一种适用于固体推进剂混合过程的多规格粉体精确加料装置与动态控制方法与流程

本发明涉及粉体物料自动化投料，具体涉及一种适用于固体推进剂混合过程的多规格粉体精确加料装置与动态控制方法。

背景技术：

1、现有粉体加料作业中，人工加料存在粉尘外泄污染环境、危害操作人员健康、加料精度差、效率低的问题；传统自动化加料设备多为固定结构，适配性差，仅能针对单一流动性粉体作业，面对粘性粉体、超细粉体易出现架桥、粘壁、残留率高的问题。

2、固体推进剂含有26-35μm，17-26μm，9-17μm粒径的粉体，加料过程中由于粉体粒径不同，粉体具有一定的危险性，具有易燃易爆的风险。且加料过程中产生的粉尘对人体的危害较大，加料过程中要避免面对面接触粉体的场景，保证操作人员在生产过程中的安全。

3、现有机器人加料设备多采用普通机械夹爪配合直排式投料，缺乏针对性设计：其一，投料过程无密闭结构，粉尘排放浓度远超环保标准，无法适配医药、食品等高洁净要求行业；其二，未设置适配粉体特性的破拱机构，超细粉体易结拱、粘性粉体易结块，导致加料中断；其三，加料量依赖预设参数，无实时反馈调节，计量误差普遍高于5%，无法满足精细化生产需求。

4、因此，需要提供一种适用于固体推进剂混合过程的多规格粉体精确加料装置与动态控制方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有粉体加料技术中螺旋加料针对粉体规格多而混杂推进剂粉体的加料量依赖预设参数，无实时反馈调节，计量误差普遍高于5%，导致细粉欠量或者粗粉超量，无法满足精细化生产需求的问题，本发明提供一种适用于固体推进剂混合过程的多规格粉体精确加料装置与动态控制方法，以解决现有的问题。

2、本发明的第一个方面提供一种适用于固体推进剂混合过程的多规格粉体精确加料装置，采用如下技术方案，包括：

3、机械臂组件，其设置于混合锅的一侧；

4、多个投料仓，其从上至下依次为破拱仓和输送仓，其顶部设置有伺服电机，伺服电机的输出端穿入投料仓后连接有传动杆，其中，破拱仓内的传动杆上设置有破拱组件，输送仓内的传动杆上设置有螺旋输送组件；投料仓的出口设置有出料节流阀；不同投料仓用于存储不同粒径和组分的粉体，投料仓表面设置有粉体类别和粉体粒径的二维码；

5、视觉识别定位单元，其用于采集识别码中的粉体类别和粉体粒径信息，并按照固体推进剂配方的加料顺序确定当前粉体对应的投料仓；

6、称重计量机构，其用于采集粉体实时下料重量数据；

7、粉体粒径检测探头，用于检测投料仓内的粉体粒径；

8、动态控制模块，用于根据标准粒径和粉体粒径对伺服电机的初始转速进行修正得到目标转速，按照目标转速控制伺服电机驱动传动杆上的螺旋输送组件进行下料，并实时采集瞬时下料量；在粉体加料过程中，根据瞬时下料量和预设的目标瞬时下料量获取瞬时下料量偏差，根据瞬时下料量偏差和增量式pid闭环调速算法获取转速增量，根据转速增量和目标转速获取最终转速，按照最终转速控制螺旋输送组件进行下料；

9、其中，机械臂组件用于夹持当前粉体对应的投料仓移动至混合锅上方进行加料。

10、本发明进一步的技术方案为，投料仓的破拱仓包括依次连接直筒段和收缩段，收缩段的出口连接直筒状的送料仓；破拱仓的顶部设置有密封盖，伺服电机的输出轴穿过密封盖后和传动杆的一端通过联轴器连接，密封盖设置泄压防爆膜片，泄压防爆膜片用于防止粉体加料过程中静电积聚、粉尘爆燃。

