一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统和方法

文档序号:860827 发布日期:2021-03-16 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统和方法 (System and method for realizing force closed-loop control by using voice coil motor ) 是由 江永明 谢淑芳 黄华 苏郑奥希 于 2020-11-12 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统和方法,包括音圈电机、电源、控制器、力传感器,信号放大板、受测设备安装支架和转接板;电源分别与控制器和信号放大板电连接;控制器分别与音圈电机和力传感器电连接;力传感器固定安装于音圈电机的下方,将力传感器信号传输给信号放大板;信号放大板将力传感器信号放大后传输给转接板;转接板将放大后的力传感器信号转发给控制器;控制器根据接收到的力传感器信号发送相应的驱动控制信号给音圈电机。本发明通过直接在音圈电机下方安装力传感器,可以实时反馈力值给控制器,获取实时的力值,并输出力的数据,实现闭环控制。闭环控制下的力输出会更加稳定,还能实时调节力参数。(The invention discloses a system and a method for realizing force closed-loop control by using a voice coil motor, wherein the system comprises the voice coil motor, a power supply, a controller, a force sensor, a signal amplification board, a tested equipment mounting bracket and an adapter plate; the power supply is respectively electrically connected with the controller and the signal amplification board; the controller is respectively electrically connected with the voice coil motor and the force sensor; the force sensor is fixedly arranged below the voice coil motor and transmits a force sensor signal to the signal amplification board; the signal amplification board amplifies the force sensor signal and transmits the amplified signal to the adapter board; the adapter plate forwards the amplified force sensor signal to the controller; and the controller sends a corresponding driving control signal to the voice coil motor according to the received force sensor signal. According to the invention, the force sensor is directly arranged below the voice coil motor, so that the force value can be fed back to the controller in real time, the real-time force value is obtained, the force data is output, and the closed-loop control is realized. The force output under closed-loop control is more stable, and the force parameters can be adjusted in real time.)

一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统和方法

技术领域

本发明涉及压力检测技术领域,特别是指一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统和方法。

背景技术

音圈直线电机(Voice Coil Motor)因其结构类似于喇叭的音圈而得名,具有高频响、高精度的特点。此类电机分为圆柱型音圈电机和摆动型音圈电机。市场上圆柱型音圈电机系列应用相当广泛。这种电机有很高的加速率,能够产生0.7N-1000N的强大动力,而其行程少于50mm。该款电机主要应用在医疗、半导体、航空、汽车等领域,包括阀门制动器,小型精密替换测量仪、压力检测、振动平台以及主动式减振系统等众多方面。

在现有技术中,音圈电机用于压力检测时的力控制大多采用的是开环电流的控制形式,这种方式无法实时反馈实际的力值,而只能返回电流值,并且在开环控制下不能及时的根据实际情况改变电流的输出,导致力的稳定性不足,控制性较差。

发明内容

本发明提出一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统和方法,解决了现有技术中无法实时反馈实际的力值,而只能返回电流值,并且在开环控制下不能及时的根据实际情况改变电流的输出,导致力的稳定性不足,控制性较差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的:

一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统,包括一个音圈电机、一个电源、一个控制器、一个力传感器,一个信号放大板、一个受测设备安装支架和一个转接板;所述电源通过线路分别与所述控制器和信号放大板电连接,为所述控制器和信号放大板提供稳定电压;所述控制器通过连接线分别与所述音圈电机和力传感器电连接;所述力传感器固定安装于所述音圈电机的下方,在所述音圈电机驱动下与所述受测设备安装支架上的受测设备产生压力,并通过连接线与所述信号放大板,将力传感器信号传输给所述信号放大板;所述信号放大板将力传感器信号放大后传输给所述转接板;所述转接板通过连接线与所述控制器电连接,将放大后的力传感器信号转发给所述控制器;所述控制器根据接收到的力传感器信号发送相应的驱动控制信号给所述音圈电机。

作为本发明的一个优选实施例,所述音圈电机与所述力传感器之间设有弹性支撑件。

作为本发明的一个优选实施例,所述弹性支撑件为弹簧,其数量大于1。

作为本发明的一个优选实施例,所述力传感器为压电式力传感器。

作为本发明的一个优选实施例,所述电源为直流电源。

作为本发明的一个优选实施例,所述控制器还包括通信电路,所述通信电路与上位机连接。

一种使用音圈电机实现力闭环控制的方法,基于所述的一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统实现,具体包括以下步骤:

S1,控制器发送初始电机驱动信号给音圈电机;

S2,音圈电机根据驱动信号开始工作,驱动力传感器向受测设备安装支架的方向移动;

S3,力传感器实时向信号放大器和转接板发送力传感器信号,反馈给控制器;

