是反馈控制。当输送物料下放时（通过输送和测试片的质量在料槽上减小，测试片从料槽上掉下），利硬币 自动分选清点机械设计 10 用 少后的一方面，用反馈控制，在测试片从料槽上掉下后，秒内恢复。 因此，反馈控制可以取消的干扰从而突然增加了运输物体的质量。 图 15 输送木塞的结果 图 16 于命令变量的跟踪特性 命令变量跟踪特性的改进被确认是通过一个使用标准料槽的阶跃响应实验实现的。图 16显示了实验的结果。虚线表明了利用 线显示了使用反馈控制的结果。当命令变量增加时，振动和稳态偏差的结果是被 一方面，利用反馈控制的结果显示改善了跟踪特性，并消除了稳态偏差。特别是，针对反馈控制示良好的跟踪响应，因为 数 的调整而，送料器变化的特点主要取决于此，当 果会比 组料槽 被提到的料槽种类已经超过了 100 种。因此，调整 数为个别槽增加花费。所以，我们认为这种方法可以控制几种料槽使用相同的 数。在这项研究中，我们考虑的一种方法，这种方法是基于在表 2 中提到的 5 种料槽的实验结果调整命令变量过滤器。 图 17所示为 5种料槽的 表 2）。我们进行了以下自动实验：（ i）送料器通过 增加到 127来驱动，接着再从127到 0每 这个过程中， 币 自动分选清点机械设计 11 实验结果自动绘制在图 17 内。这个实验花费了大约 50 秒，因为这个关系可以很容易的从各种料槽中得到。 图 17 P 的关系 图 18 料槽组 图 17 显示的料槽 C、 D 和标准料槽 B 也有相似的关系。料槽 A 是最轻的，振动和其他料槽相比要好，还有振幅范围也更宽。换句话说，料槽 求更大的 过这些结果，基于 槽的形状和参数可以被组合在一起。 槽组命令变量的跟踪特性 通过 由相似关系的料槽 B、 C 和 D 组合在一起就成了料槽组G。我们用反馈控制器的相同的 的反馈控制 进行试验。图 18显示了实验步骤的反应。如图 18所示的是与料槽 B、 相符合的输出结果，因此，在这组中 以，使用相同的 结果中我们认为，如果 同的 数和相同的命令变量过滤器可用作控制系统。因此，如果我们组合料槽时考虑到 些数量的控制器和时间需要 令变量过滤器的调整 据证实，对于命令变量的跟踪特性可以通过调节命令变量过滤器来改善。 在我们的实验中，基于标准料槽的命令变量过滤器被称为标准过滤器。此外，基于 那样被称为“个别调整过滤器”，可表示如下： 硬币 自动分选清点机械设计 12 3701100906264)( 23 e q n （ 11） 图 19 )( )(步骤结果的比较 图 19所示为运用一个标准过滤器和一个个别调节过滤器实验的步骤结果。当命令变量 态反应是不同的方面的差异，命令变量过滤器。如果运用一个标准过滤器，结果是无效的，然而，它是改进个别调整滤波器但所得到的结果不稳定。当命令变量 好的跟踪特性表明无论单独调整滤波器。我们认为，原因是整体增益反馈控制器因为如图 17所示不同的关系中显示了一些偏差范围其中 由于 的关系不同使当分组困难时，一个命令变量过滤器的调节时有效的。因此，如果命令变量过滤器为料槽 A 调整，被认为可使对于命令变量的跟踪特性改进。 在这项研究中，我们做出了关于送料器反馈控制的努力和实验。结论总结如下： （ 1） 包含 （ 2） 反馈控制系统和 （ 3） 通过实验我们证实了 （ 4） 通过实验证 实了当 令变量过滤器的调节是有效的。 硬币 自动分选清点机械设计 13 参考文献 （ 1） S， K., S., T., I. H., 95, (1995), 258（ 2） S., K., S., T., I. H., 97, (1997), 854（ 3） (1993),o., （ 4） T., K., Y., K., K. T., 98, (1998), 849（ 5） N., ( (1992), o., （ 6） M. H., of 42, 1 (1998),