11、本发明进一步的技术方案为，投料仓的仓体内壁设置有防静电聚四氟乙烯涂层。

12、本发明进一步的技术方案为，投料仓的收缩段外壁设置有偏心式高频振动器。

13、本发明进一步的技术方案为，螺旋输送组件包括设置在传动杆上的螺旋叶片，从送料仓的进口到送料仓的出口方向螺旋叶片螺距逐渐减小。

14、本发明进一步的技术方案为，粉体粒径检测探头采用激光衍射式粒径传感器。

15、本发明进一步的技术方案为，机械臂组件的输出端为气动柔性夹爪，气动柔性夹爪的夹持部位设置压力传感器，在压力传感器检测到压力时完成夹持，并控制机械臂组件移动至混合锅的上方完成单个投料仓的加料作业。

16、本发明的第二个方面提供一种适用于固体推进剂混合过程的多规格粉体精确动态控制方法，利用本发明第一个方面的一种适用于固体推进剂混合过程的多规格粉体精确加料装置进行多规格粉体精确动态控制，控制步骤包括：

17、s1、系统初始化，为动态控制运算模块导入固体推进剂配方文件，读取每种粉体的目标总下料重量、最大重量误差阈值；

18、s2、利用视觉识别定位单元对投料仓进行图像扫描识别获取每个投料仓对应的粉体类别、粉体粒径、料位高度，并根据扫描识别结果对投料仓进行建档分类，并将投料仓位置坐标下发至机械臂组件；

19、s3、机械臂组件根据投料仓位置坐标并按照配方加料顺序抓取投料仓，将投料仓与混合锅对接接口完成锁止，利用粉体粒径检测探头获取当前投料仓内的粉体粒径；基于预设基准转速公式，并结合标准粒径和当前投料仓内粒径对伺服电机的初始转速进行修正得到目标转速，按照目标转速控制伺服电机驱动传动杆上的螺旋输送组件进行下料，并实时采集瞬时下料量；

20、s4、在单次粉体加料过程中，根据瞬时下料量和预设的目标瞬时下料量获取瞬时下料量偏差，根据瞬时下料量偏差和增量式pid闭环调速算法获取转速增量，根据转速增量和目标转速获取最终转速，按照最终转速控制螺旋输送组件进行下料，直至实际累计下料重量与目标下料重量的差值绝对值小于或者等于最大重量误差阈值单种粉体加料完成；

21、s5、单种粉体加料完成后，停止下料并关闭出料节流阀，释放当前投料仓，重新抓取下一个投料仓，循环执行步骤s3~步骤s4，直至固体推进剂配方中所需全部粉体加料作业完成。

22、本发明进一步的技术方案为，基于预设基准转速公式，并结合标准粒径和当前投料仓内粒径对伺服电机的初始转速进行修正得到目标转速的步骤为：

23、将粉体粒径与标准粒径的差值作为粒径偏差；

24、当粒径偏差大于0或者小于0时，基于粒径偏差和初始转速获取伺服电机的目标转速，即目标转速为：

25、

26、式中，表示目标转速；表示初始转速表示粒径偏差；

27、当粒径偏差等于0时，将设定的标准转速作为目标转速。

28、本发明进一步的技术方案为，根据瞬时下料量偏差和增量式pid闭环调速算法获取转速增量的步骤为：

29、

30、式中，表示时刻的转速增量；表示微分调节系数；表示比例调节系数；表示积分调节系数；表示时刻的瞬时下料量偏差。

31、本发明的有益效果是：

32、本发明实现不同粒径粉体无差别高精度计量，抵消粒径或者堆积密度差异，稳定控制实际累计下料重量与目标下料重量的差值绝对值在最大重量误差阈值内。具体的，本发明通过粒径偏差修正伺服电机转速实现转速粗调，以适配粉体物性差异；然后，在粗调基础上通过实时称重的增量式pid闭环调速完成毫秒级精调，抵消设备机械抖动、粉体局部架桥、瞬时流量波动干扰；即本发明在整个过程中实现了转速的双级修正调节，实现全粒径区间粉体计量误差稳定控制在最大重量误差阈值（本发明中最大重量误差阈值为±0.3%）以内。综上，本发明实现变粒径粉体下料量的自适应动态调速，解决传统定转速螺旋加料针对粗细混杂推进剂粉体存在的细粉欠量、粗粉超量、堵料、蓬料、计量漂移的问题，全程适配密闭防爆高危工况。