S4,控制器根据接收到的力传感器信号和闭环控制公式,调整电机驱动信号并传输给所述音圈电机。

本发明的有益效果在于:通过直接在音圈电机下方安装力传感器,可以实时反馈力值给控制器,获取实时的力值,并输出力的数据,实现闭环控制。闭环控制下的力输出会更加稳定,还能实时调节力参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统一个实施例的爆炸结构示意图;

图2为本发明一种使用音圈电机实现力闭环控制的系统一个实施例的另一爆炸结构示意图;

图3为电源的电路原理图;

图4为本发明一种使用音圈电机实现力闭环控制的方法一个实施例的流程图。

图中,1-音圈电机、2-电源、3-控制器、4-力传感器、5-信号放大板、6-受测设备安装支架、7-转接板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示,本发明提出了一种使用音圈电机1实现力闭环控制的系统,包括一个音圈电机1、一个电源2、一个控制器3、一个力传感器4,一个信号放大板5、一个受测设备安装支架6和一个转接板7;所述电源2通过线路分别与所述控制器3和信号放大板5电连接,为所述控制器3和信号放大板5提供稳定电压;所述控制器3通过连接线分别与所述音圈电机1和力传感器4电连接;所述力传感器4固定安装于所述音圈电机1的下方,在所述音圈电机1驱动下与所述受测设备安装支架6上的受测设备产生压力,并通过连接线与所述信号放大板5,将力传感器4信号传输给所述信号放大板5;所述信号放大板5将力传感器4信号放大后传输给所述转接板7;所述转接板7通过连接线与所述控制器3电连接,将放大后的力传感器4信号转发给所述控制器3;所述控制器3根据接收到的力传感器4信号发送相应的驱动控制信号给所述音圈电机1。

所述音圈电机1与所述力传感器4之间设有弹性支撑件。所述弹性支撑件为弹簧,其数量大于1。音圈电机1安装在竖直方向,下方有弹簧支撑防止对受测设备造成意外损伤。在具体实施过程中,还包括音圈电机固定支架,音圈电机固定支架设有容纳音圈电机1的卡槽,弹簧固定在音圈电机固定支架和音圈电机1的下连接处,音圈电机1的输出传动部件穿过音圈电机固定支架的底部,并与力传感器4接触。

本发明所述的一种使用音圈电机1实现力闭环控制的系统可固定在压力检测平台上,压力检测平台包括水平检测平台以及与水平检测平台垂直的竖直固定架,控制器3、信号放大板5、转接板7、电源2可固定在竖直固定架上,受测设备安装支架6固定在水平检测平台上,音圈电机固定支架可直接固定在竖直固定架上,也可通过立体驱动机构固定在竖直固定架上,立体驱动机构包括水平驱动机构和垂直驱动机构,驱动音圈电机1和力传感器4实现水平和垂直移动。立体驱动机构的具体结构为现有技术,不再赘述。

所述力传感器4为压电式力传感器4。力传感器4与音圈电机1可拆卸固定安装,便于更换损坏的或精度不符合标准的力传感器4,使得压力检测结果更加准确。

所述电源2为直流电源2。如图3所示,电源2的输入电源2可为220V交流电源2,对交流电源2整流滤波变压输出直流电压,然后通过稳压芯片输出电压值稳定的直流电压给控制器3和信号放大板5。电源2包括电源2壳体,内部还可设置锂电池,若无外接电源2,则由锂电池经稳压芯片输出直流电压给控制器3和信号放大板5。

所述控制器3还包括通信电路,所述通信电路与上位机连接。通信电路可为有线通信电路或者无线通信电路,有线通信电路比如RS485通信电路或以太网通信电路,无线通信电路可为4G/5G通信电路。有线通信电路或者无线通信电路的型号可由技术人员根据用户需求进行自定义选配。

受测设备安装支架6可采用金属平台构成,其表面为水平面,保证受测设备水平固定在上表面。

如图4所示,本发明还提出了一种使用音圈电机1实现力闭环控制的方法,基于所述的一种使用音圈电机1实现力闭环控制的系统实现,具体包括以下步骤:

S1,控制器3发送初始电机驱动信号给音圈电机1;

S2,音圈电机1根据驱动信号开始工作,驱动力传感器4向受测设备安装支架6的方向移动;

S3,力传感器4实时向信号放大器和转接板7发送力传感器4信号,反馈给控制器3;

S4,控制器3根据接收到的力传感器4信号和闭环控制公式,调整电机驱动信号并传输给所述音圈电机1。

本发明的有益效果在于:通过直接在音圈电机1下方安装力传感器4,可以实时反馈力值给控制器3,获取实时的力值,并输出力的数据,实现闭环控制。闭环控制下的力输出会更加稳定,还能实时调节力参数。

所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到,未描述的方便和简洁,上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明,可以参考前述方法实例中的对应过程,在此不再赘述。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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